摘要：红外遥控器在许多电子设备的控制中得到广泛的应用，对红外遥控器的设计展开研究具有十分重要的意义。本文基于51单片机，设计实现了一种红外遥控器，该设计简洁灵活，以期能为其他红外遥感器的设计提供借鉴。
关键词：红外遥控器；设计方案；仿真
随着现代技术的快速发展以及人们生活水平的日益提供，家用电器走进家家户户，而红外遥控器以其抗干扰能力强、低功耗、稳定可靠等优点，被广泛应用于家用电器的控制中，并为人们的日常生活带来了极大的便利。基于此，笔者介绍了一种红外遥控器的设计。
1.总体设计方案
1.1 任务解析
红外遥控是一种无线、非接触控制技术，其中红外遥控器作为外部控制信号的发送端，通过按下不同的按键来控制发送不同的控制码值，进而控制单片机（接收端）进行相应的响应。本设计设计一种基于单片机的红外遥控器电路，选用51系列单片机的控制芯片，选用普通电视遥控器作为红外发射电路，红外接收选用1838B 接收头，实现6 路以上的遥控控制。使用C 语言进行代码设计，编写红外遥控器的接收代码以及发送程序代码；在k e i l 软件上进行运行、调试、以及检测，结合p r o t u e s 软件对硬件电路进行电路功能验证，进行仿真运行；最终将所设计编写的接收端的代码程序下载到电路开发板中进行验证。模拟红外遥控器的按键码值的发送编写发送端程序代码，将用户的用户码转化为十六进制的码值，并在LCD 屏上进行按键值以及发送的码值显示；模拟红外遥控器的按键码值的接收编写接收程序代码，将接收的码值显示在LCD 屏上，并且可以显示对应按下的按键值。在p r o t u e s 软件上进行模拟仿真，在L C D 屏上分别显示发送的码值和接收的码值以及对应按键的键值；在电路开发板上将接收的程序代码下载进行功能的验证。加深对单片机的学习理解应用。
1.2 系统的原理框图
设计涉及到了发送、接收两个部分的电路图和程序代码的设计。首先是先对红外遥控器按键的模拟设计（利用单片机模拟发射信号），之后模拟家用的电器的响应（利用单片机进行模拟响应接收）。
图1 红外遥控器工作的整个发送以及接收的系统的框图
通过单片机上按键进行模拟红外遥控器按键的发送，通过发送端程序的代码加载，在L C D 屏上进行用户码的码值转换以及按键的键值的显示；通过1838B 接收头以及单片机进行用户家用电器的信号接收以及响应的模拟；接收程序的代码加载，在L C D 屏上进行接信号的码值以及按键的键值的显示。系统的设计都是围绕单片机而展开的，通过单片机外接按键信号的模拟输入，进行码值转换处理后，通过1838B 接收头接收信号，将信号传递到单片机内，单片机处理后在L C D 屏上进行显示。
1.3 红外接收解码流程图
通过按键模拟红外遥控器的按键的信号输入，有按键按下时，单片机进行工作，将用户的用户码转换为十六进制的码值，将码值存储到单片机内存单元中，显示时调用L C D 屏进行按键值以及码值的显示，实现红外遥控器的模拟按键信号的发射输入。红外遥控器发射信号的功能程序是先进行中断以及L C D 屏的初始化，再进行按键扫描处理子程序，最后在L C D 屏上进行显示。单片机在P1 口上连接4*4=16 个按键的红外遥控器的模拟按键，L C D 屏连接在P0 和P2 口上，在P3上接了按键码值的输出模拟红外遥控器的信号发送；外接了1838B 接收头。
图2 系统红外遥控器接收解码流程图
红外遥控器解码过程的流程图其工作原理是：先是9m s 的载波加上4.5m s 空闲的起始码（引导码），数据码是低位在前高位在后，数据码的第一个字节是8 组的560u s 的载波加560u s 的空闲，就是0x00，第二个字节是8 组560us 的载波加1.68ms 的空闲是0xFF，这两个字节是用户码和用户反码，最后跟了一个560u s 的载波停止位。首先是外部信号到来，经过单片机的处理进行解码，之后再由L C D 屏显示解码之后的码值以及按键的键值以及功能等，至此完成整个红外遥控器信号的接收以及解码过程。如图2，单片机的电路图上由1838B 接收的红外遥控器的信号经过P3 端口传递到单片机内部，然后进行解码，之后再由P0 及P2 端口连接的LCD 屏上进行显示。
发送以及接收的整体组合组成了红外遥控器的整个工作过程，在设计的实际操作检验时只对接收端的功能进行了实物检测。
1.4 各组件的简介
51 系列单片机有P0~P3，4 个8 位的并行双向口，其中P3 是一个多功能的8 位口，同时有外部中断T0 和T1、定时器中断0 和1 以及串口中断5 个中断。设计主要用到了四个IO 口和外部中断0。
T C9012 是一采用C M O S 工艺制造，用于东芝系列红外遥控系统中的专用发射集成电路。外接32 个按键，提供8 种用户编码，另还具有3 种双重按键功能，且T C9012 的管脚设置和外围应用线路都进行了高度优化。主要特点有：低压C M O S 工艺制造、低功耗超小静态电流、低工作电压（V D D =2.0~5.0V）、32+3 条指令码、8 种用户编码可选择、T S O P -20、S O P20、COB 可选的封装形式等等。TP9012 的编码方式格式需要注意，T C9012 的一帧数据中含有32 位码，包含两次8 位用户码，8 位数据码和8 位数据码的反码及最后位的同步位。
2.方案实现
2.1 发送端的分析
通过按键模拟红外遥控器的按键输入，产生一段信号波，设计使用4*4 的矩阵按键。按键按下时，模拟红外遥控器的按键输入产生一段特殊的脉冲波形，经接收端的单片机处理将次脉冲波转换为十六进制的码值，将码值存储在单片机的寄存器内，最后将按键键值以及键值码值显示在LCD屏上，这是发射端进行的工作过程。
2.2 接收端的分析
在接收端中，将模拟按键发射的信号经过红外接收头1838B 接收，再由单片机的特殊I O 口传递到单片机内部，经过单片机内部的处理，产生的码值存储到单片机内，接收到的按键的键值以及按键解码后的码值在L C D 屏上显示，这是接收端所需要的工作，接收端的中心是接收端的解码过程，T C9012 的一帧数据中含有32 位码，包含两个8 位用户码，8 位数据码和8 位数据码的反码及最后位的同步位。引导码由4.5m s 的载波和4.5m s 的载波关断波形所构成，以作为用户码、数据码以及他们的反码的先导。同步位（S Y）是标志最后一位编码是“0”或“1”的标识位，它只有0.56m s 的有载波信号构成。
引导码：4.5m s 的载波+4.5m s 的空闲；而后是数据码，比特值“0”：560us 的载波+560us 的空闲；比特值“1”：560u s 的载波+1680u s 的空闲；1838B 的红外接收头，当收到有载波的信号时，会输出一个低电平，空闲的时候会输出高电平，单片机的中断就是通过这个来判断是否有红外遥控器的按键信号的到来，进而控制单片机的运行。先是4.5m s 载波加4.5m s 的空闲，数据码是低位在前，高位在后，数据出现第一个字节是8 组560u s 的载波加56o u s 的空闲，也就是0x00，第二个字节是8 组560us 的载波加1680us 的空闲，可以看出是0xFF，这两个字节是用户码和用户反码，最后跟了一个560us 的载波停止位。
2.3 系统分析
整个系统是由按键模拟红外遥控器的信号输入，将输入的模拟波经过P3 口传递到发送端的单片机内部并进行处理，在L C D 屏上显示发送端按键信号的按键值和按键对应的码值；再将发送的码值经过1838B 接收头接收，并经过特殊I O 口P3 口传递到接收单片机，经过单片机的解码处理过程将接收到的码值转换为相应的码值存储之后，将接收到的按键值以及码值在L C D 屏上进行显示。
3.验证与仿真
发送端的仿真结果，在L C D 屏上的在第一行和第二行分别先显示一串字符串“send code：”和一串字符串“send key：”，再显示用户的用户码和用户按下的键值。接收端的仿真结果，在L C D 屏上的在第一行先显示一串字符串“s e n d k e y：”之后显示用户按下的键值；而在第二行中显示用户码用户反码用户码值以及用户码值的反码。模拟示波器的波形图，模拟示波器一接口发送的模拟信号，一接口是经过1838B 后传递到单片机的信号波形。输出结果两端波形是相反，显示一段引导波，之后是数据波，最终是结束的停止波，初步可确定设计功能可实现。
图3 TP9012 发射码的格式
4.实验结果
将设计好的系统进行下载实验，此处是接收端在L C D 屏上的实验数据的显示，红外遥控器发出按键信号，经过1838B 接收后再由单片机处理，之后在L C D屏上第一行和第二行分别显示所按下的按键值和按键的码值，其结果如下：
5.结束语
综上所述，红外遥控是当前应用最为广泛的一种控制技术，如电视遥控器就是其中的典型，对人们的生活产生了巨大的便利。同时，红外遥控器还具有易于实现、成本低、性能可靠等优点，本文设计了一种红外遥控器，该遥控器体型小，操作简便，且功能完善，对其他红外遥控器的设计具有一定借鉴意义。
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论文作者:徐伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/6
标签：遥控器论文; 按键论文; 单片机论文; 载波论文; 信号论文; 用户论文; 反码论文; 《电力设备》2018年第10期论文;