基于Mk60N512VMD100的红外中继器设计

李文亮 孔维轩

摘要：文章将红外收发模块连接到Mk60芯片上，使用稳压电路连接稳压芯片制造稳压电路。使用7.2 V锂电池供电，经稳压电路转化为3.3 V电压供入系统，驱动系统进入工作状态。采用NB1318型一体化红外接收头接收红外信号，接入处理电路将接收到的红外信号转化为信号，将电路接入Mk60的信号输入引脚，经过处理之后，通过引脚输出到输出模块。经过三极管9013和8050进行放大，驱动红外发射管发射出940 nm的脉冲信号，完成红外中继。

关键词：红外中继；放大电路；稳压模块；振荡电路

现代社会发展迅速，社会信息化，科技化程度已经越来越高，智能化的发展已经逐渐进入人们的视野，而且终将成为未来人类生活的一部分。

智能家居是人们生活智能化的必经之路。传统的智能家居多采用有线组网的体系结构，造价高、工期长、操作复杂，对房屋结构有改动或有要求，适合在新建房屋时实现。而目前市场已有的智能家电使得普通群众也体验到了智能化的生活。但并未有公司生产出成套的智能家居系统，而在购置智能家电时，人们也不会只选购单一品牌的智能家电产品。多品牌、零散的智能家电控制起来并不智能。

目前我国居民使用的家用电器多采用红外控制，使用红外中继器扩大转发红外信号，可以实现传统家电的有遮挡控制，完成一种较为方便的家居辅助控制系统。

1 系统结构

本系统由一个中控器和多个红外中继器构成，红外中继器包括红外接收模块和红外发送模块。

系统框如图l所示，中控器发射红外信号，中继器接收并转发，有遮挡地传递红外信号，实现家用电器的越障控制。红外信号由中控器发出后，可直接传递到信号范围内的家用电器上，也会被红外中继器接收，转发到其他中继器或者电器上，经过多层传递，可在有遮挡的情况下控制全居室范围内的家电。

2 系统设计

2.1 系统总体设计

红外中继器的设计思想为，红外接收模块接收由中控器传递来的红外信号，转化为电信号，经过单片机处理，输出电信号到红外发送模块，红外发送模块将电信号转化为红外信号，传送到家用电器上。

2.2 主控板的设计

主控板使用Mk60N512VMD100[1-2]单片机，该单片机基于CortexM4内核，最高支持180 MHz频率及高速浮点数运算。Mk60芯片由飞思卡尔公司制造，电压范围为1.71～3.6 Vo本系统为该芯片接上3.3 V电压保证其能正常工作，Mk60芯片有144个引脚，对引脚进行定义，实现系统的基本功能。可以实现电源的供给和数据的接收与发送。红外收发模块的供电都由主控板接入，输出线路接入主控板输入引脚，将电平信号输入主控板，经过处理输出到输出引脚再传入输出线路实现放大与转发。

2.3 供电电路

电源采用7.2 V锂电池供电，供电电路接收7.2 V电压并将电压传入TPS7333（3.3 ）稳压模块[3-5]。稳压电路将电压降幅为3.3 V并输出为供电电压，给整个红外模块供电。电源模块如图2所示。

2.4 红外接收模块

红外接收模块的主要功能是，将接收到的来自中控器的红外信号转换为电信号。红外遥控接收依赖于红外二极管，较早的处理方式是给红外二极管上加装专用红外处理电路，但这样的电路一般都比较复杂。现在多采用的是一体化的红外接收头，它将红外二极管、解调、放大等处理电路都封装在一起，只提供3个引脚，5 V的电源，信号输出和接地。目前有许多可供选择的一体化红外接收头，为了能更好地接收用于控制不同家电的，采用不同红外编码的红外信号，本文选用了 NB1318型一体化红外接收头[6]。这种红外接收头将光检测器和放大电路集成封装在一起，中心频率为37.9 kHz。而且，NB1318型一体化红外接收头采用了环氧树脂封装结构，相当于给红外接收头加装了一个特殊的红外滤光器。这个滤光器能够有效过滤可见光，并对电场干扰有很强的防护性，增强了信号接收的稳定性。NB1318可对接收到的红外信号进行放大、检波、整型，并解调得到红外信号的编码，输出晶体管-晶体管逻辑（Transistor Transistor Logic，TTL）电平。

红外接收器的信号输出引脚，初始条件下输出都为高电平，在接受红外信号之后会改为输出低电平。经过单片机传递到发送模块。红外接收电路如图3所示。

2.5 红外发送模块

红外接收器接收到的红外信号被转成TLL电平信号存储在单片机的存储模块中，输出时需要将电平信号还原成红外信号。要还原红外信号，首先要产生和红外信号同频的38 kHz载波信号，然后将存储在存储模块中的电平信号调制到载波信号上。

产生38 kHz载波信号的传统方法是使用外部电路，并将振荡器接入电路，形成振荡电路产生载波信号，但振荡电路结构比较复杂，而且振荡器成本也比较高。本文使用单片机软件产生载波信号。系统检测输出电平，在输出为高电平且未溢出的条件下，将电平信号调制到载波信号上，将所得的红外脉冲信号传入发送模块[7]。

为了实现红外信号的中繼，红外发送模块采用两级放大电路对红外信号进行处理。处理过后的红外信号其有效距离可达到5?10 m，可满足红外中继的要求。

两级放大电路采用两个三极管9013和8050进行放大，驱动红外发射管发射出940 nm的脉冲信号。完成红外中继。红外发射电路如图4所示。

实验证明系统是可行的，目前系统只能实现红外信号的放大转发，但本系统的可扩展性强，可通过设计配套的硬件设备控制更多家居，如由电机驱动的窗帘控制模块，就可以远程控制窗帘的开合。还可以加装无线模块，延长信号的传输距离，增强抗干扰能力和传输效果。

[参考文献]

[1]周立功，陈明计.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]王宜怀，吴瑾.嵌入式系统原理与实践：ARMCortex-M4Kinetis微控制器[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3]王琦，何瑞璋.基于MK60N512芯片的循迹避障智能车系统设计[J].自动化仪器仪表，2017（3）：66-68.

[4]师树恒，赵斌，郭朋彦，等.基于MK60N512的智能循迹小车设计[J].机床与液压，2014（42）：91-93.

[5]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2012.

[6]林武，何明华，徐志.一类学习型红外遥控器电路设计关键技术分析[J].南昌大学学报（工科版），2008（30）：280-282.

[7]李剑心.基于单片机的红外发射器[J].机械与电子，2006（12）：52-54.