基于FPGA的红外遥控的应用

许斌，冯军军

（四川信息职业技术学院 四川 广元 608040）

基于FPGA的红外遥控的应用

许斌，冯军军

（四川信息职业技术学院 四川 广元 608040）

文章在分析了红外遥控信号编码的基础上，选择ME-1211红外遥控编码芯片构建红外发射系统，Cyclone系列的EP1C3T144C8处理器和一体化红外接头1838T构成红外接收系统。通过LED不同闪烁作为成功接收信号的指示并用串口把解码传输到电脑显示器上以测试系统的性能。以FPGA制作的红外遥控系统具有性能稳定、成本便宜、可扩展性强能特点，具有广泛的应用。

FPGA；红外遥控；编码技术；串口传输

红外线遥控是目前使用广泛的一种通信和遥控手段［1］。在继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也大量采用红外线遥控［2-3］。同时，工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰［4］。文中从遥控技术的基本原理出发，重点讨论红外遥控系统的基本原理，结构特点和具体的应用。

1　基本原理

1.1EP1C3T144C8处理器

由Altera公司推出的FPGA处理器EP1C3T144C8［5］其特点：1）逻辑资源丰富，逻辑单元（LE）数量为2 910个；2）有104个可用I/O引脚，I/O输出可以根据需要调整驱动能力，并具有压摆率控制、三态缓冲、总线保持等功能，整个器件的I/O引脚分为4个区，每个区可以独立采用不同的输入电压，并可提供不同电压等级的 I/O输出；3）多电压接口，支持LVTTL，LVCMOS，LVDS等I/O标准；4）灵活的时钟管理，片内配有一个锁相环（PLL）电路；5）内有Signal Tap嵌入式逻辑分析器，极大地方便了设计者对芯片内部逻辑进行检查，而不需要将内部信号输出到I/O管脚上。因此以较低的价格、优质的特性和丰富的片上资源在实际应用中被广泛的采用，这些都是其他同类产品无法比拟的。

1.2遥控发射器以及编码

红外发射器编码格式常有两种，NEC和RC5［6］。一般家庭用的DVD、VCD、音响都使用NEC这种编码方式。文中使用的是ME-1211型号的遥控器采用NEC编码格式，其特征是：1）使用38 k载波频率进行发射；2）在每次编码信号送出之前，会有一段引导码，包括9 ms的低电平和4.5 ms的高电平；3）红外遥控器发出的编码是 32位的。如图1所示。

图1　发射器发出的编码

其中前16位为系统码（又称用户码），能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。比如：按下“0”键后，红外信号经红外接收头处理后，FPGA/CPLD接收到的编码如下（16进制）：00 FF 16 E9，如图2所示。后16位为8位的数据码和8位的数据补码用于核对数据是否接收正确。

图2　ME-1211键位码

1.3接收器及解码

采用集红外接收和放大于一体的红外线接收器1838T［6-7］，它内含高速高灵敏度PIN光电二极管和低功耗、高增益前置放大IC，采用环氧树脂封装外加外屏蔽抗干挠设计，该产品已经通过REACH和SGS认证属于环保产品，在红外遥控系统中作为接收器使用。其特性：1）环氧树脂封装外加外屏蔽抗干扰设计；2）宽工作电压，2.4～5.5 V；3）低功耗，宽角度及长距离接收；4）抗干扰能力强，能抵挡环境干扰；5）输出匹配TTL、CMOS电平，低电平有效。其封装如图3所示。

图3　1838T封装图

因此完成从红外线接收到TTL电平输出数据送至EP1C3T144C8，通过FPGA解码程序进行解调后的红外信号以脉宽为0.565 ms、间隔0.56 ms、周期为1.125 ms的组合表示二进制的“0”，以脉宽为0.565 ms、间隔1.685 ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1“，如图4所示。完成解码后一方面通过LED指示，另一方面通过串口传输的方式将解好码字传输到电脑显示器中，串口参数设置为：波特率9 600 b/s、数据位8 bit、停止位1 bit、无校验位。作为共同测试结果。

图4　接收解码规则

2　系统设计与功能实现

2.1系统框图及软件设计

文中设计采用的是Altera公司Cylone系列的EP1C3-T144C8处理器、ME-1211红外遥控发射器遥控、红外线接收器1838T、LED指示和Uart发送组成的发射接收系统，如图5所示。

图5　红外接收系统框图

由于篇幅的原因这里仅给出代码的主要部分，软件设计是采用自顶向下方法分模块进行设计的，主要包括：分频、解码、串口传输、LED指示等。分频器模块：这部分的功能是对时钟信号进行分频，作为解码模块和串口模块的的时钟，使得这两个模块能够正常并且异步工作；解码模块：此模块是整个设计的最重要的部分，控制着整个设计的功能。通过接收到的分频信号作为时钟，以LED灯的闪烁作为解码成功的指示，同时通过串口模块把解码结果送到电脑上；LED指示模块：如接收模块接收到信号，并把信号传送到处理器中成功解码后，以LED的各种闪烁组合作为解码成功的指示。

2.2结果测试

图7显示的是实际的操作电路板系统，程序经过Quartus II编译（如图6所示）并将其下载到处理器中，LED指示灯不同的闪烁组合说明对于遥控解码已经成功了，在图中通过黑色圈标示出红外接头模块以及LED指示灯所处的位置。再通过串口传输把解码结果在显示器中显示，经过串口调试助手并且结合前面的遥控器发射信号的编码规则。

图6　编译完成的Quartus II界面

图7　实际操作电路

我们可以看得出程序设计是正确的，并且在串口发送传输过程中没有误码。如图8所示。

图8　串口发送显示

3　结　论

目前红外遥控系统有很多编码的标准，我们采用其中的一种编码方式，利用FPGA进行红外信号的发送和接收，以实现近距离的无线通信［1］。通过实践证明得知，这种编码方式效率很高，没有误码。将其用于各种家用电器，各种复杂环境作业等，无疑给人们带来了诸多的方便和安全［2-3］。随着数字技术和计算机控制技术的日益发展，无线遥控技术在国民经济中必将得到更广泛的应用［8-11］。

［1］程小辉，康燕萍.可识别载波的红外遥控自学习模块研究与设计［J］.电子应用研究，2013，39（2）：121-125.

［2］赵健衡，成伟.适于室内电器控制的红外线遥控器设计与实现［J］.常州工学院学报，2008，21（6）：30-23.

［3］周逍遥.基于单片机的红外遥控风扇的设计与制作 ［J］.工程价值，2014（8）：60-73.

［4］陈龙等.新型红外线严控多通道开关系统的设计与实现［J］.红外与激光工程，2004，33（4）：347-350.

［5］EP1C3T144C8.PDF［EB/OL］（2001-01-14）http://WWW. dalsemi.com/.../Dallas Semiconductor 2001.1.14.

［6］朱高中.基于单片机的红外遥控解码电路的设计［J］.计算机技术与自动化，2011，30（2）：68-71.

［7］李月红.红外线遥控技术在单片机系统中的应用［J］.江苏技术师范学院学报，2005（2）：52-56.

［8］郑伟，谢利理，张震.一种具有自学习功能的智能红外遥控器设计［J］.计算机测量与控制，2007，15（12）：1758-1759.

［9］陈明义，连帅军，周建国.基于FPGA的FLASH控制器系统设计及实现［J］.电子科技，2008（7）：11-13.

［10］鹿璇，宋晓，杜冲.基于单片机和FPGA的人机交互系统的设计.电子设计工程，2010（9）：155-157.

［11］邢开宇，曹晓曼，方火能.基于FPGA和NAND Flash的存储器ECC设计与实现［J］.电子科技，2012（10）：70-73.

App lication of infrared remote control based on FPGA

XU Bin，FENG Jun-jun
（Sichuan Information Technology College，Guangyuan 608040，China）

Based on the analysis of the infrared remote control signal encoding，select the ME-1211 infrared remote control encoding chip to build an infrared emission system，Cyclone seriesof EP1C3T144C8 chip and integrated infrared joint1838T infrared receiver system.The performance of the receiver signal is illuminated by LED and the performance of the decoder is transmitted to a computermonitor with serial port to test the performance of the system.The infrared remote control system made of FPGA has the advantagesofstable performance，low cost，strong expansibility，and itiswidely used.

FPGA；infrared remote control；encoding technology；uart

TN409

A

1674-6236（2016）19-0174-03

2015-10-03稿件编号：201510005

许 斌（1982—），男，陕西渭南人，硕士，工程师。研究方向：通信与信息处理技术。