基于MSP430F1101的智能学习型红外遥控器的设计
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摘要：介绍了一款基于MSP430系列单片机的智能学习型红外遥控器的设计方案，给出了该系统的硬件结构和软件组成。在人们日常生活和工作中，这款红外遥控器可以通过对任何红外遥控设备编码的学习、分析和记忆，以实现多个电器的统一管理。
关键词：红外遥控器；智能学习；单片机
中图分类号：TN219文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)23-1016-03
Design of Intelligent-learning Infrared Remote Controller Based on msp430f1101
SONG Zhu-hui1, SUN Fu-kang2, QI Peng2
(1.Anhui Personal Test Academy, Hefei 230022, China;2.Anhui Institute of Architecture and Industry,Hefei 230601, China)
Abstract: This paper introduces design of intelligent-learning infrared remote controller based on MSP430 microcontroller, and describes hardware structure and software of system. In daily living, through learning, analyzing, and storing infrared remote controller code, intelligent-learning infrared remote controller can archive to control several equipments.
Key words: infrared remote controller; intelligent-learning; microcontroller
1 引言
在现代化的社会里，随着电子技术的日新月异，带有红外线遥控器的电气化设备越来越普及。从熟悉的电视机、空调、DVD，到运用于工业生产的红外线控制设备，红外遥控器已经被广泛的用于家庭和社会的各行各业。
在红外线遥控器被大量使用的同时，它也给我们带来了许多的麻烦。首先，常用的遥控器一般是和电器设备一一对应的。每一种电器设备都有各自的遥控器，一种遥控器仅仅可以遥控一种电器设备，所以在一般家庭中都存在多个遥控器。过多的遥控器在使用过程中容易造成混乱，给用户的使用带来不便。其次，红外遥控器的长时间使用必然会造成遥控器按键不灵、电路损坏等等情况，更换遥控器也再所难免。在用户单独购买红外遥控器时，许多电器化设备专用的红外遥控器不仅不容易在市场上买到，而且价格昂贵。
本文将介绍一种基于MSP430F1101单片机的智能学习型红外遥控器的设计方案。该遥控器可以学习、记录数十种红外遥控编码，适合于普通家庭、机关单位和工厂用户。
2 红外线遥控器硬件组成和工作原理
普通的遥控器一般由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、红外发射驱动电路、红外发光二极管以及键盘矩阵组成，如图1所示。
微处理器芯片通过内部电路与外部的晶体振荡器组成一个高频振荡器，产生高频振荡信号,此信号送入定时信号发生器后产生40KHz的正弦信号和定时脉冲信号。正弦信号送入微处理器内部的编码调制器作为载波信号；定时脉冲信号送制扫信号发生器、键控输入编码器和指令编码器作为这些电路的时间标准信号。当用户按下遥控器键盘上的某一功能键时，相应于该功能按键的指令码信号从指令编码器中输出，经过调制器调制在载波信号上，形成包含有功能信息的高频脉冲串，由外部的发射驱动电路放大，推动红外发光二极管发射出脉冲调制信号。
3 智能学习型红外遥控器的设计
3.1 硬件组成
智能学习型遥控器在完成一般红外遥控信号的发射任务外，还需要具备学习其他红外遥控信号编码的功能；同时，通过系统硬件和软件的设计来实现系统的低功耗性能。
智能学习型遥控器由微处理器、红外线发射电路、红外线接收电路、键盘接口电路、液晶显示屏和电源电路六个部分组成。其中，液晶显示屏可根据需要选配。系统硬件结构组成如图2所示。
3.1.1 微处理器
微处理器是智能学习型红外遥控器的核心部分。系统的微处理器采用美国德州仪器公司生产的MSP430系列超低功耗单片机MSP430F1101。微处理器根据用户的键盘命令，通过对红外遥控编码的查询，完成红外信号的发射功能。同时，系统可以学习任何一款遥控器的红外编码，并存储在系统内部的FLASH或EEPROM存储空间内。系统可以根据用户的具体使用要求选配液晶显示器，微处理器与液晶显示器之间采用串行连接方式。
3.1.2 红外信号发射电路
红外信号发射电路由载波发生器、红外发射驱动电路、红外发光二极管组成。
微处理器采用32768Hz的晶振，因而，使用微处理器产生遥控器所需要的载波信号（38KHz或40KHz）是不可能实现的。本设计利用一片高速CMOS型的“与非”门74HC00来实现载波发生器，产生38KHz的载波信号，并将微处理器送来的红外遥控编码信号进行调制，通过驱动电路和红外发光二极管发射出去。
红外发射驱动电路可以使用简单的S9013三极管即可实现。通过使用达林顿管或增加红外发光二极管可以提高遥控信号发射距离，增加发射的可靠性。
3.1.3 红外信号接收电路
红外信号接收采用HS0038一体化红外接收模块。HS0038可以直接对红外遥控信号进行解调，并将解调后的信号直接送给微处理器进行解码和存储。
3.1.4 键盘接口电路
遥控器键盘电路接口电路是用户对遥控器进行操作的核心部分。键盘电路的设计方案有两种：单键输入式键盘和矩阵式键盘。单键输入式键盘是指直接利用I/O端口线构成的单个按键电路。每个单键输入式按键单独占用一根I/O线，每根I/O线上的按键工作状态不会影响其他I/O线的工作状态。当按键数较多时单键电路占用口线也较多，为节省I/O口线，在按键数量较多时，一般采用矩阵式键盘。
为了更好的利用单片机的I/O端口资源，我们在这里采用了矩阵式键盘的设计方案。
3.1.5 电源电路
MSP430F1101、红外发射和接收模块的工作电压为3V。因而，智能学习型万能遥控器中仍可以使用2节5号或7号干电池，这给用户的使用带来了方便。同时，系统的电源电路仅需加入简单的电解电容和瓷片电容进行电源滤波即可。
3.2 软件设计
智能学习型红外遥控器软件系统由红外信号发射、红外信号接收、红外信号压缩和存储、操作键盘驱动和系统初始化五个部分组成，如图3所示。
3.2.1 红外信号发射
微处理器根据用户的键盘命令来查询相应的遥控编码，所有的遥控编码均存储在系统内的EEPROM内。编码信号采用串行方式通过微处理器的I/O端口直接输出至红外驱动电路。
遥控编码脉冲信号（以PPM码为例）通常由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组，用来标志遥控编码脉冲的开始。系统码也叫识别码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其他遥控系统，防止各种遥控系统的误操作。功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中的微控制器可根据功能码的数值完成各种功能操作。系统反码与功能反码是系统码与功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错。
3.2.2 红外信号的接收、压缩和存储
对未知编码红外信号进行学习时，红外信号经HS0038解调后直接送微处理器进行处理。微处理器通过对定时器的控制完成对解调后的二进制脉冲码进行脉宽的测量。对于PPM码，脉冲宽度的宽和窄来分别代表二进制的1和0，系统根据该特性将时间数据转换成对应的二进制编码信息压缩并存储。微处理器与EEPROM之间采用I2C总线方式连接。
3.2.3 键盘接口的软件实现
系统采用矩阵式键盘。为了实现系统的低功耗性能，减少微处理器的工作时间，系统采用中断方式实现键盘的信号的采样。键盘接口程序还应该通过软件延时的方法解决键盘抖动问题。
3.2.4 微处理器低功耗模式的选择
MSP430系列单片机特别强调低功耗性能，尤其适用于采用电池供电的长时间工作场合。MSP4301101A单片机有6种低功耗模式。在软件编程时，我们可以根据设计的需要选择合适的低功耗模式。我们在这里选用的是MSP4301101A单片机功耗最低的一种工作模式――低功耗模式4。当系统处于低功耗模式4的时候，单片机的CPU处于禁止状态，DCO、MCLK、SMCLK、ACLK、直流发生器也都同样被禁止，所有的振荡器都停止了工作。
低功耗模式的选择需通过相关寄存器的设置来实现，具体程序如下：
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
TACTL=TASSEL0+TACLR;
_BIS_SR(CPUOFF);
4 结论
智能学习型红外遥控器与普通的遥控器和万能遥控器相比功能更多、性能更加优越，它可以学习任何一种遥控器的红外编码，并可以实现对多种红外线设备的控制功能。在实际的应用中，智能学习型遥控器可以为人们的日常生活和工作带来更多的方便，具有一定的使用价值。
参考文献：
[1] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京:北京航天航空大学出版社,2004.
[2] 胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:北京航天航空大学出版社,2004.
[3] 陈永甫.红外线探测与控制电路[M].北京:人民邮电出版社,2004.