CN103136930A - 红外遥控系统的发射端及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种红外遥控系统的发射端，包括：用来接收操作指令的人机界面；用来根据操作指令生成第一调制信号的主芯片；用来接收第一调制信号并将其传输出去的异步串行通信口；在传输过程中第一调制信号变形为第二调制信号；用来将第二调制信号从电信号变成红外光信号发射出去的红外发光二极管。本申请还公开了所述发射端的实现方法。本申请可让便携式智能电子设备作为红外遥控系统的发射端，不需要增加额外的专用集成电路，也不占用主芯片的额外I/O管脚。本申请更可以兼容各种现有的接收端。

Description

红外遥控系统的发射端及其实现方法

技术领域

本申请涉及一种红外遥控系统，特别是涉及其中的发射端。

背景技术

红外遥控技术在工业控制、家电领域的应用广泛，典型应用诸如电视机、空调器的遥控器等。

一般的红外遥控系统至少包括发射端和接收端两部分。

请参阅图1，红外遥控系统的发射端包括：

——人机界面，可以是硬件形式的按键或操纵杆，也可以是软件界面等，用来接收用户下达的操作指令。

——指令编码电路，将人机界面传递来的操作指令进行编码，形成红外控制码。

——调制电路，将红外控制码调制到载波上，形成调制信号。所述载波信号或者由硬件的振荡器电路产生、或者由CPU通过定时中断的软件方式生成，通常为连续的方波信号。一般的红外控制码的频率只有几百Hz，而载波信号的频率为几十KHz，常用的调制方式为脉冲调幅（PAM）。

——发射电路，将调制信号从电信号变成红外光信号发射出去。常见的发射电路为红外发光二极管。调制信号通常先经过功率放大后，再进入发射电路。

请参阅图2，红外遥控系统的接收端包括：

——接收电路，接收红外光信号并转变为电信号。常见的接收电路为红外光电二极管。接收的电信号通常还需进行放大、滤波、检波、整形等步骤。

——解调电路，从接收的电信号中解调出红外控制码。

——指令译码电路，将红外控制码译码为操作指令。

——驱动电路，控制各个执行机构根据操作指令进行相应操作。

现有的红外遥控系统的发射端中，指令编码电路、调制电路往往采用单片机或专用的集成电路芯片来实现。

《单片机I/O口的红外遥控软件调制技术》（作者：叶林俊。刊载于《单片机与入式系统应用》2011年第12期）就公开了一种红外遥控系统的发射端，如图3所示，其以上位机来实现指令编码电路的功能，以单片机来实现调制电路的功能。单片机芯片（具体型号为NT68F632）的第一管脚A（具体为OSCI和OSCO）得到由振荡器电路分频而来的载波信号，第二管脚B（具体为RXD和TXD）接收由上位机传递的红外控制码，单片机芯片将红外控制码调制到载波上，形成调制信号；再将调制信号由第三管脚C（具体为PC6）输出以直接驱动红外发光二极管。

申请公布号为CN102340587A、申请公布日为2012年2月1日的中国发明专利申请公开了另一种红外遥控系统的发射端，如图4所示，其是以名为“电器编解码处理器”的专用芯片来作为指令编码电路、以名为“遥控微处理芯片”的专用芯片来作为调制电路。CPU将操作指令发送给电器编解码处理器，电器编解码处理器将操作指令编码为红外控制码后反馈给CPU，CPU再将红外控制码输出给遥控微处理芯片。遥控微处理芯片从晶体振荡器得到载波信号，再将红外控制码调制到载波信号上，形成调制信号。调制信号再经过放大后驱动红外发光二极管。

在诸如手机、平板电脑等便携式智能电子设备中，主芯片的I/O管脚往往已被全部使用，难以找到一个空闲的I/O管脚将调制信号直接输出给红外发光二极管。而要在智能电子设备中增加实现指令编码电路、调制电路功能的专用芯片，也往往受限于内部空间有限而无法施行。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种红外遥控系统的发射端，可以在智能电子设备的基础上实现红外遥控系统的发射端的功能，并且与任意种类的现有的红外遥控系统的接收端相兼容。为此，本申请还要提供所述红外遥控系统的发射端的实现方法。

为解决上述技术问题，本申请红外遥控系统的发射端包括：

——人机界面，接收操作指令；

——主芯片，接收人机界面传递来的操作指令，生成第一调制信号输出给一个异步串行通信口；

——异步串行通信口，接收主芯片传递来的第一调制信号并将其传输给红外发光二极管，在传输过程中第一调制信号变形为第二调制信号；

——红外发光二极管，将第二调制信号从电信号变成红外光信号发射出去。

所述红外遥控系统的发射端实现方法包括如下步骤：

第1步，主芯片查询得到操作指令所对应的红外控制码；

第2步，主芯片根据红外控制码和红外遥控系统所使用的载波频率和编码，直接生成原始调制信号；所述原始调制信号完全模拟红外控制码调制到载波信号上所形成的调制信号；

第3步，主芯片将调制信号变形为第一调制信号，传递给异步串行通信口；

第4步，所述异步串行通信口将第一调制信号发送出去，驱动红外发光二极管；在发送过程中第一调制信号变形为第二调制信号。

本申请可用于让手机、平板电脑等便携式智能电子设备实现红外遥控系统的发射端功能，其具有如下优点。

其一，本申请应用了智能电子设备的人机界面、主芯片、异步串行通讯口等现有的硬件结构。有些智能电子设备如没有红外发光二极管，则可内置新增或外联。除此之外，不需要增加额外的专用集成电路芯片，从而节省了内部空间。

其二，本申请利用智能电子设备的主芯片作为指令编码和信号调制的执行机构，但并需要占用主芯片的额外的I/O管脚，从而实现简便。

其三，本申请是以智能电子设备的主芯片的强大计算能力，直接从红外控制码生成原始调制信号，不需要进行实际的信号调制，而只是模拟了调制过程直接计算出调制结果。

其四，本申请对原始调制信号进行了变形处理，这是为了适应异步串行通信口的以字节组帧、帧前具有起始位、帧后具有终止位的特性，同时还可兼容任意种类的现有的接收端。

附图说明

图1是红外遥控系统的发射端的组成结构示意图；

图2是红外遥控系统的接收端的组成结构示意图；

图3是一种现有的红外遥控系统的发射端的具体电路图；

图4是另一种现有的红外遥控系统的发射端的具体电路图；

图5是本申请的红外遥控系统的发射端的一个实施例的具体电路图；

图6是本申请的红外遥控系统的发射端实现指令编码和信号调制的流程图；

图7是图6的各步骤信号波形示意图。

具体实施方式

请参阅图5，这是本申请红外遥控系统的发射端的一个实施例，其包括：

——人机界面（例如智能电子设备的按键、触摸屏等），用户藉此输入操作指令。——主芯片（例如智能电子设备的基带芯片、CPU等），接收人机界面传递来的操作指令，生成第一调制信号并输出给一个异步串行通信口（UART，Universal AsynchronousReceiver/Transmitter）。

——异步串行通信口（智能电子设备内置的），接收主芯片传递来的第一调制信号并将其传输给红外发光二极管，在传输过程中第一调制信号变形为第二调制信号。

——红外发光二极管（智能电子设备内置或外联的），将第二调制信号从电信号变成红外光信号发射出去。

在诸如手机、平板电脑等便携式智能电子设备中，均具有人机界面、主芯片、异步串行通信口等硬件部件。并且主芯片的I/O管脚中均具有上述连接人机界面的第二管脚B、连接异步串行通信口的第四管脚D，这些均为常见的标准硬件配置。

本申请利用了主芯片的强大计算能力同时实现了指令编码电路和调制电路的功能，而不需要在智能电子设备内部增加额外的专用集成电路芯片；本申请还使用主芯片现有的两组I/O管脚进行输入输出，而不需要使用主芯片的额外的I/O管脚。

请参阅图6，这是主芯片实现指令编码和信号调制功能的流程图，包括：

第6.1步，主芯片从第二管脚B接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。所述数据库预存在智能电子设备的存储器中，其中记录有各个操作指令所对应的红外控制码。

第6.2步，主芯片根据红外控制码和红外遥控系统所使用的载波频率和编码，直接生成原始调制信号。

传统的调制方式是：主芯片接收或自己生成载波信号，主芯片再将红外控制码调制到该载波信号上，形成调制信号。

本申请既不接收硬件的振荡器电路产生的载波信号，也不由CPU通过定时中断的软件方式生成载波信号，而是直接从红外控制码计算出原始调制信号，该原始调制信号与采用传统调制方式产生的调制信号完全相同，即完全模拟了传统的调制过程。

第6.3步，主芯片将原始调制信号变形为第一调制信号，传递给异步串行通信口。

第6.4步，异步串行通信口将第一调制信号发送出去，驱动红外发光二极管。在发送过程中，第一调制信号会变形为第二调制信号。

请参阅图7，下面将对图6中各步骤所涉及到的信号及其变形规律进行详细说明：

第6.1步中，所述红外控制码是由两种电平状态（低电平或高电平）及其持续时间、先后顺序的不同而组合形成的。

本申请将红外控制码的每一种电平状态都以固定长度的二进制信号来表示，至少表示出电平状态和持续时间两项内容。各种电平状态之间的先后顺序则对应地表示为该二进制信号的先后顺序。

图7中示意性地表示出红外控制码的片段：先是560μs的高电平，再是1125μs的低电平。例如，每种电平状态都以两个字节的二进制信号来表示，其中最高位表示电平状态，其余位表示持续时间。

第6.2步中，所述原始调制信号是主芯片完全模拟红外控制码调制在“并不存在的”载波信号上而生成的。红外遥控系统中最常用的载波信号为38KHz的方波，每个方波可以用10（或01）的二进制编码来表示，占空比没有限制，每个方波周期为26.3μs。

作为示例，本申请模拟脉冲调幅的传统调制方式：红外控制码的高电平对应于原始调制信号的方波10，红外控制码的低电平对应于原始调制信号的低电平00。

主芯片计算红外控制码的每种电平状态所对应的载波周期的数量，如有余数则累计到红外控制码的下一状态，这样可以保证时序误差不会累计。

对于560μs的高电平的红外控制码，可以用21个方波来表示，还有余数7.7μs。

对于1125μs的低电平的红外控制码，先累计上一状态的余数7.7μs，再以总和1132.7μs计算，可以用43个载波周期的低电平来表示，还有余数1.8μs。

这样，所述红外控制码的片段就可以由主芯片根据载波信号的频率（周期）和编码（波形）直接转换为原始调制信号：21组10和43组00，总共128位。

第6.3步中，从原始调制信号到第一调制信号的变形规律为：以原始调制信号的每10位为一个单元（最后一个单元允许＜10位），去除最后一个单元以外的每个单元中的第一位和最后一位，即最后一个单元以外的每个单元由10位变为8位。

当最后一个单元≤2位时，直接舍弃该最后一个单元。

当最后一个单元＞2位但＜10位时，需要区分两种情况。情况A：如果异步串行通信口只能接收以字节为单位的数据，那么以一组或多组低电平00将最后一个单位补足10位，再去除该最后一个单元中的第一位和最后一位。情况B：如果异步串行通信口可以接收以比特为单位的数据，那么直接去除该最后一个单元中的第一位和最后一位。

该实施例假设是上述情况A，这样，128位的原始调制信号中，前120位作为十二个单元，最后8位加一组00作为最后一个单元，得到104位的第一调制信号。

第6.4步中，主芯片设置异步串行通信口的工作模式为：波特率76000，不要奇偶校验位。所述波特率的设置值与载波频率和编码有关（这又与IRDA协议有关），如果载波频率为A赫兹（此处A=38K），每个载波单元采用B位的二进制编码（此处B=2），则波特率设置为A乘以B。

异步串行通信口以字节为单位组成数据帧进行传输。由于不要奇偶校验位，其在发送数据时会在每个字节的开头增加起始位，在每个字节的末尾增加终止位，这是异步串行通信口的固有特性。

具体而言，异步串行通信口在收到第一调制信号后，以第一调制信号的每8位为一个单元，在每个单元开头增加起始位（通常为0，也可为1），在每个单元的末尾增加终止位（通常为1，也可为0，但要与起始位不同），即每个单元由8位变为10位，这样的一个单元就是一帧。

需要注意的是，第6.2步如果采用方波为载波信号，那么方波的二进制编码与第6.4步的起始位和终止位之间存在对应关系。如果异步串行通信口的起始位为0、终止位为1，那么方波应采用01的二进制编码（未图示）。如果异步串行通信口的起始位为1、终止位为0，那么方波应采用10的二进制编码，如图7所示。这样才能保证红外遥控系统的接收端在滤波后可以正确地解调出红外控制码。

这样，104位的第一调制信号被分为十三个单元，得到130位的第二调制信号。

上述第6.3步的目的是为了使红外遥控系统的接收端电路无须进行任何硬件或软件上的改动。假设省略第6.3步，第6.4步改为将原始调制信号以异步串行通信口发送给红外发光二极管。那么由于异步串行通信口的固有特性，其会在原始调制信号的每个字节之前增加起始位、之后增加终止位。红外遥控系统的接收端就必须增加去除起始位、终止位的电路结构才可以正确地解调出信号。

为了兼容现有的红外遥控系统的接收端，又能适应异步串行通信口的固有特性，本申请对原始调制信号进行了处理形成第一调制信号，第一调制信号在由异步串行通信口发送出去的时候又被加入了起始位、终止位而成为第二调制信号。该第二调制信号与原始调制信号虽有区别，但在接收端对接收的电信号进行滤波的过程中，所述区别全被抹除掉，滤波后的电信号就没有任何差别了。

综上所述，本申请提供了一种红外遥控系统的发射端，可以兼容现有的任意接收端。该发射端以智能电子设备来实现，无须增加专门的集成电路芯片，也不用占用主芯片的额外的I/O引脚；只需用智能电子设备的现有的硬件（人机界面、主芯片、异步串行通信口），以及原有或新增的红外发光二极管，并在主芯片内部设置数据库和算法即可，具有体积小巧、成本低廉、实现简便的优点。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种红外遥控系统的发射端，其特征是，包括：

——人机界面，接收操作指令；

——主芯片，接收人机界面传递来的操作指令，生成第一调制信号输出给一个异步串行通信口；

——异步串行通信口，接收主芯片传递来的第一调制信号并将其传输给红外发光二极管，在传输过程中第一调制信号变形为第二调制信号；

——红外发光二极管，将第二调制信号从电信号变成红外光信号发射出去。

2.根据权利要求1所述的红外遥控系统的发射端，其特征是，所述人机界面包括智能电子设备的按键、触摸屏。

3.根据权利要求1所述的红外遥控系统的发射端，其特征是，所述主芯片包括智能电子设备的基带芯片、CPU。

4.一种红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，主芯片查询得到操作指令所对应的红外控制码；

第2步，主芯片根据红外控制码和红外遥控系统所使用的载波频率和编码，直接生成原始调制信号；所述原始调制信号完全模拟红外控制码调制到载波信号上所形成的调制信号；

第3步，主芯片将调制信号变形为第一调制信号，传递给异步串行通信口；

第4步，所述异步串行通信口将第一调制信号发送出去，驱动红外发光二极管；在发送过程中第一调制信号变形为第二调制信号。

5.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，所述方法第1步中，在智能电子设备的存储器中预存着一个数据库，其中记录有各个操作指令所对应的红外控制码。

6.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，所述方法第1步中，红外控制码是由两种电平状态及其持续时间、先后顺序组合形成的；

所述方法第2步中，原始调制信号采用载波频率，每个载波周期的原始调制信号具有两种形式，分别用来表示红外控制码的两种状态；

将红外控制码的每种电平状态根据持续时间换算出对应的载波周期的数量，如有余数则累计到下一种红外控制码的电平状态一起换算。

7.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，所述方法第3步中，以原始调制信号的每10位为一个单元，去除每个单元中的第一位和最后一位，即每个单元由10位变为8位，得到第一调制信号；

当最后一个单元≤2位时，直接舍弃该最后一个单元；

当最后一个单元＞2位但＜10位时，需要区分两种情况：如果异步串行通信口只能接收以字节为单位的数据，那么将最后一个单位补足10位，再去除该最后一个单元中的第一位和最后一位；如果异步串行通信口可以接收以比特为单位的数据，那么直接去除该最后一个单元中的第一位和最后一位。

8.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，所述方法第4步中，主芯片设置异步串行通信口的波特率、以及工作模式为不要奇偶校验位；如果载波频率为A赫兹，每个周期的原始调制信号采用B位的二进制编码，则波特率设置为A乘以B。

9.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，所述方法第4步中，异步串行通信口在收到第一调制信号后，以第一调制信号的每8位为一个单元，在每个单元开头增加起始位，在每个单元的末尾增加终止位，即每个单元由8位变为10位，得到第二调制信号。

10.根据权利要求9所述的红外遥控系统的发射端实现方法，其特征是，当模拟方波形式的载波信号时，方波的二进制编码为01或10；

如果异步串行通信口的起始位为0、终止位为1，那么方波采用01的二进制编码；

如果异步串行通信口的起始位为1、终止位为0，那么方波采用10的二进制编码。

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