基于微機械加速度計的無鍵多功能電視遙控器

1 引言
隨著科技高速發(fā)展，人們?nèi)沼闷凡粩嘞蛞撞僮?、易攜帶、智能化的方向發(fā)展。電視作為重要的生活用品，其遙控器易操作、無鍵化、智能化是目前發(fā)展趨勢。隨著微機械加速度計技術(shù)的日趨成熟，其微小化、低功耗、高精度、智能化、低成本的特點使電視遙控器的應用得以實現(xiàn)。
此設計利用單片機體積小、功能豐富、精度高及在線仿真方便快捷的特性，實現(xiàn)對電視機的簡單方便的控制。該設計采用完全無鍵化的設計模型，利用加速度計準確測定控制方向。此遙控器有二維4個方向，即4個功能鍵。經(jīng)實踐分析，4個鍵可滿足對電視機的基本操作。在正常狀態(tài)下，X軸方向作音量調(diào)節(jié)，Y軸方向作頻道調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用電池組供電，采用電視遙控通用編碼，實用方便，適用于社會不同人群的操作方式和習慣，其簡易、低功耗的特點，是未來電視遙控發(fā)展的方向。該設計的創(chuàng)新點：實現(xiàn)控制系統(tǒng)的無鍵化，用微機械加速度計的方向量及在各方向量上的大小實現(xiàn)遙控；電路設計獨特，完全符合加速度計性能的設計特點；該產(chǎn)品體積小，電池供電，外觀設計靈活性強，對其不同程度的改變，可適用于不同場合，不同人群；通過軟件實現(xiàn)對加速度計的誤差消除和算法測量。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)主要包括信號的采集、處理、發(fā)送3部分。每個模塊的設計都直接影響系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。一般加速度計輸出的模擬信號比較微弱。由于系統(tǒng)中內(nèi)部和外部干擾的影響，被測信號參雜有干擾信號，當被測信號很微弱時，就會被干擾噪聲“淹沒”，導致很大的數(shù)據(jù)采集誤差。因此必須在放大之前對信號進行濾波。把信號放大到適當?shù)牧砍虄?nèi)，以獲得盡可能高的分辨率。另外，該模塊應盡可能靠近信號源，這樣信號在受環(huán)境影響之前即被放大，使信噪比得以改善。這里選用LM358 濾波放大電路。再將經(jīng)放大的模擬信號傳到A／D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由于單片機內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換功能，因此整個轉(zhuǎn)換過程是在單片機內(nèi)部實現(xiàn)的，而無需添加額外的A／D轉(zhuǎn)換器。同時利用單片機分析、處理信號；然后通過射頻收發(fā)模塊發(fā)射信號。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 硬件電路設計
無鍵多功能電視遙控器的硬件主要包括加速度計傳感器單元，控制器單元及紅外發(fā)射單元3部分。
3．1 加速度計傳感器單元
加速度計傳感器單元原理框圖如圖2所示，選用三軸的加速度計ADXL330，該器件可同時測量3個不同方向的重力加速度。該系統(tǒng)只采用2個輸出信號，即X軸和Y軸方向。

3．2 控制器單元
圖3為控制器單元原理框圖，控制器的P30／AN00和P31/AN01引腳接收放大后的傳感器采集信號。P60～P67和P00～P07引腳與發(fā)射器相連，發(fā)送發(fā)射碼。MOD引腳外接跳線，在工作模式或下載燒寫模式可選擇相應電壓。RST復位引腳外接按鍵用于系統(tǒng)復位。

3．3 紅外發(fā)射單元
紅外發(fā)射單元選用MC50462AP，其采用5 V(AVDD)供電，通過紅外二極管口發(fā)射遙控編碼。

4 軟件設計
單片機上電復位后，首先判斷輸入端口是否有模擬信號輸入，如果沒有則重復檢測、判斷，如果有，則對端口信號進行循環(huán)采集。采集后在單片機中對采集的信號進行A／D轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行大小標定。由于種種原因，輸入的加速度信號不可能是單一方向的，因此，進行簡化處理，假定輸入信號始終是單一方向，若同時檢測到多個方向有輸入，則將比較各個輸入，然后選擇一個最大值作為其唯一輸入。最后通過對輸入進行分析，設計各個輸入的處理子程序，設定其功能。

由于三軸加速度計能輸出3個不同方向的加速度值，因此可以對不同的輸入設定其不同的功能，每一種輸入對應一種功能，并通過各自的子程序體現(xiàn)。圖4為軟件設計流程。

由于該系統(tǒng)使用電池供電，所以在無信號輸入時，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，當有信號輸入時才處于工作狀態(tài)。開始或復位5 s后，若無信號輸入，則進入休眠狀態(tài)以減小電源消耗。
通過試驗驗證人為擺動遙控器的平均最小加速度為1 g，即系統(tǒng)所設定的標定值為1 g，加速度小于1 g，則認為是無效信號。在此系統(tǒng)中，不必特別地考慮對輸入抖動的消除，完全可把抖動作為一次輸入信號處理。信號發(fā)射完全采用通用電視機遙控的發(fā)射原理，微處理器芯片內(nèi)部的振蕩器與外部的振蕩晶體組成高頻振蕩器，產(chǎn)生高頻振蕩信號。此信號送入定時信號發(fā)生器后產(chǎn)生正弦信號和定時脈沖信號。正弦信號送入編碼調(diào)制器作為載波信號；定時脈沖信號送至指令編碼器作為調(diào)制信號待發(fā)送，然后在調(diào)制器中調(diào)制后送到紅外線發(fā)光二極管VD發(fā)射脈沖調(diào)制信號。

5 結(jié)束語
介紹一種基于微機械加速度計的無鍵遙控器的設計。該產(chǎn)品可利用運動姿勢控制電視，操作簡單方便，尤其適合行動不方便的群體。同時具有很強的擴展功能，可控制玩具車、電動玩具的姿態(tài)及控制車間內(nèi)生產(chǎn)機床。由于微加速度計體積小，低功耗以及低成本，類似的設備具有廣泛的市場。