基于nRF24L的帶鼠標功能的電視遙控器

引言

隨著科技的發展，現在的電視機已逐漸向智能化、網絡化發展，市面上也出現了網絡電視，其功能越來越多，如觀看照片圖片，上網看電影、聽歌等等。目前市場上銷售的電視機遙控器主要是采用紅外方式，有效接收距離短，且無法支持多方位傳輸(只能在接收器四周45。內)，電力消耗大，抗干擾能力差，傳輸速率低，而且功能很少，無法滿足怏進、快退、圖片放大縮小、鼠標游戲等需求。

對于智能網絡電視機，必然要有一種新型的遙控器來滿足其需求。ISM(Industrial Scientific Medical，工業、科學與醫療頻段)為開放頻段，無線局域網、藍牙、ZigBee等無線網絡均工作在2.4GHz頻段上，其數據收發速率滿足智能網絡電視的要求。本文設計了利用2.4GHz頻段傳送信號的新型遙控器。

硬件設計

遙控器分為發射和接收兩部分，發射部分即是遙控器部分，接收則是接到電視機USB口的dongle(接收器)部分。遙控器的電路設計方框圖如圖1所示。

發射部分

采用Nordic公司的nRF24L芯片為主芯片，其廣泛應用于遙測、無線系統等領域，其發射頻率高(2，4GHz)，工作速率高(數據傳送速率為250kbp s、lMbps和2Mbp s三檔可調)，功耗低(工作電壓1.9-3.6V2Mbps速率時電流13.3mA)，抗干擾能力強(采用GFsK調制方式)，信號發射范圍可達50m，并且其內嵌8051 MCU(微控制器)，可直接對其編程，完全能滿足智能網絡電視機的要求。

如圖2為硬件外圍電路，芯片nRF24LEl時鐘信號由16MHz晶振產生。天線部分L4、L5、C6和C8構成帶通濾波電路。對應的天線采用PCB(印制電路板)天線，在芯片所在的層鋪銅皮，遙控器上設計成倒F型天線，天線長度約為1／4波長，天線所在的區域所有層都盡量不走線，以免影響收發效果。天線規格如圖3，具體根據實際微調其長度以及寬度。

遙控器按鍵根據設計需求，采用7×8矩陣，如圖4左圖所示。

遙控器的鼠標功能則可以由歐姆龍公司的磁感應導航鍵Pico-navi來實現。該感應鍵工作電壓2.7～3.6V，平均工作電流10mA，移動響應時間450us，自帶處理芯片，處理后輸出標準IIC信號，如圖4右圖。Pico-navi利用磁感應方式感應移動的方向，測量出相對移動信號，并輸出信號至nRF24LEl進行處理，再由天線發射出去。

由于芯片以及磁感應導航鍵需要穩定的電壓電源，如果直接用兩節7號電池供電，電池電壓降到2.7Vf即每節電池降至1.35V)時，感應鍵就難以保證正常工作了。因此，在電池與芯片、感應按鍵之間增加一個DC-DC以提供穩定3.3V電壓。利用Dc-DC芯片EMH7601在輸入電壓為1，3V時仍可保證3.3V穩定輸出，其電路如圖4，能滿足要求。圖中二極管D701為防止電池反接燒壞IC而設的，電感L7 10取值范圍10-47uH，C723～C726為旁路電容，與小電感L711(10gH左右)一起，使輸出紋波限定在要求范圍內。

接收部分

采用芯片nRF24LUl+作為接收芯片，輸入電壓4-5.25V可正常工作，其他參數與nRF24LEl基本一樣，電路如圖6所示。由于接收模塊直接插在電視機USB口上，尺寸較小，其用曲流型PCB天線，同樣，天線所在的區域所有層都盡量不走線，如圖7。其供電直接用電視機USB口的5V供電即可。

軟件設計

軟件部分主要是實現發射和接收之間的通訊。遙控器在接收到接收器(Dongle)的響應信號后，即發送遙控信號(按鍵以及感應鍵)，Dongle接收到發過來的信號后，傳至電視機機芯板主芯片上，機芯板主芯片對遙控信號處理后，執行命令，控制電視響應。主要的流程如圖8。

實際測試

實際測量中，遙控距離最初可達20m，適當調整天線長度，距離可做得更長。在20m的距離時，磁感應導航鍵遙控仍相當靈敏。在接受端(Dongle)前放置一1scm×15cm金屬板遮罩，距離12m仍遙控靈敏，滿足遙控要求。實測工作電流20mA左右，待機50~tA以下。

結語

本文介紹了基于nRF24L芯片的新型遙控器設計方案，設計中添加了智能網絡電視需求的鼠標功能，大大提高了遙控器的性能。與傳統的紅外遙控相比，本設計中的遙控器具有不受遙控方位影響，抗干擾能力強，遙控距離遠，功耗較低等優勢。隨著電視機的不斷發展，對遙控器的要求也越來越高，利用開放的ISM頻段進行遙控是必然的趨勢。