係統總體結構與硬件設計

係統采用模塊化設計
，各模塊通過接口電路與主控芯片相連。主要模塊有：矩陣鍵盤，液晶顯示，存儲模塊
，紅外發送模塊
，紅外接收模塊，RS232

、RS485 通信模塊，以及溫度檢測模塊。係統結構圖如圖1 所示。

係統以Atmega16 單片機作為主控芯片，Atmega16具有16K 字節的係統內可編程Flash ,512 字節EEPROM,1K 字節SRAM,32 個通用I/O 口線

，32 個通用工作寄存器，用於邊界掃描的JTAG 接口，支持片內調試與編程

，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數器(T/C)

，片內/外中斷
，可編程串行USART,有起始條件檢測器的通用串行接口，8 路10 位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC,具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器
，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。該芯片功能強大
，滿足係統設計需要並提供了充分的擴展空間。主控芯片使用8MHz 的晶振
，晶振電路靠近主控芯片，盡量減少輸入噪聲。複位電路采用低電平複位。


矩陣鍵盤采用3*3 的設計
，設置了8 個功能鍵，方便用戶進行手動操作。其中單獨設計了一顆模式切換鍵，可在學習、發射、通信模式中切換。為了實現學習功能， 紅外接收模塊使用了一體化接收頭NB1838,其光電檢測和前置放大器集成於同一封裝，中心頻率為37.9KHz. NB1838 的環氧樹脂封裝結構為其提供了一個特殊的紅外濾光器，對自然光和電場幹擾有很強的防護性。NB1838 對接收到的紅外信號進行放大、檢波、整形，並調製出紅外編碼，得到TTL 波形，反相後輸入單片機
，再由單片機進行進一步的處理，存儲到EEPROM 中，接收電路如圖2 所示。


考慮到係統需要的存儲空間比較大
，設計了單獨的存儲模塊，選用的EEPROM 是AT24C64,它提供了8KB 的容量，通過IIC 協議與Atmega16 TWI 接口通信，將學習到的紅外指令存儲在此

，掉電不丟失。

在發射模式下，係統從EEPROM 讀取相應數據信息
，利用三極管9013 組成的放大電路，通過大功率紅外發射管將調製好的紅外信號發射出去。發射電路如圖3所suo示shi，非fei發fa送song狀zhuang態tai時shi，三san極ji管guan工gong作zuo在zai截jie止zhi狀zhuang態tai
，紅hong外wai發fa射she管guan不bu工gong作zuo，有you利li於yu降jiang低di功gong耗hao以yi及ji延yan長chang紅hong外wai發fa射she管guan的de使shi用yong壽shou命ming。經jing實shi際ji測ce試shi

，發fa射she距ju離li可ke達da到dao10m 左右。


通信模式中

，係統通過RS232 電路與上位機通信，在與上位機通信時使用DS18B20 反饋溫度信息，DS18B20 一線總線設計大大提高了係統的抗幹擾性
，獨特而且經濟。係統還增加了RS485 模塊，便於組網，以實現對多個紅外設備進行控製。RS485 在組網時隻需要用一對雙絞線將子設備的"A"、"B"端連接起來，這種接線方式為總線式拓撲結構，在同一總線上可掛接多個結點，連接方便。

為了增加設備的實用性，係統設計了兩個電源方案，一個是直接接入5V 直流電源
，一個是接入12V直流電源，然後通過L7805 構成的變壓電路降壓為5V使用。
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係統軟件設計與實現

係統程序主要分為三個部分：學習模式
，發送模式以及通信模式。當第一次進入係統時，初始化設置設備地址
，然後設置通信的波特率，提供1200、9600 以及19200 三san種zhong選xuan擇ze。係xi統tong主zhu程cheng序xu即ji在zai三san個ge模mo式shi間jian切qie換huan，默mo認ren進jin入ru通tong信xin模mo式shi，可ke以yi通tong過guo模mo式shi切qie換huan按an鍵jian改gai變bian模mo式shi，也ye可ke以yi通tong過guo上shang位wei機ji直zhi接jie更geng改gai。出chu於yu係xi統tong的de穩wen定ding性xing需xu要yao，在zai程cheng序xu中zhong加jia入ru了le軟ruan件jian看kan門men狗gou，防fang止zhi程cheng序xu"跑飛".

學習功能設計

學習模式

紅外遙控器的碼型多樣，編碼一般包括：幀頭、係統碼、操作碼、同步碼、幀間隔碼
、幀尾，且同步碼與幀間隔碼出現的位置不固定
，因此碼型格式靈活多變，很難區分各種碼型的編碼含義;各個紅外遙控的編碼長度不盡相同，發送方式也多種多樣，最常用的有三種：完整幀隻發送一次、完整幀重複發送兩次、先xian發fa送song一yi個ge完wan整zheng幀zhen
，後hou重zhong複fu發fa送song幀zhen頭tou和he一yi個ge脈mai衝chong。麵mian對dui如ru此ci多duo樣yang化hua的de編bian碼ma方fang式shi
，如ru果guo區qu分fen每mei種zhong編bian碼ma的de含han義yi進jin行xing學xue習xi，學xue習xi的de複fu雜za度du將jiang會hui很hen高gao，並bing且qie通tong用yong性xing也ye會hui受shou到dao影ying響xiang。所suo以yi，為wei了le避bi開kai各ge色se碼ma型xing的de幹gan擾rao
，係xi統tong在zai學xue習xi時shi並bing不bu關guan心xin碼ma型xing數shu據ju的de實shi際ji意yi義yi
，隻zhi記ji錄lu脈mai衝chong的de時shi間jian寬kuan度du。係xi統tong主zhu要yao針zhen對dui載zai波bo頻pin率lv為wei38KHz(周期為26us)的紅外遙控器，利用變量IR_time 記錄接收到的脈衝寬度。學習程序流程如圖4 所示。

壓縮存儲

youyubukaolvjutidemaxingshujuyiyi，zhijilumaichongdekuandu
，xitongdexuexigongnengtongyongxingdedaoletigao，danzhezhongfangshixuexidaodeshujulianghenda
，duicunchudeyaoqiujiubiandehengao。

jinguanxitongzhenduicunchudedarongliangxuqiushejiledandudecunchumokuai

，dankaolvdaoyingzaibuzengjiayingjiankaixiaodeqingkuangxiabaozhengzugoudecunchurongliang

，yijimanzuweilaikuozhandexuyao，zaijinxingshujucunchushi，caiquleshujuyasuojishu。

從學習到的電平數據可以發現，無論數據是1 還是0,douyouxiangtongshichangdedianpingchuxian，zhefuheyouchengbianmadetedian。youchengbianmashiyizhongjiandandefeipohuaixingziliaoyasuofa，qihaochushijiayasuohejieyasuodoufeichangkuai，qifangfashijisuanlianxuchuxiandeziliaochangduyasuozhi。biru：一張二值圖像的數據為：

WWWWWWWWBWWWWBBBWWWWWWWBWWWWW

使用遊程編碼壓縮可得：8W1B4W3B7W1B 5W.

可見，壓縮效率極高，且可避免複雜的編碼和解碼運算。所以，在存儲時，係統對學習到的數據進行遊程編碼壓縮[7,8].例如，學習到的一組空調遙控器的數據為[157 153 23 53 … 23 53 23 180 156 152 23 53 …53 23],如圖5 所示，對重複的電平數據采用遊程編碼壓縮後
，原本需要199 字節的空調遙控碼
，隻需要106個字節即可存儲，壓縮率達53.27%.因此，在存儲時針對學習到的數據特點采取遊程編碼壓縮
，可以有效節約存儲空間。

發射功能設計

現有的紅外遙控器很多都是采用外部電路產生載波信號，例如使用NEC555 振蕩器產生載波信號。為了減少硬件開銷

，本係統使用單片機內部的定時器產生載波。係統使用的是Atmega16 單片機，其定時器功能強大，具有普通模式、CTC 模式

、快速PWM 模式
、相位修正PWM 模式等工作模式，係統利用定時器1,使其工作在快速PWM 模式，產生占空比為1:3 的38KHz 的PWM 波。當發送某條指令時，單片機從對應的EEPROM 中提取指令信息
，然後調製到生成的載波上，再通過發射電路即可完成紅外信號的發射。
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通信功能設計

上位機通信

本遙控器除了能通過功能按鍵實現手動操作外，還可以通過上位機軟件對遙控器進行控製。遙控器與上位機通過RS232 mokuaijinxingtongxin，shouxianpeizhishangweijiruanjian，quedingchuankouhao，xuanzeyushebeixiangtongdebotelvjizhucongshebeidizhi，ranhougenjuxuyaoxuanzexiangyingdezhiling，dianjifasongjiketongguoshangweijiduishebeijinxingkongzhi。youyubenyaokongqishijiyukongtiaoyaokongqijinxingyanjiude，zaiyushangweijitongxinshi，xitongzhongdewendujiancemokuaihuishangchuanshishiwendu
，bianyuyonghujinxingtiaozheng。tu6 為上位機軟件流程圖。


組網控製

為了實現對多個設備的聯網控製，還設計了RS485 模塊。各子遙控器通過RS485 模塊的"A"、"B"端連接在一起，組成控製網絡，如圖7 所示，其中一個作為主遙控器，與上位機通過RS232 模(mo)塊(kuai)進(jin)行(xing)串(chuan)口(kou)通(tong)信(xin)。當(dang)上(shang)位(wei)機(ji)需(xu)要(yao)對(dui)某(mou)個(ge)子(zi)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)時(shi)，選(xuan)擇(ze)相(xiang)應(ying)的(de)子(zi)設(she)備(bei)地(di)址(zhi)號(hao)
，發(fa)送(song)指(zhi)令(ling)即(ji)可(ke)，主(zhu)遙(yao)控(kong)器(qi)收(shou)到(dao)指(zhi)令(ling)信(xin)息(xi)後(hou)，會(hui)將(jiang)指(zhi)令(ling)發(fa)給(gei)對(dui)應(ying)的(de)子(zi)設(she)備(bei)。與(yu)主(zhu)遙(yao)控(kong)器(qi)相(xiang)連(lian)的(de)上(shang)位(wei)機(ji)PC 連接Internet,作為本地服務器
，可實現遠程控製。

yonghudengluyuanchengkehuduan，jingshenfenyanzhenghouyufuwuqijianlilianjie
，kefasongzhilinggeibendifuwuqi

，bendifuwuqizaijingguochuankoutongxinduiyaokongqijinxingxiangyingcaozuo。ruguoyaokongqizhujiyushangweijijulijiaoyuan，RS232 不能滿足通信需要，也可不使用遙控器主機，在上位機PC 上使用RS232-485 轉接頭，通過RS485 直接將遙控器網絡與PC 機485 接口相連

，利用上位機對遙控器網絡直接進行控製。


本ben文wen設she計ji了le一yi款kuan智zhi能neng空kong調tiao遙yao控kong器qi。該gai係xi統tong采cai用yong隻zhi記ji錄lu紅hong外wai信xin號hao脈mai衝chong寬kuan度du，不bu考kao慮lv紅hong外wai編bian碼ma格ge式shi的de方fang式shi

，通tong過guo遊you程cheng編bian碼ma算suan法fa將jiang紅hong外wai信xin號hao壓ya縮suo後hou保bao存cun到daoEEPROM 中
，並直接利用主控芯片定時器的PWM 模式產生38KHz 的載波，節約了硬件成本，除手動操作外還可以通過上位機對遙控器進行控製
，使用方便。

係(xi)統(tong)成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)了(le)對(dui)多(duo)種(zhong)空(kong)調(tiao)遙(yao)控(kong)器(qi)的(de)學(xue)習(xi)與(yu)功(gong)能(neng)再(zai)現(xian)，操(cao)作(zuo)靈(ling)活(huo)，性(xing)能(neng)穩(wen)定(ding)。本(ben)係(xi)統(tong)還(hai)可(ke)用(yong)於(yu)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)中(zhong)，對(dui)不(bu)同(tong)的(de)紅(hong)外(wai)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)

，也(ye)可(ke)用(yong)於(yu)遠(yuan)程(cheng)網(wang)絡(luo)控(kong)製(zhi)，為(wei)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)及(ji)遠(yuan)程(cheng)監(jian)控(kong)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)實(shi)現(xian)方(fang)法(fa)。

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