基于单片机的红外转射频遥控系统

引言

近年来，随着人民生活水平的提高，带红外遥控的家用电器种类越来越多，如电视、空调、DVD等，但由于各种红外遥控编码格式不同，使得各种产品的遥控器不能相互兼容，用户在使用过程中很容易产生混乱，而且各种遥控器的功能也都大同小异，从而造成很大的资源浪费；另外，红外遥控信号的发射与接收会受到障碍物的遮挡，而且传输距离有限。如果能够将家用电器的遥控器集成为一体，并克服红外遥控距离和方向的限制，无疑将会给人们的生活带来很大的便利。基于这样的目的，本文设计了一种转换装置，将红外遥控转换为射频遥控，利用地址编码和数据编码，把对多个对象的遥控集成在一个射频遥控器上，充分利用射频信号传输距离远、无方向性的优点，并采用多种抗干扰技术以提高系统的可靠性。

1．总体方案设计

系统主要有遥控装置和转换装置两部分组成，接收控制部分是红外遥控的对象，如电视机，空调等设备。射频遥控器由按键信息输入、编码及射频发射电路组成，主要功能是将用户的输入信息进行编码，经433MHz的载波调制，并通过天线发射出去。它和电视机的遥控器功能相似，不同的是它发射的射频信号不受环境限制且能够实现远距离传输。转换装置包括射频信号的接收解调、红外调制及红外发射部分，主要功能是从接收的射频信号中，解调出遥控信息，并按照红外遥控的编码体制对信息进行编码，并调制在38kHz的载波（38kHz载波频率是家电类红外遥控的主流载频，还有其它频率，如36kHz、40kHz，但只是小部分 ）上，经红外发射管的二次调制，发射红外遥控信号，从而实现对受控设备的控制。实际应用时，一个射频遥控器，可以通过地址编码控制多个转换装置，将转换装置分别固定在不同的受控对象上，并使其红外发射管对准受控对象的红外接收头，这样就不需要改动受控对象的内部电路，就可实现射频遥控的转换，从而简化了电路，降低了成本。

2．编、解码芯片简介

PT2262是一款数据编码芯片，最多有12位三态地址线(“0”或“1”或“悬空”)，可提供531,441种编码地址，因此可以极大地减少地址冲突，实现多路遥控的功能。PT2262将地址码和数据码（A0~A5和A6/D5~A11/D0）转变为串行数据，并从第17脚输出相应的编码信号波形。与PT2262相对应的解码芯片PT2272则从解调出的数据中，提取相应的地址和数据编码信息，并和本地设定的地址进行两次比较，如果地址相同，则根据指令中的数据信息执行相应的动作；否则，不响应这条指令 。这样，通过控制发射端的地址编码就可实现对多个对象的控制，通过控制发射端的数据编码，就可对一个受控对象执行多种操作。

3．红外遥控信号的码形

红外遥控器是利用红外线作载体传送信息的，该二进制信息一般由引导码、用户码、功能码组成，红外遥控编码的格式如图所示：

首先发射9ms高电平起始信号，4.5ms低电平，合称引导码。接着发射“低8位用户码+高8位用户码+8位功能码+8位功能码反码”，共32位。二进制“0”用“0.56ms高电平+0.56ms低电平”表示， “1”用“0.56ms高电平+1.68ms的低电平”表示[4]。接收的信号与发射的信号正好相反，即发射为高电平时，接收为低电平。所以接收到信号时，通过检测高电平的长度就可以判断传输的是“0”还是“1”，发射信息的冗余主要是为了提高系统的抗干扰能力。

不同的红外受控对象有自己惟一的用户码，因此通过发送不同的用户码就可以区分开该遥控信息是发送给哪个受控对象的。受控对象从信号中解调出功能码，并根据功能码，执行相应的功能和动作。在本系统中，用户码就是编码芯片的地址编码，功能码就是遥控器上的键值，即编码芯片上的数据编码。

4．硬件电路设计及实现

AT89C2051单片机功耗低，体积小，适用于各种便携式设备，因此在转换电路中采用这款芯片；如果控制对象少，需要的端口也少，那么射频遥控器电路也可以采用AT89C2051；在设计中，为验证系统能够实现控制多路信号的功能，遥控器电路采用AT89C51单片机，这样可以增加更多的遥控对象。硬件电路主要包括射频遥控器电路和转换装置电路两部分。

射频遥控器主要实现用户信息的采集、编码和射频发射功能。射频发射电路采用安阳市新世纪电子研究所有限公司的射频无线发射模块F05E，它采用ASK调制。单片机扫描矩阵键盘的输入信息，并送入PT2262进行编码，经F05E调制到433MHz的中频信号上，并通过天线发射出去。在5V电压下，实际遥控距离为100m左右，基本可以满足系统的正常要求。射频遥控框图如图所示： 

转换装置把接收到的433MHz射频信号送到与F05E相对应的射频接收解调模块J04P中进行解调，再经过PT2272解码，恢复出原始的遥控信息；单片机利用内部定时器产生38kHz载波脉冲，并将遥控信号调制在该载波上，经放大后送至红外发光二极管，转化为红外调制信号发射出去。转换装置电路如图所示：

在转换装置上加上一些小型的继电器或晶闸管，就可以远距离的控制某些电器的电源开关，如电灯、冰箱等设备。

5．软件设计及实现

遥控器面板上的按键可分为三类：状态键、功能键、开关键。由于各种红外遥控器的编码格式不同，遥控器在发送按键信息时，需要判断该信息是发送给哪个受控对象的，从而选择相应的编码形式，状态按键就是实现遥控器的这种功能转换的，在软件实现上，则是根据不同的受控对象，加上不同的用户码；功能键包括各种电器遥控的常用操作，如0~9数字键，上下左右、快进、后退键；开关键主要是配合继电器（或晶闸管）电路，用于对某些用电器的电源开关进行控制。射频遥控器随时响应用户的按键输入，并计算键值，对键值采用“键值+键值反码”的格式进行编码，以提高系统的抗干扰能力。

转换装置的软件设计要完成射频信息的解码、红外信息编码、产生38kHz载波脉冲、红外调制等功能。单片机通过外部中断检测射频解调模块，判断是否有遥控信息，如果有，则执行中断程序，从解调模块读取信息，经过红外编码、38kHz载波的脉冲调制，送到红外发射电路，将调制后的红外遥控信号发送出去。38kHz的载波脉冲可以通过单片机中的定时器0来产生，并通过单片机的定时器1来控制高低电平的持续时间。中断程序流程如图所示：

6．结束语

本文设计的红外转射频遥控系统可以很好地对配有红外装置的设备实现各种遥控操作，以及对其它家用电器的电源开关进行控制。这种系统可广泛应用于家庭以及工业生产中的远距离控制、车载卫星电视接收系统等领域。创新点：把红外遥控转换为射频遥控，并将多个遥控器集成为一体，使用方便，减少了资源浪费；对新增加的设备只需更新转换装置软件中的红外编码格式就可以将其添加到该系统中，不需要改变设备原有的内部电路，通用性强。