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3suoshi
，feifasongzhuangtaishi，sanjiguangongzuozaijiezhizhuangtai，hongwaifasheguanbugongzuo，youliyujiangdigonghaoyijiyanchanghongwaifasheguandeshiyongshouming。jingshijiceshi，fashejulikedadao10m 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 sanzhongxuanze。xitongzhuchengxujizaisangemoshijianqiehuan，morenjinrutongxinmoshi，keyitongguomoshiqiehuananjiangaibianmoshi，yekeyitongguoshangweijizhijiegenggai。chuyuxitongdewendingxingxuyao，zaichengxuzhongjiaruleruanjiankanmengou，fangzhichengxu"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(wei)38KHz(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

由(you)於(yu)不(bu)考(kao)慮(lv)具(ju)體(ti)的(de)碼(ma)型(xing)數(shu)據(ju)意(yi)義(yi)，隻(zhi)記(ji)錄(lu)脈(mai)衝(chong)的(de)寬(kuan)度(du)
，係(xi)統(tong)的(de)學(xue)習(xi)功(gong)能(neng)通(tong)用(yong)性(xing)得(de)到(dao)了(le)提(ti)高(gao)，但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)學(xue)習(xi)到(dao)的(de)數(shu)據(ju)量(liang)很(hen)大(da)
，對(dui)存(cun)儲(chu)的(de)要(yao)求(qiu)就(jiu)變(bian)得(de)很(hen)高(gao)。

盡jin管guan係xi統tong針zhen對dui存cun儲chu的de大da容rong量liang需xu求qiu設she計ji了le單dan獨du的de存cun儲chu模mo塊kuai
，但dan考kao慮lv到dao應ying在zai不bu增zeng加jia硬ying件jian開kai銷xiao的de情qing況kuang下xia保bao證zheng足zu夠gou的de存cun儲chu容rong量liang，以yi及ji滿man足zu未wei來lai擴kuo展zhan的de需xu要yao，在zai進jin行xing數shu據ju存cun儲chu時shi，采cai取qu了le數shu據ju壓ya縮suo技ji術shu。

從學習到的電平數據可以發現，無論數據是1 還是0,都dou有you相xiang同tong時shi長chang的de電dian平ping出chu現xian
，這zhe符fu合he遊you程cheng編bian碼ma的de特te點dian。遊you程cheng編bian碼ma是shi一yi種zhong簡jian單dan的de非fei破po壞huai性xing資zi料liao壓ya縮suo法fa，其qi好hao處chu是shi加jia壓ya縮suo和he解jie壓ya縮suo都dou非fei常chang快kuai，其qi方fang法fa是shi計ji算suan連lian續xu出chu現xian的de資zi料liao長chang度du壓ya縮suo之zhi。比bi如ru：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。

用(yong)戶(hu)登(deng)錄(lu)遠(yuan)程(cheng)客(ke)戶(hu)端(duan)
，經(jing)身(shen)份(fen)驗(yan)證(zheng)後(hou)與(yu)服(fu)務(wu)器(qi)建(jian)立(li)連(lian)接(jie)
，可(ke)發(fa)送(song)指(zhi)令(ling)給(gei)本(ben)地(di)服(fu)務(wu)器(qi)，本(ben)地(di)服(fu)務(wu)器(qi)再(zai)經(jing)過(guo)串(chuan)口(kou)通(tong)信(xin)對(dui)遙(yao)控(kong)器(qi)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)操(cao)作(zuo)。如(ru)果(guo)遙(yao)控(kong)器(qi)主(zhu)機(ji)與(yu)上(shang)位(wei)機(ji)距(ju)離(li)較(jiao)遠(yuan)，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(dao)EEPROM 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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