目 录第1章绪论 (1)1.1 选题的目的意义 (1)1.2 红外学习研究现状 (2)1.3 本文研究内容 (3)第2章红外遥控学习方案设计 (5)2.1 设计目标及要求 (5)2.2 红外遥控方案设计 (6)第3章红外遥控解码学习 (10)3.1 基本原理 (10)3.1.1 红外接收 (10)3.1.2 ISP技术 (10)3.2 红外接收解码装置设计 (11)3.2.1 RS232串口红外接收板 (11)3.2.2 带液晶显示的红外接收板 (12)3.2.3 制作遥控矩阵表 (13)3.3 装置性能检测 (15)3.3.1 红外干扰测试 (15)3.3.2 红外解码测试 (17)第4章红外遥控编码还原 (19)4.1 基本原理 (19)4.1.1 红外发射 (19)4.1.2 红外编码 (19)4.1.3 声卡采样 (22)4.2 红外编码发射装置设计 (23)4.3 装置性能检测 (25)4.3.1 红外编码还原测试 (25)4.3.2 红外发射距离测试 (27)第5章万能学习型红外遥控器实现 (28)5.1 基本原理 (28)5.1.1 触屏校准 (28)5.1.2 彩屏显示 (30)5.2 万能学习型遥控器实现 (31)5.2.1 16位RGB图片压缩 (31)5.2.2 遥控仿真面板制作 (33)5.2.3 红外编码还原实现: (34)5.3 系统性能检测 (36)第六章总结展望 (38)6.1 总结 (38)6.2 展望 (39)参考文献 (40)第1章绪论1.1 选题的目的意义上世纪八十年代初,日本率先在电视产品中使用了红外遥控技术,使用集成发射芯片来实现遥控码的发射,如东芝TC9012,飞利浦SAA3010等,它的主要特点是:遥控器内预置固定编码,一只遥控器只能控制单一型号的电器[1]。
如图1.1所示:图1.1 遥控单一种类电器的遥控器随着电子技术的发展,家用电器越来越普遍,人们希望以一只遥控器遥控所有家用电器,多用遥控器产生了。
它的主要特点是: 遥控器内预置多套编码,可供用户选择,如图1.2所示:图1.2 可遥控多种家用电器的遥控器如今,随着嵌入式的广泛应用,部分厂商推出了具备红外学习的遥控器,它的主要特点是:遥控器内置一个动态编码库,具备红外学习功能,可由用户自主录入编码,如图1.3所示:图1.3 具备学习功能的遥控器通过对具备红外学习功能的遥控器进行市场调查,本文发现:国内红外遥控编码学习技术虽比较成熟,但产品化程度较低,市场推广不够,主要原因在于设计者对用户需求的调查不够全面,以致产品不够实用,性价比较低。
从用户操作方便实用的角度出发,本文自主设计具备红外学习、彩屏虚拟遥控界面的万能学习型红外遥控器,借此促进红外遥控学习技术在国内市场的产品化推广。
1.2 红外学习研究现状现有自主学习型红外遥控器,其核心MCU主要有以下几种:MCS-51系列、Microchip PIC16系列、Winbond W741系列、Holtek HT48系列以及ARM(Advanced RISC Machines)系列。
目前国内外比较成熟的产品主要有:1、上海慧居智能电子的HJ-JYWC,它的主要特点为:触屏按键组合输入；具有红外学习功能；具有载波频率识别功能,能准确识别各种复杂的红外代码[2],如图1.4所示:图1.4 上海慧居智能电子HJ-JYWC2、BREMAX公司的NRC-304网络多功能遥控器,它的主要特点为:联机自学习、脱机自学习两种模式；具有USB口,通过INTERNET登陆BREMAX公司网站,搜寻并下载相应型号家电的遥控器编码,兼容各种品牌和型号[3],如图1.5所示:图1.5 NRC-304网络多功能遥控器3、Sunwave公司的SRC—1600,它的主要特点为:具有巨集设定功能,单一按键巨集设定可记忆多达60个指令；具备红外学习功能,具有USB接口,可预设遥控编码和升级系统[4],如图1.6所示:图1.6 SRC—16004、罗技Harmony 1100,它的主要特点为:黑色铝合金外壳,3.5英寸的触屏；用户可以根据具体情况添加或者删除屏幕上的功能键；设备能通过USB连机,获取罗技在线数据库配置文件,如图1.7所示:图1.7 罗技1100以上产品对于对于电视、音响等使用专用的遥控芯片的家电遥控器(内置NEC、飞利浦、东芝、或夏普等芯片),学习比较容易,但类似空调的红外设备(同一按键编码与该按键按下次数和系统状态相关),学习效果欠佳,为此本文设计采用电脑辅助解码提高红外学习的准确度。
1.3 本文研究内容本文设计的万能学习型红外遥控器要求在外观和功能上替代现有遥控器,涉及到红外编解码、红外发射接收、MCU控制、触屏显示、串口通信等技术,需要完成的研究内容主要包括:1、红外编码协议的学习2、单片机红外解码的软硬件实现3、电脑红外解码辅助分析4、单片机控制液晶屏显示字符图像5、单片机控制触屏操作6、单片机与PC串口通信。
对照上述研究内容,本文的章节安排如下:第1章:绪论,简要介绍红外遥控器的发展,说明选题的目的和意义；通过产品介绍当前国内外关于红外学习技术的研究现状。
第2章:学习型遥控器方案设计,介绍了系统设计需要完成的功能指标和技术指标,给出了系统设计的方案以及主要器件的选型。
第3章:红外遥控解码学习,简要介绍了红外接收和单片机中断控制的原理,设计了两种红外接收解码装置,完成了红外解码学习的功能。
第4章:红外遥控编码还原,简要介绍了红外发射、编码协议和声卡采样的原理,设计了基于STC89C52RC的红外编码发射装置,完成了红外编码还原的功能。
第5章:万能学习型红外遥控器实现,简要介绍了触屏校正、彩屏显示的原理, 综合第二章、第三章的设计,新增了触屏显示操作功能,制作了万能学习型红外遥控器。
第6章:结论,总结了本文的工作,指出了不足。
第2章红外遥控学习方案设计2.1 设计目标及要求本文设计的万能学习型红外遥控器要求能够实现红外编码学习和还原,其功能指标如表2.1所示:表2.1 功能指标表功能指标 重要程度1 红外编解码 ★★★★★★2 红外发射接收 ★★★★★3 遥控编码表制作★★★★4 彩屏显示 ★★★5 按键触屏操作 ★★6 串口通信 ★表2.1列举了六个主要功能指标，其中红外编解码、红外发射接受、彩屏显示、按键操作均是从实用角度考虑设置的，遥控编码表和串口通信是从红外学习角度设计的。
在系统功能实现的基础上,系统性能的优异需要通过设计指标来衡量,具体如表2.2所示:表2.2 设计指标表设计指标 预期1 解码类型 RC-5协议2 解码准确率 >95%3 红外发射距离 >8米4 载波发射频率 38KHZ±1KHz5 编码还原误差 1ms/T6 触屏偏移量 <8象素7 彩屏颜色种类 >8种8 虚拟按键数目 >36个表2.2列举了八个方面的设计指标，其中有硬件选型决定的有彩屏颜色种类，其余均由软件编程决定。
2.2 红外遥控方案设计基于功能,系统设计为三个单元:1、遥控编码表制作单元;2、遥控编码表实现单元;3、遥控编码表检测单元。
三个单元属于递进关系，如图2.1所示:图2.1 三大功能单元关系示意图1、遥控编码表制作遥控编码表制作分为外观提取和编码提取两个部分，该单元设计如图2.2所示:图2.2 遥控编码表制作单元结构图对照图2.2,外观提取通过摄像头采集图像,通过PC处理,分离出按键图标；编码提取通过红外接收头接收,送至单片机解码,对于较为复杂的编码,也可以通过PC 辅助分析波形,进行解码。
最终制作的遥控编码表包括:1、遥控器按键外观信息;2、遥控编码格式;3、按键遥控代码表。
2、遥控编码表实现遥控编码表实现分为外观和功能两个部分该单元设计如图2.3所示:图2.3 遥控编码表实现单元结构图对照图 2.3,外观虚拟采用触屏液晶,还原原有遥控器按键图像；功能模拟采用微处理器,通过程序控制发射红外信号。
3、遥控编码表检测遥控编码表检测分为基于内容和基于功能的两种方法,该单元的设计如图 2.4所示:图2.4 遥控编码表检测单元结构图对照图2.4，从设计角度考虑,可采用基于内容的检测方法,解析红外编码,检测结果以字符型显示编码格式；从用户的角度考虑,可采用基于功能的检测方法,采用现有设备(如电视、空调)直接接收红外信号,检测设备是否正常工作,具有一定的容错量。
为配合硬件实现功能设计,系统实现和调试分三个制作的进行,即:1、基础制作:红外接收解码装置,2、中级制作:红外编码发射装置,3、高级制作:万能学习型遥控器,如图2.5所示:图2.5 系统功能硬件实现将以上设计集中到一起,模块化处理,如表2.3所示:表2.3 系统模块功能定义模块 功能说明1 IR_RECIVEandSEND 红外发射接收模块2 74LS20_LED 发光二极管驱动模块(高低电平均可指示)3 MCU_POWER 单片机供电模块(MAX:50ma)4 LCM_POWER 彩屏(带触摸)供电模块(MAX:60ma)5 WAVE2PC 电脑声卡信号采集模块6 LCM176220 LCM 真彩屏带触摸7 MCU0_IR 单片机0 红外编码发射模块8 MCU1_LCM 单片机1 遥控操作模块(LCM 模块的显示和触屏、键盘操作)9 MCU2_PC 单片机2 遥控电脑模块(主解码验证,配合软件串口遥控pc)10 IR_KEY 功能键盘(含上下左右和确定键共五个)其中主要器材选型如表2.4所示:表2.4 主要器材选型表器件 实物图单片机:AT89S52(实际制作以STC89C52RC代替,STC89C52RC与AT89S52引脚兼容)仿真器:RZ51开发板仿真芯片:SST89E516RD触屏:2.0inch 176*220LCD驱动芯片:R61503U触屏芯片:ET2046红外接收头:SM0038第3章红外遥控解码学习如方案设计所述,制作红外接收解码装置,该装置至少具有面向用户和设计者的两种检测方法,能够完成采用RC-5编码协议遥控器(SAA3010)的红外接收和解码,要求基于用户的检测方法简单直观,基于设计者的检测能准确显示解码数据格式。
3.1 基本原理3.1.1 红外接收接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。
最近几年不论是业余制作还是正式产品,大多都采用成品红外接收头。
成品红外接收头的封装大致有两种,如图 3.1所示:图3.1 常用红外一体化红外接收头成品红外接收头均有三只引脚,即VDD(5V)、GND和OUT。
当红外接收头接收到38KHZ红外载波引脚OUT为低电平,否则为高电平(5V),供单片机查询。
红外遥控常用的载波频率为38kHz,它是由专用编码芯片的晶振(一般455kHz)12分频得到的。