基于Mk60N512VMD100的紅外中繼器設(shè)計(jì)

李文亮 孔維軒

摘要：文章將紅外收發(fā)模塊連接到Mk60芯片上，使用穩(wěn)壓電路連接穩(wěn)壓芯片制造穩(wěn)壓電路。使用7.2 V鋰電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為3.3 V電壓供入系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。采用NB1318型一體化紅外接收頭接收紅外信號，接入處理電路將接收到的紅外信號轉(zhuǎn)化為信號，將電路接入Mk60的信號輸入引腳，經(jīng)過處理之后，通過引腳輸出到輸出模塊。經(jīng)過三極管9013和8050進(jìn)行放大，驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射出940 nm的脈沖信號，完成紅外中繼。

關(guān)鍵詞：紅外中繼；放大電路；穩(wěn)壓模塊；振蕩電路

現(xiàn)代社會發(fā)展迅速，社會信息化，科技化程度已經(jīng)越來越高，智能化的發(fā)展已經(jīng)逐漸進(jìn)入人們的視野，而且終將成為未來人類生活的一部分。

智能家居是人們生活智能化的必經(jīng)之路。傳統(tǒng)的智能家居多采用有線組網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，造價(jià)高、工期長、操作復(fù)雜，對房屋結(jié)構(gòu)有改動或有要求，適合在新建房屋時(shí)實(shí)現(xiàn)。而目前市場已有的智能家電使得普通群眾也體驗(yàn)到了智能化的生活。但并未有公司生產(chǎn)出成套的智能家居系統(tǒng)，而在購置智能家電時(shí)，人們也不會只選購單一品牌的智能家電產(chǎn)品。多品牌、零散的智能家電控制起來并不智能。

目前我國居民使用的家用電器多采用紅外控制，使用紅外中繼器擴(kuò)大轉(zhuǎn)發(fā)紅外信號，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)家電的有遮擋控制，完成一種較為方便的家居輔助控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由一個(gè)中控器和多個(gè)紅外中繼器構(gòu)成，紅外中繼器包括紅外接收模塊和紅外發(fā)送模塊。

系統(tǒng)框如圖l所示，中控器發(fā)射紅外信號，中繼器接收并轉(zhuǎn)發(fā)，有遮擋地傳遞紅外信號，實(shí)現(xiàn)家用電器的越障控制。紅外信號由中控器發(fā)出后，可直接傳遞到信號范圍內(nèi)的家用電器上，也會被紅外中繼器接收，轉(zhuǎn)發(fā)到其他中繼器或者電器上，經(jīng)過多層傳遞，可在有遮擋的情況下控制全居室范圍內(nèi)的家電。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

紅外中繼器的設(shè)計(jì)思想為，紅外接收模塊接收由中控器傳遞來的紅外信號，轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過單片機(jī)處理，輸出電信號到紅外發(fā)送模塊，紅外發(fā)送模塊將電信號轉(zhuǎn)化為紅外信號，傳送到家用電器上。

2.2 主控板的設(shè)計(jì)

主控板使用Mk60N512VMD100[1-2]單片機(jī)，該單片機(jī)基于CortexM4內(nèi)核，最高支持180 MHz頻率及高速浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。Mk60芯片由飛思卡爾公司制造，電壓范圍為1.71～3.6 Vo本系統(tǒng)為該芯片接上3.3 V電壓保證其能正常工作，Mk60芯片有144個(gè)引腳，對引腳進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。可以實(shí)現(xiàn)電源的供給和數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。紅外收發(fā)模塊的供電都由主控板接入，輸出線路接入主控板輸入引腳，將電平信號輸入主控板，經(jīng)過處理輸出到輸出引腳再傳入輸出線路實(shí)現(xiàn)放大與轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 供電電路

電源采用7.2 V鋰電池供電，供電電路接收7.2 V電壓并將電壓傳入TPS7333（3.3 ）穩(wěn)壓模塊[3-5]。穩(wěn)壓電路將電壓降幅為3.3 V并輸出為供電電壓，給整個(gè)紅外模塊供電。電源模塊如圖2所示。

2.4 紅外接收模塊

紅外接收模塊的主要功能是，將接收到的來自中控器的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號。紅外遙控接收依賴于紅外二極管，較早的處理方式是給紅外二極管上加裝專用紅外處理電路，但這樣的電路一般都比較復(fù)雜。現(xiàn)在多采用的是一體化的紅外接收頭，它將紅外二極管、解調(diào)、放大等處理電路都封裝在一起，只提供3個(gè)引腳，5 V的電源，信號輸出和接地。目前有許多可供選擇的一體化紅外接收頭，為了能更好地接收用于控制不同家電的，采用不同紅外編碼的紅外信號，本文選用了 NB1318型一體化紅外接收頭[6]。這種紅外接收頭將光檢測器和放大電路集成封裝在一起，中心頻率為37.9 kHz。而且，NB1318型一體化紅外接收頭采用了環(huán)氧樹脂封裝結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于給紅外接收頭加裝了一個(gè)特殊的紅外濾光器。這個(gè)濾光器能夠有效過濾可見光，并對電場干擾有很強(qiáng)的防護(hù)性，增強(qiáng)了信號接收的穩(wěn)定性。NB1318可對接收到的紅外信號進(jìn)行放大、檢波、整型，并解調(diào)得到紅外信號的編碼，輸出晶體管-晶體管邏輯（Transistor Transistor Logic，TTL）電平。

紅外接收器的信號輸出引腳，初始條件下輸出都為高電平，在接受紅外信號之后會改為輸出低電平。經(jīng)過單片機(jī)傳遞到發(fā)送模塊。紅外接收電路如圖3所示。

2.5 紅外發(fā)送模塊

紅外接收器接收到的紅外信號被轉(zhuǎn)成TLL電平信號存儲在單片機(jī)的存儲模塊中，輸出時(shí)需要將電平信號還原成紅外信號。要還原紅外信號，首先要產(chǎn)生和紅外信號同頻的38 kHz載波信號，然后將存儲在存儲模塊中的電平信號調(diào)制到載波信號上。

產(chǎn)生38 kHz載波信號的傳統(tǒng)方法是使用外部電路，并將振蕩器接入電路，形成振蕩電路產(chǎn)生載波信號，但振蕩電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且振蕩器成本也比較高。本文使用單片機(jī)軟件產(chǎn)生載波信號。系統(tǒng)檢測輸出電平，在輸出為高電平且未溢出的條件下，將電平信號調(diào)制到載波信號上，將所得的紅外脈沖信號傳入發(fā)送模塊[7]。

為了實(shí)現(xiàn)紅外信號的中繼，紅外發(fā)送模塊采用兩級放大電路對紅外信號進(jìn)行處理。處理過后的紅外信號其有效距離可達(dá)到5?10 m，可滿足紅外中繼的要求。

兩級放大電路采用兩個(gè)三極管9013和8050進(jìn)行放大，驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射出940 nm的脈沖信號。完成紅外中繼。紅外發(fā)射電路如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)是可行的，目前系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)紅外信號的放大轉(zhuǎn)發(fā)，但本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)，可通過設(shè)計(jì)配套的硬件設(shè)備控制更多家居，如由電機(jī)驅(qū)動的窗簾控制模塊，就可以遠(yuǎn)程控制窗簾的開合。還可以加裝無線模塊，延長信號的傳輸距離，增強(qiáng)抗干擾能力和傳輸效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周立功，陳明計(jì).ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[2]王宜懷，吳瑾.嵌入式系統(tǒng)原理與實(shí)踐：ARMCortex-M4Kinetis微控制器[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[3]王琦，何瑞璋.基于MK60N512芯片的循跡避障智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動化儀器儀表，2017（3）：66-68.

[4]師樹恒，趙斌，郭朋彥，等.基于MK60N512的智能循跡小車設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2014（42）：91-93.

[5]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程：入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[6]林武，何明華，徐志.一類學(xué)習(xí)型紅外遙控器電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版），2008（30）：280-282.

[7]李劍心.基于單片機(jī)的紅外發(fā)射器[J].機(jī)械與電子，2006（12）：52-54.