基于低功耗蓝牙的智能遥控器设计

钟志峰

本文提出一种基于低功耗蓝牙（ BLE）技术的智能遥控器设计方案。整个系统包含蓝牙soc芯片、加速度计、陀螺仪、音频编解码器等，利用这些器件实现的智能遥控器，能给智能电视提供如按键、体感数据、语音识别等服务。该遥控器相比传统红外遥控器有着响应速度快、无方向性、功能丰富等特点。

随着科技的日新月异，电视正朝着越来越智能化的方向发展，各种搭载智能操作系统的电视也逐渐进入寻常百姓家。然而传统红外遥控器响应速度慢、具有方向性、无法穿越障碍物等缺点，却限制着智能电视用户体验的提升。因此，如何寻找一种新型的遥控方式成了电视生产厂商的一大难题。低功耗蓝牙技术的出现正好给这个难题提供了一种解决方法。

此款智能遥控器采用的核心器件为高通公司的CS R1011蓝牙芯片，它是一款基于BLE的sOc芯片，集成有蓝牙协议栈和微控制器，遥控器以此为核心，使用矩阵键盘获取按键控制指令，通过BMI160和MAX9860分别采集体感数据和语音数据，并通过蓝牙将这些数据传送给智能电视，实现对智能电视的控制。

一、硬件电路设计

整个硬件框图如图1所示，主要由蓝牙核心器件CSR1011、存储器件AT24C512.六轴（加速度和陀螺仪）传感器BMI160、音频编解码芯片MAX9860和键盘矩阵组成。蓝牙核心器件CSR1011为系统控制核心，负责与智能电视进行蓝牙数据通信以及控制周边外设；AT24C512用于存放应用程序以及程序运行过程中需要保存的数据；BMI160负责体感数据的采集，并通过IIC接口将数据传送给CSR1011；MAX9860负责语音数据的采集，通过IIS接口将数据传送给CSR1011；键盘矩阵由CS R1011的数字10口搭建，CSR1010通过对I0口的不断扫描直接获取按键数据。

（一）蓝牙主控模块。主控由蓝牙SOC CSR1011搭配两颗晶振和一颗存储芯片构成，两颗晶振的频率分别为32kHz和16MHz，其中32kHz主要在低功耗时使用，16MHz是全速运行时使用。存储芯片AT24C512的作用是存放CSR1011的应用程序和程序运行中的一些数据。为了保证稳定性，它通过一组独立的IIC与CSR1011相连，并使用PI02给其供电。

（二）音频编解码芯片。MAX9860是一款16位单声道音频编解码芯片，在此遥控器中，其作用是采集用户的语音数据，然后通过IIS将数据传送给蓝牙芯片。硬件上，需要CS R1011的七个I0口分别与MAX9860的IRO、SCL、SDA、MCLK、SDOUT、BCLK、LRCLK相连。其中，IRO为中断引脚，需要上拉10k欧姆电阻到Vbat；SCL和SDA为IIC通信引脚，主要用于对MAX9860进行配置，需要上拉4.7k欧姆电阻到Vbat；MCLK、SDOUT、BCLK和LRCLK为IIS引脚，用于传送音频数据。

（三）六轴传感器。BMI160是一颗集成了加速度计和陀螺仪的六轴传感器，通过IIC与CS R1011相连，设计上可以将SCL和SDA与MAX9860使用同一组IIC总线。除此之外还需要额外两个I0口来连接BMI160的INT1和INT3，用于中断信号输出。

（四）键盘矩阵。键盘扫描可以由CSR1011的数字I0口完成，由于此遥控器有12个按键，因此我们可以选择4*3的键盘矩阵，只需要将对应I0口接到键盘中，剩下的工作就交给软件来完成。

二、软件设计

软件设计的主要工作是将音频数据、六轴传感器数据和按键信息采集到蓝牙芯片，然后蓝牙芯片通过BLE将这些数据传送给智能电视端，以达到遥控智能电视的目的。

（一）音频数据处理。MAX9860的音频数据是通过IIS输出到外部芯片的，而CSR1011没有专门的IIS接口，我们可以利用CSR1011的51核来模拟IIS。用于语音识别的音频为16位16kHz采样率的数据，因此每秒的原始数据量为：

然后对原始数据做1/4的PCM编码，得到1秒钟的数据量为8000Bytes。根据BLE connection Interval的设置，每秒可以与电视通信100次，而BLE中定义数据包的长度为20字节，因此，得到每次通信需要发送的数据包为：

所以，在软件上，可以设置为在语音输入时，每次与主机通信需要发4个20字节长度的语音数据包。

（二）六轴传感器处理。六轴传感器与蓝牙芯片之间通过IIC相连，在正常读取体感数据情况下，可以设置一个定时器每IOms去读一次加速度计和陀螺仪数据，每次读到的数据量为6字节加速度计数据、6字节陀螺仪数据和2字节温度数据，总共14字节，完全可以在一个数据包内将其传送到电视端。

（三）鍵盘矩阵扫描。由于键盘矩阵扫描是时时刻刻进行的，因此我们需要借助低功耗的51核上实现键盘的扫描，相关扫描代码需要与IIS处理代码进行整合。主要工作方式是：平时进行键盘扫描，当扫描到按键后，判断是不是音频按键，如果是则切换至IIS以处理音频数据，同时一直检测音频按键是否松开，一旦松开则切换回键盘扫描。

采用低功耗蓝牙设计的智能遥控器，不光在响应速度上有很大提升，同时还能实现传统红外遥控器不能实现的功能，比如语音输入、空中鼠标等。由于BLE在大多数情况下处于休眠状态，因此在功耗表现方面也十分出色，经实际测试，在日常使用情况下，两节五号电池能持续使用半年以上。因此，基于低功耗蓝牙的智能遥控器一定会被越来越多的人接受，它的使用也一定会越来越广泛。