工業(yè)控制計(jì)算機(jī)紅外線遙控鍵盤的設(shè)計(jì)

　　0. 引言

　　對于工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)來說輸入設(shè)備鍵盤幾乎是必不可少的。在按鍵數(shù)目較少時(shí),一般直接利用按鍵控制接口線的高低電平來表示,因此需要相應(yīng)的接口支持,由于單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)接口線數(shù)目有限,為了減少占用接口線常常采用一鍵定義多功能,但這又增加了軟件的復(fù)雜性;在按鍵數(shù)目較多時(shí),則大多采用動態(tài)掃描的方式構(gòu)成鍵盤矩陣,這種鍵盤雖然結(jié)構(gòu)原理簡單,驅(qū)動程序易于設(shè)計(jì),但是在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)往往需要花很多的時(shí)間去設(shè)計(jì)印刷電路板、考慮面板布局,而且在硬件資源比較緊張時(shí),還要考慮擴(kuò)充I/ O 口,從而使得電路變得越來越復(fù)雜。

　　2. 系統(tǒng)簡介

　　本文介紹一種利用紅外線發(fā)射裝置作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)輸入鍵盤的接口原理和實(shí)現(xiàn)方法,該接口可以最大限度地減少對單片機(jī)系統(tǒng)的硬件資源要求,僅占用一根接口線,在系統(tǒng)的面板上只需一個(gè)小的接收窗。整個(gè)接口由發(fā)射和接收兩部分組成。對于單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)目少于30 時(shí),發(fā)射部分可以直接使用成品紅外遙控發(fā)射器,如果自行設(shè)計(jì)發(fā)射部分,則可以支持60個(gè)鍵左右,其中有兩鍵用于構(gòu)成組合按鍵。接收部分的接口電路也非常簡單,無需布線,只要將成品模塊的輸出直接接到單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)的任一I/ O 接口線即可,同時(shí)驅(qū)動程序也易于設(shè)計(jì)。由于鍵盤采用無線方式,因此所構(gòu)成的單片機(jī)可以方便地滿足一些需要遠(yuǎn)距離控制的場合,以及一些特殊場合,例如:單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)在一個(gè)密封的容器內(nèi),通過玻璃小窗進(jìn)行參數(shù)輸入或控制；單片工業(yè)控制微機(jī)周圍環(huán)境不適宜用戶近距離操作等。

　　3. 紅外線遙控鍵盤的硬件組成

　　由集成芯片PT2248構(gòu)成的紅外線遙控鍵盤發(fā)射電路見圖1。00H~09H為數(shù)字鍵，0AH為復(fù)位鍵，0BH 為取消鍵。

　　紅外線遙控鍵盤發(fā)射電路采用脈時(shí)調(diào)制（PPM）方式，將遙控指令調(diào)制成脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去。遙控指令有12位碼組成，見表1。

表1 遙控指令格式

　　C1，C2，C3是用戶碼，在T1，T2，T3與 CODE之間分別接二極管則分別代表C1，C2，C3為高電平“1”，不接二極管則代表低電平“0”，圖2中C1C2C2=111。 D1，D2，D3，D4，D5，D6是發(fā)送的數(shù)據(jù)碼，鍵號與鍵碼的對應(yīng)關(guān)系見表2。

　　PT2248遙控指令的波形正脈沖的占空比為1/4時(shí)代表“0”，正脈沖的占空比為 3/4時(shí)代表“1”見圖2。

　　無論“0”還是“1”，發(fā)射時(shí)正脈沖被調(diào)制在38KHZ的載波上，載波的占空比為 1/3，這樣有利于減少功耗。每個(gè)發(fā)送周期按C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序串行發(fā)送，總長度為48a，其中a為每位碼周期的1/4，其大小為：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms。按下00H~0BH中某個(gè)鍵時(shí)，輸出腳TXOUT 發(fā)送兩個(gè)周期的12位碼，其間隔為80a。由GL3276A構(gòu)成的紅外線遙控鍵盤接收電路見圖3。

　　當(dāng)紅外線線遙控鍵盤接收電路工作時(shí)，接收管PH302B接收到帶有載頻為38KHZ 的遙控指令的紅外線信號后，進(jìn)行放大，限幅和檢波，檢出遙控指令的脈沖包絡(luò)，濾去38KHZ載頻，得到遙控指令的脈沖信號，整形并反向后由OUT輸出，將 GL3276A的OUT經(jīng)74LS14施密特觸發(fā)器整形，最終得到遙控指令的理想的反向脈沖信號。得到的遙控指令的反向脈沖信號的波形正脈沖的占空比為 1/4代表“1”，正脈沖的占空比為3/4代表“0”，見圖4。

　　4. 紅外線遙控鍵盤的軟件設(shè)計(jì)

　　將GL3276A的OUT輸出信號經(jīng)74LS14兩級施密特反向器整形后與89C51的P3.2（/INTO）相連，由于每位碼都以4a為周期，每位的起始總是由高電平到低電平，因此解碼的過程可用每位碼的起始邊沿作為/INTO的中斷請求信號，中斷響應(yīng)后關(guān)/INTO中斷，然后延時(shí)a/2，由P3.2對紅外線遙控接收電路的輸出信號進(jìn)行采樣，再延時(shí)a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時(shí)刻進(jìn)行采樣，波形與采樣時(shí)刻的對應(yīng)關(guān)系見圖5。

　　由圖5可見接收到的“0”由‘低高高高’組成，“1”由‘低低低高’組成，當(dāng) 7a/2時(shí)刻采樣完成后開/INTO中斷，為下一位碼的采樣作準(zhǔn)備，直到/INTO中斷24次（兩個(gè)周期的串行12位碼）。中斷服務(wù)子程序開始預(yù)置樣碼 0FH，分別在a/2，3a/2，5a/2，7a/2時(shí)刻由P3.2對紅外遙控接收電路的輸出信號進(jìn)行采樣，如果是高電平保持樣碼不變，如果是低電平樣碼相應(yīng)位置0，最后將樣碼存入指定的RAM單元。

　　遙控鍵盤的可靠性是軟硬件設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的問題。在硬件上，將GL3276A的OUT經(jīng) 74LS14施密特整形，以提高抗干擾能力。在軟件上要正確的解碼，必須從每位碼的起始位開始接收，本設(shè)計(jì)中，PT2248發(fā)送的遙控指令的起始碼為用戶碼C1C2C3=111，因?yàn)镻3.2接收到的“1”由‘低低低高’組成，因此接收到的碼應(yīng)為三個(gè)“0001”，若不是，本次接收無效。其次，為了防止接收誤碼，應(yīng)對前后兩次接收的兩個(gè)周期的12位串行碼進(jìn)行一致性比較，若相同則與鍵碼表中的鍵碼進(jìn)行比較，找出相應(yīng)的鍵號，否則本次接收無效。解碼程序流程圖見圖6.

　　5. 結(jié)束語

　　本文介紹了一種利用紅外遙控器作為單片機(jī)輸入鍵盤的接口原理和方法，構(gòu)思巧妙，結(jié)構(gòu)合理，成本低廉，我們已經(jīng)成功地利用該接口方式實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)鍵盤的無線式操作。文中以PT2248集成芯片作為發(fā)射部分,對于其他類型發(fā)射芯片,此接口原理仍然適用,只需相應(yīng)修改中斷服務(wù)程序即可。如果單片機(jī)系統(tǒng)有多余的外中斷資源,可將接收到的信號輸入至中斷引腳,利用外中斷與定時(shí)器結(jié)合,則可減少接收處理時(shí)對CPU 時(shí)間的占用。利用此技術(shù)，我們在“智能型牛奶質(zhì)量快速檢測儀研制”項(xiàng)目上得到了很好的應(yīng)用。

　　遙控技術(shù)經(jīng)歷了有線遙控、無線電波遙控，現(xiàn)今的紅外遙控,技術(shù)已相當(dāng)成熟,功能越來越強(qiáng),運(yùn)行越來越穩(wěn)定,應(yīng)用越來越廣泛。先進(jìn)的遙控技術(shù)配合單片機(jī)運(yùn)用到工業(yè)控制中去,那么,控制系統(tǒng)的操作將變得更容易、更快捷、更方便、更安全。