工業(yè)控制計算機紅外線遙控鍵盤的設(shè)計

　　0. 引言

　　對于工業(yè)控制微機系統(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,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,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,但是在具體實現(xiàn)時往往需要花很多的時間去設(shè)計印刷電路板、考慮面板布局,而且在硬件資源比較緊張時,還要考慮擴充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)控制計算機輸入鍵盤的接口原理和實現(xiàn)方法,該接口可以最大限度地減少對單片機系統(tǒng)的硬件資源要求,僅占用一根接口線,在系統(tǒng)的面板上只需一個小的接收窗。整個接口由發(fā)射和接收兩部分組成。對于單片工業(yè)控制微機系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)目少于30 時,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)計發(fā)射部分,則可以支持60個鍵左右,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)控制微機系統(tǒng)的任一I/ O 接口線即可,同時驅(qū)動程序也易于設(shè)計。由于鍵盤采用無線方式,因此所構(gòu)成的單片機可以方便地滿足一些需要遠距離控制的場合,以及一些特殊場合,例如:單片工業(yè)控制微機系統(tǒng)在一個密封的容器內(nèi),通過玻璃小窗進行參數(shù)輸入或控制；單片工業(yè)控制微機周圍環(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時代表“0”，正脈沖的占空比為 3/4時代表“1”見圖2。

　　無論“0”還是“1”，發(fā)射時正脈沖被調(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中某個鍵時，輸出腳TXOUT 發(fā)送兩個周期的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，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

　　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a/2，由P3.2對紅外線遙控接收電路的輸出信號進行采樣，再延時a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時刻進行采樣，波形與采樣時刻的對應(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時刻由P3.2對紅外遙控接收電路的輸出信號進行采樣，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)計中重點考慮的問題。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)計中，PT2248發(fā)送的遙控指令的起始碼為用戶碼C1C2C3=111，因為P3.2接收到的“1”由‘低低低高’組成，因此接收到的碼應(yīng)為三個“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周期的12位串行碼進行一致性比較，若相同則與鍵碼表中的鍵碼進行比較，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現(xiàn)了單片機鍵盤的無線式操作。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,利用外中斷與定時器結(jié)合,則可減少接收處理時對CPU 時間的占用。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,運行越來越穩(wěn)定,應(yīng)用越來越廣泛。先進的遙控技術(shù)配合單片機運用到工業(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。