王一帆

【摘 要】隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，很多設(shè)備已經(jīng)不能單單依靠就地操作的方式進(jìn)行操作了，而紅外遙控技術(shù)雖然廣泛應(yīng)用于日常生活，但在工業(yè)設(shè)備中使用的情況卻比較少見?？紤]到工業(yè)環(huán)境的多方面使用需求，本設(shè)計(jì)使用了以MSP430單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，基于NEC通訊協(xié)議和PWM波的調(diào)制完成了紅外遙控裝置的設(shè)計(jì)，并使用Protues進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。

設(shè)計(jì)方案成本較低且具備優(yōu)良的低功耗特性和信息傳遞準(zhǔn)確性，可以廣泛適用于多種工業(yè)環(huán)境，也可以完成對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行遙控的要求，增加了工業(yè)環(huán)境控制手段的多樣性，同時(shí)遠(yuǎn)距離的控制方式也在一定程度上保證了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的安全性。

【關(guān)鍵詞】紅外遙控；MSP430；PWM

一、引言

紅外遙控裝置由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制作方便、抗干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。[i]在日常生活中，紅外遙控的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，包括電視遙控器、空調(diào)遙控器等的使用。但由于工業(yè)環(huán)境復(fù)雜，對(duì)工業(yè)用紅外遙控裝置就有了比日常生活中所使用的遙控器高得多的要求。

二、紅外遙控裝置設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)在硬件的設(shè)計(jì)上采用了MSP430f2111單片機(jī)作為自制紅外遙控裝置的信號(hào)發(fā)生裝置，采用HS0038一體化紅外接收頭作為紅外信號(hào)接收裝置。MSP430系列單片機(jī)擁有卓越的低功耗性能，而MSP430f2111單片機(jī)和HS0038一體化紅外接收頭的成本也很低廉，本設(shè)計(jì)采用了上述硬件進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)并在Protues中搭建硬件仿真電路用來進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

Proteus是基于SPICE3F5仿真引擎的混合電路仿真軟件，不僅能夠仿真模擬、數(shù)字電路以及模數(shù)混合電路，更具特色的是它能夠仿真基于單片機(jī)的電子系統(tǒng)。[ii]通過Protues搭建自制紅外遙控裝置的硬件電路，然后將程序錄入相應(yīng)單片機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

由于硬件設(shè)計(jì)中采用的HS0038一體化紅外接收頭可以接收的紅外信號(hào)頻率為38KHz，因此在發(fā)送端必須發(fā)送38KHz的紅外信號(hào)。

發(fā)送紅外信號(hào)的第一步是先確認(rèn)按鍵信息與紅外信息的轉(zhuǎn)換協(xié)議，這樣才可以保證信息傳遞的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)采用了目前廣泛使用的NEC通訊協(xié)議。單片機(jī)將按鍵信息轉(zhuǎn)換為引導(dǎo)碼、地址碼和數(shù)據(jù)碼，其中引導(dǎo)碼是為了確認(rèn)接收到的信息為紅外信息，地址碼也可以叫做用戶碼，是為了實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的加密，數(shù)據(jù)碼則代表具體的按鍵信息。為了進(jìn)一步的確保信息傳遞的準(zhǔn)確性，將地址碼和數(shù)據(jù)碼取反，分別加在地址碼和數(shù)據(jù)碼的后面，一般情況下，并不對(duì)這兩個(gè)反碼進(jìn)行處理，而在本設(shè)計(jì)中，為了進(jìn)一步確保工業(yè)環(huán)境下信息傳遞的準(zhǔn)確性，會(huì)增加反碼的解碼并與原碼進(jìn)行對(duì)比，如果不同則認(rèn)為該信息無效。

如下為按照NEC協(xié)議將按鍵信息轉(zhuǎn)換為編碼信息的程序（部分）：

void Red_data（uchar c） //發(fā)送地址、數(shù)據(jù)碼子程序

{

uchar i；

for （i=0；i<8；i++）

{ RED_H； //置高

delay_us（560）； //置高0.56ms

RED_L； //置低

if（c&0x01） //判斷數(shù)據(jù)碼第一位的高低

{delay_us（1685）； } //若為1，置低1.685ms

Else //若為0，置低0.565ms

{delay_us（565）； }

c >>= 1； //數(shù)據(jù)碼右移1位

}

}

按照協(xié)議將按鍵信息轉(zhuǎn)換成編碼信息之后，然后就需要通過單片機(jī)完成38KHzPWM波的調(diào)制。選取1MHz作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，通過計(jì)算：1MHz/38kHz≈26，38KHz的一個(gè)周期約為26個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘周期。當(dāng)增計(jì)數(shù)模式下采用輸出模式7，計(jì)數(shù)器增加到TACCR1時(shí)復(fù)位，增加到TACCR0時(shí)置位。通過上述原理使用單片機(jī)發(fā)生占空比為1/3的PWM波，通過計(jì)算26/3≈9，設(shè)置計(jì)數(shù)器加到9復(fù)位，再增加到26時(shí)置位，

如下為PWM波生成的程序（部分）：

void PWM_open（） //打開PWM波P1.2端口輸出子程序

{

P1SEL |= BIT2； //P1.2功能選擇為外圍模塊功能

P1DIR |= BIT2； //P1.2端口為輸出端口

P1OUT &= ～BIT2； //P1.2端口置0

TACTL |= TASSEL_2+ID_3+MC_1 ； //SMCLK做時(shí)鐘源，8分頻，增加計(jì)數(shù)模式

TACCR0 = 26； //CCR0為計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到26時(shí)

TACCTL1 = OUTMOD_7； //復(fù)位/置位

TACCR1 = 9； //CCR1，設(shè)置占空比

}

三、Protues仿真

完成PWM的發(fā)生之后，就可以對(duì)程序進(jìn)行整合，系統(tǒng)開啟自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，打開PWM波的發(fā)送，再根據(jù)按鍵發(fā)送對(duì)應(yīng)的編碼信息，發(fā)送完后關(guān)閉PWM波的發(fā)送，最后將按鍵中斷標(biāo)志位清0，系統(tǒng)又進(jìn)入低功耗模式。在完成軟件編程之后將軟件帶入Protues中進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖1所示：

圖1所傳輸?shù)男畔⒅械?6位為數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)位的反碼，所以傳送的數(shù)據(jù)為00011000。用戶可以根據(jù)需求自己定義按鍵的編碼，只需在接收端識(shí)別相應(yīng)的編碼即可得到具體的按鍵信息，不同的設(shè)備設(shè)置相同的用戶碼即可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的控制要求。Protues的仿真實(shí)驗(yàn)成功驗(yàn)證了自制工業(yè)遙控裝置的可行性。

注釋：

[i]任晉婷.基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2013（24）：36-37.

[ii]董普松.Protues在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（14）：153-154.