单片机红外线遥控器输入系统研究

赵思成　郭　娜

中图分类号：TP7 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2009）0110026-01

随着单片机嵌入式应用系统和红外线遥控技术的发展，越来越多的红外遥控器械在单片机系统中来代替键盘进行输入工作。在工控设备中，传统的方法是用专用的红外发射和接收电路来实现的。这种设计方法要考虑到震荡载频的产生，接收的自动增益控制（AGC）等，使得在设计、制作和调试上非常繁琐，容易产生相互干扰。如果采用现在广泛使用的普通遥控器加上一体化接收头作为单片机的输入系统，就可以有效地克服上述缺点。

一、红外遥控系统原理

红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。

发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。

接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。

二、编码格式

LC7461M型遥控发射芯片采用PWM方法来发送信号。当按下某个键后，就会发出一组长108ms的编码。它由引导码、13位用户识别码、13位用户识别反码、8位操作码和8位操作反码组成，共计42位信息。其中引导码由9ms的高电平和4.5ms的低电平组成。因为在各种光电干扰中干扰信号都是以尖脉冲形式出现的，持续时间很短（一般都在7ms以内），当接收到13.5ms的引导码后，接着接收到的信号就可以认为是发射的数据信号，这样就有效地防止了外界的干扰。用户识别码可以准确地识别出不同的电器设备，防止不同机种间的相互干扰。同时，利用发送的反码信息可以防止接收错误。对于位信息，7461芯片发射的“0”代码总长1.125ms，以0.56ms的高电平开始，然后为

0.565ms的低电平；“1”代码总长2.25ms，也是以0.56ms的高电平开始，不同的是后边低电平的长度为1.69ms。

三、接收

接收部分采用的是一体化接收头，它是集接收、放大于一体，不需外接任何元件就能完成从红外线接收到产生与单片机兼容信号的所有工作。当它收到红外信号后，会反相输出。最终单片机识别的编码与位码应该与红外线遥控器发射的相反。

四、和单片机的接口

我们这里以国内电气控制中常用的51架构单片机为例，阐述硬件连接和软件解码过程。

（一）硬件连接

采用一体化接收头作为接收器件后，与单片机的连接非常简单。单片机控制系统仅需开启一个外部中断,将之与一体化接收头的OUT端相连接即可，

（二）软件解码

1．延时查询式解码。解码的关键是如何识别“0”和“1”。从接收到位的特征我们可以发现，“0”和“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度，“0”为0.565ms，“1”为1.69ms。所以，可以根据高电平的宽度来区分“0”和“1”。如果0.56ms低电平过后开始延时，再过0.565ms以后读到了低电平，说明该位是“0”，否则为“1”。为了可靠接收，防止误读，我们一般可取中间值最为可靠。

2．全中断式解码。上述延时方法简单易懂，但其进入解码程序后会大量使用延时操作，极大地降低了单片机的利用率，而且容易产生误判、无法退出解码程序的现象。经研究改进，现设计出一种全中断接收解码方式。

通过上述脉冲波形分析，我们发现“0”和“1”的区别就在于这一位的波长为1.125ms还是为2.25ms。如果为1.125ms，我们就认为接收到了“0”；如果为2.25ms，我们就认为接收到了“1”。从整个接收到的信息编码看，数据位是以低电平开始的，又以下一个低电平到来而结束。这时，我们可以对位的采集采用外部中断方式，使在负边沿产生一个外部中断，在中断子程序中启动一从0开始计数的定时器。在下一个中断里，首先把刚才的定时值保存下来。这时这个值就是刚才接收位的时长。我们可以把这个值与1.125ms和2.25ms比较，从而判断是“0”还是“1”。考虑到执行效率问题，我们可以只用

来对其标定。事实上，我们可以只比较定时器THx中的数据即可。其解码流程如图1所示。

这种外部中断与定时器结合的方式解码准确，CPU的利用率高。需要补充的是，当键盘按下长达108ms后，遥控器会开始发送连续信号，对7461来说与引导码格式相同。我们可以根据需要用定时器溢出退出解码状态与重码计数来分别处理。

五、抗干扰措施

用红外遥控器作为单片机的输入系统，采用检测脉宽作为信号区分标志，同时引导码为13.5ms超宽脉冲作为起始信号，抗干扰能力强，适合应用于高压、辐射、有毒气体、粉尘等工业环境。如果该系统应用于有严重红外干扰的场合时，我们可以采取在接收头上加装红色滤光片、软件上采用高中断优先级，两次比较等方式，从而有效抑制干扰。

六、结束语

单片机应用系统加接这种红外遥控键盘,接口简单,操作方便,全中断软件解码性能可靠稳定,抗干扰能力强，并且节约了单片机应用系统的硬件资源,具有很好的应用空间。

参考文献：

[1]何立民，单片机应用系统设计，北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[2]潘永雄，新编单片机原理与应用，西安电子科技大学出版社，2003.

[3]苏长赞，红外线和超声波遥控，人民邮电出版社，1999.