红外遥控信号的一种编码解码方法.pdf

1、收 稿 日 期 :2003 - 08 - 24 收 修 改 稿 日 期 :2004 - 04 - 27红 外 遥 控 信 号 的 一 种 编 码 解 码 方 法聂 诗 良 ,李 磊 民(西 南 科 技 大 学 信 息 与 控 制 工 程 学 院 ,四 川 绵 阳 621002)摘 要 :以 HS0038 (红 外 信 号 接 收 频 率 为 38 kHz)作 为 红 外 接 收 头 ,详 细 介 绍 了 红 外 遥 控 信 号 的 单 片 机 软 件 编 码 解 码方 法 ,包 括 编 码 、 调 制 和 解 码 的 原 理 以 及 以 AT89C2051 为 核 心 的 硬 件 电 路 和

2、程 序 实 现 ,实 现 了 基 于 字 节 的 红 外 数 据 传 输 。经 实 验 测 试 ,该 方 法 能 使 红 外 遥 控 信 号 可 靠 发 送 和 接 收 ,传 输 距 离 可 达 15 m ,如 果 适 当 减 少 编 码 所 用 的 脉 冲 个 数 ,传 输速 度 可 达 1 200 bit/ s. 该 方 法 可 用 于 一 些 计 算 机 控 制 系 统 中 。关 键 词 :红 外 遥 控 ;单 片 机 ;编 码 解 码中 图 分 类 号 :TP3 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1002 - 1841 (2004) 08 - 0028 - 02Encodin

3、g and Decoding Method for Infrared Remote2control SignalNIE Shi2liang ,LI Lei2min(School of Information and Control Engineering ,Southwest University of Science and Technology ,Mianyang 621002 ,China)Abstract :In detail introduced an encoding and decoding method for infrared remote2control signal wi

4、th software of microchip ,in2frared signal was received by HS0038 whose frequency is 38 kHz ,including principle of encoding and modulation and decoding ,hardwarecircuit whose center was AT89C2051 and program. Transmission of infrared remote2control signal based on byte was realized. Its experi2ment

5、 indicates that the method can benefit to reliable transmission of infrared remote2control signal ,distance of transmission could reach15 m ,speed of transmission could reach 1 200 bit/ s if number of the pulse of encoding would be reduced properly. The method could beused to computer control system

6、.Key Words :Infrared Remote2control ;Microchip ; Encoding and Decoding1 单 片 机 红 外 遥 控 的 原 理1. 1 单 片 机 红 外 遥 控 概 述红 外 遥 控 有 发 送 和 接 收 两 个 组 成 部 分 。 一 方 面 ,发 送 端 采用 单 片 机 将 待 发 送 的 二 进 制 信 号 编 码 调 制 为 一 系 列 的 脉 冲 串信 号 ,通 过 红 外 发 射 管 发 射 红 外 信 号 ;另 一 方 面 ,目 前 红 外 接 收端 普 遍 采 用 价 格 低 、 性 能 可 靠 的 一 体 化 红

7、外 接 收 头 (如 HS0038接 收 红 外 信 号 ,频 率 为 38 kHz ,周 期 约 为 26 s) 接 收 红 外 信 号 ,它 同 时 对 信 号 进 行 放 大 、 检 波 、 整 形 ,得 到 TTL 电 平 的 编 码 信号 ,再 送 给 单 片 机 ,经 单 片 机 解 码 并 执 行 ,去 控 制 相 关 对 象 。 如图 1 所 示 。图 1 单 片 机 红 外 遥 控 的 过 程1. 2 二 进 制 信 号 的 编 码采 用 不 同 的 脉 宽 宽 度 来 实 现 二 进 制 信 号 的 编 码 ,可 由 发 送单 片 机 来 完 成 。 用 图 2(a)表 示

8、 二 进 制 信 号 中 的 高 电 平 “ 1” ,其 特征 是 脉 冲 中 低 电 平 与 高 电 平 的 宽 度 均 等 于 0152 ms ,相 当 于 20个 26 s的 宽 度 ;用 图 2(b)表 示 二 进 制 信 号 中 的 低 电 平 “ 0” ,其 特征 是 脉 冲 中 高 电 平 的 宽 度 等 于 0152 ms ,而 低 电 平 的 宽 度 是 1104ms ,相 当 于 40 个 26 s的 宽 度 。 上 述 20 个 和 40 个 脉 冲 宽 度 还 可适 当 减 少 ,以 增 加 数 据 传 输 速 度 。(a)“ 1” 的 表 示 (b)“ 0” 的 表

9、示图 2 二 进 制 信 号 的 编 码1. 3 二 进 制 信 号 的 调 制二 进 制 信 号 的 调 制 仍 由 发 送 单 片 机 来 完 成 ,它 把 编 码 后 的二 进 制 信 号 调 制 成 频 率 为 38 kHz 的 间 断 脉 冲 串 ,相 当 于 用 二进 制 信 号 的 编 码 乘 以 频 率 为 38 kHz 的 脉 冲 信 号 得 到 的 间 断 脉冲 串 ,即 调 制 后 用 于 红 外 发 射 二 极 管 发 送 的 信 号 。 如 图 3 所示 ,A 为 二 进 制 信 号 的 编 码 波 形 , B 为 频 率 为 38 kHz(周 期 为 26 s)的

10、连 续 脉 冲 串 , C 为 经 调 制 后 的 间 断 脉 冲 串 (相 当 于 C = A B) ,用 于 红 外 发 射 二 极 管 发 送 的 波 形 。 图 3 中 待 发 送 的 二进 制 数 据 为 101。图 3 二 进 制 信 号 的 调 制1. 4 二 进 制 信 号 的 解 调二 进 制 信 号 的 解 调 由 一 体 化 红 外 接 收 头 HS0038 来 完 成 ,它 把 收 到 的 红 外 信 号 (图 4 中 波 形 D ,即 图 3 中 波 形 C) 经 内 部处 理 并 解 调 复 原 ,输 出 图 4 中 波 形 E (正 好 是 对 图 3 中 波 形

11、 A的 取 反 ) ,HS0038 的 解 调 可 理 解 为 :在 输 入 有 脉 冲 串 时 ,输 出 端输 出 低 电 平 ,否 则 输 出 高 电 平 。图 4 HS0038 的 输 入 输 出 波 形2004 年 仪 表 技 术 与 传 感 器 2004 第 8 期 Instrument Technique and Sensor No18 1. 5 二 进 制 信 号 的 解 码二 进 制 信 号 的 解 码 由 接 收 单 片 机 来 完 成 ,它 把 红 外 接 收 头送 来 的 二 进 制 编 码 波 形 (图 4 中 波 形 E) 通 过 解 码 还 原 出 发 送端 发 送

12、 的 数 据 。 如 图 4 ,把 波 形 E 解 码 还 原 成 数 据 信 号 101。1. 6 基 于 字 节 传 输 的 红 外 遥 控 数 据 格 式在 发 送 字 节 的 开 始 先 通 过 单 片 机 发 送 40 个 脉 冲 宽 度 (每个 脉 冲 周 期 26 s)的 高 电 平 作 为 传 输 开 始 ,接 着 发 送 8 位 数 据(字 节 高 位 在 前 ,低 位 在 后 ) ,最 后 发 送 20 个 脉 冲 宽 度 的 低 电 平作 为 传 输 结 束 ,如 图 5 所 示 。图 5 基 于 字 节 传 输 的 红 外 遥 控 数 据 格 式2 单 片 机 红 外

13、遥 控 的 实 现2. 1 硬 件 电 路 设 计如 图 6 ,单 片 机 采 用 AT89C2051 ,它 是 51 系 列 8 位 单 片 机 ,内 部 有 2 kB 的 程 序 存 储 器 ,外 部 有 P1 和 P3 2 个 8 位 并 口 ,选用 晶 振 频 率 fosc = 24 MHz. 图 6 (a) 中 ,SE303 是 红 外 发 射 二 极管 ,当 P1. 0 = 1 时 ,三 极 管 9013 导 通 ,SE303 通 电 发 射 红 外 线 ,实 际 上 发 射 的 是 频 率 为 38 kHz 的 脉 冲 串 ;反 之 ,三 极 管 9013 截止 ,SE303 截

14、 止 ,不 发 射 。 图 6 (b)中 ,一 体 化 红 外 接 收 头 HS0038的 圆 形 面 为 红 外 接 收 面 ,它 与 SE303 红 外 发 射 管 的 有 效 收 发 直射 距 离 可 达 35 m.(a)发 射 电 路 (b)接 收 电 路图 6 单 片 机 红 外 遥 控 的 硬 件 电 路2. 2 软 件 设 计2. 2. 1 发 射 程 序 设 计编 程 要 点 :因 HS0038 的 红 外 接 收 频 率 为 38 kHz ,所 以 载 波信 号 采 用 38 kHz 的 矩 形 波 。 载 波 信 号 由 子 程 序 产 生 ,矩 形 波周 期 t = 26

15、 s. 对 需 要 发 送 的 二 进 制 信 号 调 制 ,如 图 2 ,“ 1” 用 20个 t 的 低 电 平 和 20 个 t 的 脉 冲 表 示 ,“ 0” 用 40 个 t 的 低 电 平 和20 个 t 的 脉 冲 表 示 ,占 空 比 分 别 为 1 2 和 1 3 ,符 合 NEC 通 用编 码 ,8 bit/ 帧 ,带 同 步 帧 (传 输 开 始 ) 和 结 束 帧 (传 输 结 束 ) ,如图 5。 发 射 1 个 字 节 的 子 程 序 如 下 :SEND :MOV A , # 32H ;发 送 “ 2” 的 ASC 码 32HMOV R4 , # 8 ;发 送 8

16、位MOV R5 , # 40 ;传 输 开 始 (同 步 帧 ) ,发 送 40 个 脉 冲LCALL H ;调 用 1 次 子 程 序 H ,产 生 1 个 周 期 26 s 的 脉冲GO :RLC A ;发 送 字 节 的 高 位JC S1 ;判 断 是 发 送 “ 0” 还 是 “ 1”MOV R5 , # 40 ;发 送 编 码 “ 0” ,先 发 送 40 个 脉 冲 宽 度 的低 电 平LCALL L ;调 用 1 次 子 程 序 L ,产 生 宽 度 为 26 s 的 低 电平MOV R5 , # 20 ;发 送 20 个 脉 冲LCALL HLJMP NEXTS1 :MOV R

17、5 , # 20 ;发 送 编 码 “ 1” ,先 发 送 20 个 脉 冲 宽 度 的低 电 平LCALL LMOV R5 , # 20 ;发 送 20 个 脉 冲LCALL HNEXT:DJNZ R4 ,GO ;发 送 8 位 未 完 ,继 续MOV R5 , # 20 ;8 位 传 输 结 束 ,再 发 送 20 个 脉 冲 宽 度 的低 电 平 (结 束 帧 )LCALL LRET;1 个 周 期 t = 26 s 的 脉 冲 (24 MHz 晶 振 ,1 个 机 器 周 期 =015 s)H :SETB P1. 0 ;015 sMOV R6 , # 11 ;015 sDJNZ R6

18、,S| ;执 行 11 次 1 s/ 次 = 11 sCLR P1. 0 ;015 sMOV R6 , # 11 ;015 sDJNZ R6 ,S| ;11 sDJNZ R5 ,H ;1 sRET ;1 s;1 个 26 s 宽 度 的 低 电 平L :CLR P1. 0 ;015 sMOV R6 , # 24 ;015 sDJNZ R6 ,S| ;24 sRET ;1 s2. 2. 2 接 收 程 序 设 计编 程 要 点 :HS0038 输 出 的 信 号 是 解 调 后 的 反 向 信 号 (如 图4 波 形 E) ,所 以 接 收 到 的 信 号 解 码 也 要 经 过 反 向 才 能

19、 和 发 送信 号 编 码 一 致 。 当 接 收 到 同 步 帧 后 ,进 入 解 码 部 分 ,接 收 完 1帧 (8 bit)后 ,处 理 收 到 的 数 据 并 进 入 下 一 次 接 收 。 解 码 采 用 软件 抽 样 判 决 ,以 30 个 脉 冲 (1 个 脉 冲 = 26 s) 为 判 决 门 限 ,在 门限 时 刻 读 得 低 电 平 时 (如 图 7 中 A 点 ) ,即 可 判 定 为 编 码 “ 1” ;在门 限 时 刻 读 得 高 电 平 时 (如 图 7 中 B 点 ) ,即 可 判 定 为 编 码“ 0” 。 解 码 一 位 后 ,需 等 到 下 一 位 的 高

20、 电 平 到 来 ,再 计 数 30 个脉 冲 后 ,判 断 读 得 的 电 平 是 高 还 是 低 ,进 行 解 码 。 如 图 7 中 , C点 为 高 ,解 码 为 “ 0” ; D 点 为 低 ,解 码 为 “ 1” 。图 7 波 形 解 码 示 意 图接 收 1 个 字 节 的 程 序 如 下 :RECE:MOV R5 , # 8 ;接 收 8 位JB P1. 0 ,S| ;等 待 同 步 帧 ,同 步 帧 为 低 电 平MOV R7 , # 30 ;同 步 帧 (低 电 平 ) 到 来 后 ,延 时 等 待 30 个脉 冲 的 时 间LCALL DELAY ;调 用 1 次 子 程

21、 序 DELAY,产 生 1 个 26 s的 延 时 (下 转 第 32 页 )第 8 期 聂 诗 良 等 :红 外 遥 控 信 号 的 一 种 编 码 解 码 方 法 29 Ts = Tk (6)式 中 : Ts 为 采 样 周 期 ; T 为 计 算 周 期 ; k 为 1 个 计 算 周 期 内 采 样点 的 个 数 。图 3 轮 胎 压 力 采 样 示 意 图4 抗 干 扰 措 施由 于 汽 车 有 多 个 轮 胎 ,每 个 轮 胎 中 都 要 安 装 1 个 数 据 采 集和 发 射 模 块 ,其 中 的 无 线 射 频 发 射 芯 片 若 工 作 在 同 一 频 点 ,相同 频 率

22、 的 射 频 信 号 之 间 将 会 产 生 干 扰 ,严 重 时 ,将 会 造 成 数 据根 本 无 法 接 收 ;另 一 方 面 ,不 同 汽 车 上 的 无 线 射 频 发 射 芯 片 也同 样 会 存 在 相 同 频 率 的 射 频 信 号 之 间 产 生 干 扰 现 象 。 针 对 以上 情 况 ,通 常 可 以 采 用 以 下 的 几 种 解 决 办 法 :射 频 发 射 天 线 定向 ,即 让 射 频 发 射 天 线 向 接 收 装 置 定 向 发 射 射 频 信 号 ;分 频 发根 据 RF发 射 芯 片 的 FSK调 制 解 调 和 总 的 频 宽 来 分 频 段 ,每 1个

23、 无 线 射 频 发 射 芯 片 占 用 惟 一 一 个 频 点 ;用 汽 车 轮 胎 的 轮 毂 钢环 作 天 线 ;控 制 发 射 功 率 以 减 少 干 扰 。考 虑 到 实 际 效 果 和 实 现 的 难 易 程 度 ,系 统 采 用 了 分 频 发射 ,通 过 不 同 的 频 点 来 区 分 不 同 的 轮 胎 ,并 尽 可 能 减 小 发 射 功率 。5 结 束 语系 统 采 用 分 模 块 设 计 ,每 1 个 轮 胎 对 应 1 套 感 测 和 RF 发射 模 块 ,通 过 不 同 的 发 射 频 点 ,实 现 对 不 同 轮 胎 的 识 别 和 检 测 ,提 高 了 系 统

24、的 抗 干 扰 能 力 。 感 测 和 发 射 模 块 与 接 收 模 块 之 间通 过 无 线 射 频 进 行 数 据 传 输 。 通 过 软 件 设 计 来 控 制 RF 发 射器 的 发 射 次 数 ,进 一 步 降 低 功 耗 ,延 长 了 电 源 的 使 用 寿 命 。 系统 各 个 模 块 中 的 主 要 芯 片 ,尽 可 能 地 选 用 了 同 一 生 产 厂 家 的 芯片 ,降 低 了 对 主 要 芯 片 的 要 求 和 成 本 ,进 一 步 提 高 了 系 统 各 个部 分 的 兼 容 性 和 稳 定 性 。 为 了 检 验 系 统 的 实 际 应 用 效 果 ,把 实验 样

25、 机 安 装 在 一 辆 4 轮 轿 车 上 ,对 轮 胎 进 行 了 48 h 的 变 压 检测 ,结 果 表 明 :系 统 具 有 良 好 的 稳 定 性 和 可 靠 性 ,正 常 情 况 下 ,电 源 的 寿 命 应 在 8 a 以 上 ,达 到 了 设 计 的 目 的 ;同 时 ,准 确 检 测轮 胎 的 压 力 ,保 证 给 轮 胎 及 时 充 气 ,还 可 以 减 少 轮 胎 的 磨 损 ,进一 步 降 低 了 油 耗 ,具 有 现 实 意 义 。参 考 文 献1 姚 琳 . 来 自 西 门 子 的 轮 胎 压 力 监 测 . 系 统 橡 塑 技 术 与 装 备 ,2002(28)

26、 :52.2 张 晓 云 . 轮 胎 压 力 监 测 系 统 . 矿 业 快 报 ,2002 (8) :22.(上 接 第 27 页 ) 通 过 测 量 磁 场 的 强 弱 ,还 可 以 进 行 位 置 、 距离 的 判 别 。 在 一 些 警 卫 系 统 中 ,就 是 通 过 摄 像 机 摄 取 人 的图 像 ,与 数 据 区 的 图 像 进 行 鉴 别 。 利 用 磁 阻 来 获 取 磁 场 信息 有 非 接 触 、 成 本 低 、 体 积 小 、 隐 蔽 性 的 优 点 ,也 可 方 便 地 实现 与 微 机 的 接 口 。 当 然 ,由 于 微 弱 磁 场 的 干 扰 以 及 三 维

27、物体 形 状 的 不 规 则 、 磁 场 的 不 均 匀 性 等 问 题 ,在 三 维 复 杂 问 题的 识 别 中 ,要 经 过 很 多 复 杂 的 提 取 、 验 算 工 作 ,正 在 进 一 步的 改 进 。5. 4 其 他 应 用此 外 ,由 于 AMR磁 阻 传 感 器 的 优 良 特 性 ,人 们 也 将 它 广 泛用 于 其 他 技 术 领 域 ,如 磁 罗 盘 、 电 流 测 量 、 流 动 检 测 、 转 速 检 测 、阀 位 控 制 、 点 火 定 时 、 机 器 人 控 制 、 活 门 位 置 检 测 、 周 期 和 时 间测 量 、 位 移 和 力 的 测 量 ,直 线

28、 或 旋 转 运 动 及 位 置 检 测 以 及 磁 场分 布 的 测 量 和 铁 磁 材 料 磁 滞 回 线 的 测 量 等 领 域 。6 结 束 语各 向 异 性 磁 阻 传 感 器 是 一 种 以 量 子 效 应 为 原 理 的 高 精度 、 小 体 积 、 高 稳 定 性 的 新 型 磁 性 传 感 器 。 HMC1002 有 两 个敏 感 轴 方 向 ,是 一 种 二 维 传 感 器 。 它 的 offset 与 set/ reset 管脚 的 设 计 有 利 于 提 高 精 度 和 数 据 测 量 的 可 重 复 性 。 将HMC1002 与 数 字 技 术 结 合 起 来 ,在

29、工 业 与 军 事 方 面 都 有 应用 的 前 景 ,在 一 些 智 能 识 别 系 统 中 应 用 的 就 是 相 关 性 检 测的 方 法 ,而 各 项 异 性 磁 阻 传 感 器 以 其 在 弱 磁 检 测 中 的 独 特优 势 ,在 识 别 检 测 方 面 一 定 有 更 广 的 应 用 前 景 。参 考 文 献1 BAIBICH. M. N. Phys. Rev.Lett ,1988 (64) :2472 - 2487.2 周 勋 ,梁 冰 清 ,唐 文 俊 ,等 . 磁 电 阻 效 应 的 研 究 进 展 . 物 理 实 验 ,2000 ,20 (9) :13 - 16.3 姚

30、学 标 ,郑 万 鎏 ,柳 宗 英 . 铁 磁 金 属 薄 膜 磁 阻 传 感 器 的 研 制 . 安徽 大 学 学 报 ,1995 ,15 (1) :45 - 49.4 Honeywell Magnetic Sensor Products Userps Manual ,1998.5 徐 彤 ,王 涌 天 ,阎 达 远 . 用 于 虚 拟 现 实 的 六 自 由 度 电 磁 跟 踪 系统 . 北 京 理 工 大 学 学 报 ,2000 ,20 (5) :62 - 64.6 程 佩 青 . 数 字 信 号 处 理 教 程 . 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,2001 :90- 110.(

31、上 接 第 29 页 )JB P1. 0 ,RECE ;延 时 30 个 脉 冲 后 ,若 P1. 0 = 1 ,转 RECE 重 新检 测JNB P1. 0 ,S| ;延 时 30 个 脉 冲 后 ,若 P1. 0 还 是 0 ,传 输 开 始 ,再等 编 码 中 的 高 电 平 (如 图 7 中 E 点 和 F 点 )GO :MOV R7 , # 30 ;编 码 中 的 高 电 平 到 来 后 ,延 时 30 个 脉 冲 的时 间LCALL DELAYJNB P1. 0 ,RE1 ;延 时 30 个 脉 冲 后 ,P1. 0 = 0 转 RE1 ,P1. 0 = 1顺 序 执 行CLR C

32、 ;P1. 0 = 1 时 应 解 码 为 0 (图 7 中 B 点 ) ,使 C清 0RLC A ;把 移 入 寄 存 器 A 中 ,经 8 次 移 位 到 A 的 高 位JB P1. 0 ,S| ;跳 过 后 续 高 电 平 (图 7 中 G点 所 在 高 电 平 段 )JNB P1. 0 ,S| ;跳 过 后 续 低 电 平 (图 7中 H点 所 在 低 电 平 段 )LJMP NEXT ;转 接 收 下 一 位RE1 :SETB C ;P1. 0 = 0 时 应 解 码 为 1 (图 7 中 A 点 ) ,使 C置 1RLC A ;把 C = 0 移 入 寄 存 器 A 中JNB P1

33、. 0 ,S|NEXT:DJNZ R5 ,GO ;8 位 未 接 收 完 ,继 续RET;26 s 延 时 子 程 序 (24 MHz 晶 振 ,1 个 机 器 周 期 为 015 s)DELAY:NOP ;015 sMOV R6 , # 24 ;015 sDJNZ R6 ,S| ;24 sDJNZ R7 ,DELAY ;每 次 1 sRET ;1 s(可 忽 略 )3 结 束 语经 实 验 测 试 ,红 外 遥 控 信 号 的 编 码 解 码 方 法 没 有 出 现 传 输 误码 ,可 靠 、 实 用 ,在 编 码 解 码 方 面 降 低 了 硬 件 成 本 。 若 在 数 据 传 输协 议 中 ,加 上 地 址 帧 (设 备 号 码 识 ) 和 校 验 帧 ,该 方 法 在 计 算 机 系 统中 将 有 更 广 泛 的 应 用 。参 考 文 献1 丁 元 杰 . 单 片 微 机 原 理 及 应 用 . 第 2 版 . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,2001.32 Instrument Technique and Sensor Aug 2004