一種基于紅外線發射裝置的紅外線遙控鍵盤設計

0. 引言

對于工業控制微機系統來說輸入設備鍵盤幾乎是必不可少的。在按鍵數目較少時,一般直接利用按鍵控制接口線的高低電平來表示,因此需要相應的接口支持,由于單片工業控制微機系統接口線數目有限,為了減少占用接口線常常采用一鍵定義多功能,但這又增加了軟件的復雜性;在按鍵數目較多時,則大多采用動態掃描的方式構成鍵盤矩陣,這種鍵盤雖然結構原理簡單,驅動程序易于設計,但是在具體實現時往往需要花很多的時間去設計印刷電路板、考慮面板布局,而且在硬件資源比較緊張時,還要考慮擴充I/ O 口,從而使得電路變得越來越復雜。

2. 系統簡介

本文介紹一種利用紅外線發射裝置作為工業控制計算機輸入鍵盤的接口原理和實現方法,該接口可以最大限度地減少對單片機系統的硬件資源要求,僅占用一根接口線,在系統的面板上只需一個小的接收窗。整個接口由發射和接收兩部分組成。對于單片工業控制微機系統所需的按鍵數目少于30 時,發射部分可以直接使用成品紅外遙控發射器,如果自行設計發射部分,則可以支持60個鍵左右,其中有兩鍵用于構成組合按鍵。接收部分的接口電路也非常簡單,無需布線,只要將成品模塊的輸出直接接到單片工業控制微機系統的任一I/ O 接口線即可,同時驅動程序也易于設計。由于鍵盤采用無線方式,因此所構成的單片機可以方便地滿足一些需要遠距離控制的場合,以及一些特殊場合,例如:單片工業控制微機系統在一個密封的容器內,通過玻璃小窗進行參數輸入或控制;單片工業控制微機周圍環境不適宜用戶近距離操作等。

3. 紅外線遙控鍵盤的硬件組成

由集成芯片PT2248構成的紅外線遙控鍵盤發射電路見圖1。00H~09H為數字鍵，0AH為復位鍵，0BH為取消鍵。

圖1 紅外線遙控鍵盤發射電路原理圖

紅外線遙控鍵盤發射電路采用脈時調制(PPM)方式，將遙控指令調制成脈沖序列，并驅動紅外發射管以光脈沖的形式發送出去。遙控指令有12位碼組成，見表1。

表1 遙控指令格式

C1，C2，C3是用戶碼，在T1，T2，T3與CODE之間分別接二極管則分別代表C1，C2，C3為高電平“1”，不接二極管則代表低電平“0”，圖2中C1C2C2=111。D1，D2，D3，D4，D5，D6是發送的數據碼，鍵號與鍵碼的對應關系見表2。

表2 鍵號與鍵碼的對應關系

PT2248遙控指令的波形正脈沖的占空比為1/4時代表“0”，正脈沖的占空比為3/4時代

表“1”見圖2。

圖2 遙控指令的波形圖

無論“0”還是“1”，發射時正脈沖被調制在38KHZ的載波上，載波的占空比為1/3，這樣有利于減少功耗。每個發送周期按 C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序串行發送，總長度為48a，其中a為每位碼周期的1/4，其大小為：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms。按下00H~0BH中某個鍵時，輸出腳TXOUT發送兩個周期的12位碼，其間隔為 80a。由GL3276A構成的紅外線遙控鍵盤接收電路見圖3。

圖3 紅外線遙控鍵盤接收電路原理圖

當紅外線線遙控鍵盤接收電路工作時，接收管PH302B接收到帶有載頻為38KHZ的遙控指令的紅外線信號后，進行放大，限幅和檢波，檢出遙控指令的脈沖包絡，濾去38KHZ載頻，得到遙控指令的脈沖信號，整形并反向后由OUT輸出，將GL3276A的OUT經74LS14施密特觸發器整形，最終得到遙控指令的理想的反向脈沖信號。得到的遙控指令的反向脈沖信號的波形正脈沖的占空比為1/4代表“1”，正脈沖的占空比為3/4代表“0”，見圖 4。圖4 遙控指令的反向脈沖信號的波形圖

4. 紅外線遙控鍵盤的軟件設計

將GL3276A的OUT輸出信號經74LS14兩級施密特反向器整形后與89C51的P3.2(/INTO)相連，由于每位碼都以4a為周期，每位的起始總是由高電平到低電平，因此解碼的過程可用每位碼的起始邊沿作為/INTO的中斷請求信號，中斷響應后關/INTO中斷，然后延時a/2，由P3.2對紅外線遙控接收電路的輸出信號進行采樣，再延時a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時刻進行采樣，波形與采樣時刻的對應關系見圖5。

圖5 波形與采樣時刻的對應關系

由圖5可見接收到的“0”由‘低高高高’組成，“1”由‘低低低高’組成，當7a/2時刻采樣完成后開/INTO中斷，為下一位碼的采樣作準備，直到/INTO中斷24次(兩個周期的串行12位碼)。中斷服務子程序開始預置樣碼0FH，分別在a/2，3a/2，5a/2，7a/2時刻由 P3.2對紅外遙控接收電路的輸出信號進行采樣，如果是高電平保持樣碼不變，如果是低電平樣碼相應位置0，最后將樣碼存入指定的RAM單元。

遙控鍵盤的可靠性是軟硬件設計中重點考慮的問題。在硬件上，將GL3276A的OUT經74LS14施密特整形，以提高抗干擾能力。在軟件上要正確的解碼，必須從每位碼的起始位開始接收，本設計中，PT2248發送的遙控指令的起始碼為用戶碼C1C2C3=111，因為P3.2接收到的“1”由 ‘低低低高’組成，因此接收到的碼應為三個“0001”，若不是，本次接收無效。其次，為了防止接收誤碼，應對前后兩次接收的兩個周期的12位串行碼進行一致性比較，若相同則與鍵碼表中的鍵碼進行比較，找出相應的鍵號，否則本次接收無效。解碼程序流程圖見圖6.

圖6 解碼程序流程圖

5. 結束語

本文介紹了一種利用紅外遙控器作為單片機輸入鍵盤的接口原理和方法，構思巧妙，結構合理，成本低廉，我們已經成功地利用該接口方式實現了單片機鍵盤的無線式操作。文中以PT2248集成芯片作為發射部分,對于其他類型發射芯片,此接口原理仍然適用,只需相應修改中斷服務程序即可。如果單片機系統有多余的外中斷資源,可將接收到的信號輸入至中斷引腳,利用外中斷與定時器結合,則可減少接收處理時對CPU 時間的占用。利用此技術，我們在“智能型牛奶質量快速檢測儀研制”項目上得到了很好的應用。

遙控技術經歷了有線遙控、無線電波遙控，現今的紅外遙控,技術已相當成熟,功能越來越強,運行越來越穩定,應用越來越廣泛。先進的遙控技術配合單片機運用到工業控制中去,那么,控制系統的操作將變得更容易、更快捷、更方便、更安全。

參考 文 獻

[1] 陳明螢　 8051單片機課程設計? 清華大學出版社 2004

[2] 求是科技　 單片機典型模塊設計實例導航 人民郵電出版社 2004

[3]李建華著《實用遙控器原理與制作》，人民郵電出版社，1996。

[4]鄭鳳翼著《彩色電視機遙控系統原理與維修》，人民郵電出版社，1997。

[5]樊昌信、張浦詡、徐炳祥、吳成柯著《通訊原理》，國防工業出版社，2001。

[6]王亭著《彩電遙控器的單片機解碼技術》，電子工業出版社，1997。