一种基于MSP430单片机的红外遥控器的设计方案

一种基于MSP430单片机的红外遥控器的设计方案DesignofInfraredControllerBasedonMCUMSP430摘要：本文首先介绍了红外通信的基本原理；然后简要介绍了TI公司的MSP430单片机的功能特点；最后介绍了一种基于MSP430单片机的红外遥控器的设计方案，并给出了硬件电路和程序流程图。关键词：红外通信；MSP430单片机；红外遥控器1引言在工业控制的许多环境下，不适合操作人员直接控制，例如：高温、高压、辐射、粉尘、强酸性、腐蚀性、有毒气体等。这时，红外遥控是可行的控制方式。通过这种方式，操作人员能及时采集现场数据，修改控制对象的参数，并发送控制命令，以达到理想的控制效果。红外遥控通过红外通信的方式进行控制，具有低功耗、低成本、高可靠性、体积小、结构简单、避免人身伤害等优点，是一种先进的控制方式，具有广阔的应用前景。2红外通信原理[1][2]红外通信，即以红外线作为通信载体，通过红外光在空中的传播来传输数据的通信方式，它由发射端和接收端来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中；在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，解调译码后恢复出原信号。红外发射端发送数据时，是将待发送的二进制数据调制成一系列的脉冲信号后发射出去。红外载波为频率38KHz的方波，采用脉宽调制PWM方式发送，通过待发送二进制数据的“0”或“1”控制两个脉冲之间的时间间隔，及PWM的占空比。红外载波既可以通过外围硬件电路实现，也可以使用单片机内部的定时器的PWM功能实现。红外接收端在收到38KHz的载波信号时，会输出低电平，否则输出高电平，从而可以将“时断时续”的红外光信号解调成一定周期的连续方波信号，经单片机处理，便可以恢复出原数据信号。3MSP430单片机简介[3]MSP430单片机是TI公司推出的一个新型单片机系列，其主要特点是：超低功耗、16位指令、内置A/D转换器、串行通信接口、硬件乘法器、LCD（液晶）驱动器及高抗干扰能力等。因此，MSP430单片机特别适合应用在智能仪表、防盗系统、智能家电、电池供电便携式设备等产品之中。笔者在开发这款遥控器时，选用的单片机型号是MSP430F413，其性能特点如下：低工作电压（1.8~3.6V）；超低功耗（工作模式4下耗电仅为0.1μA）；16位精简指令结构（RISC）；150ns指令周期；带有3个捕获/比较器的16位定时器；片内集成96段LCD驱动器；片内有JTAG调试接口和FLASH型存储器，可在线串行编程；开发环境十分方便高效，支持C语言和汇编语言。4基于MSP430单片机的红外遥控器设计[4][5]4.1总体硬件框图笔者设计的这款红外遥控器，不仅能设置控制对象的给定值或控制参数，并通过红外线发送给对象，而且能接收并显示对象通过红外线反馈回的实际值，这是它不同于普通红外遥控器的地方。因此，实际应用中，红外遥控器和控制对象上都装有红外发送电路和红外接收电路。红外遥控器的硬件部分主要包括五个模块：电源模块、键盘模块、液晶模块、红外发送模块和红外接收模块。总体硬件框图如图1所示。由于MSP430、红外发送模块和红外接收模块都可采用3V电源，所以电源模块采用两节1.5V电池供电即可。键盘模块采用4×4行列扫描式键盘。液晶模块由MSP430F413直接驱动。图1总体硬件框图4.2红外发送模块图2红外发射电路图3红外发射波形因为发光二极管的发光距离与其发射功率成正比，为了提高发光二极管的发光距离，必须提高它的发射功率，也就是使红外发光二极管工作于脉冲状态。可以用两种方法来实现：一是用硬件方法，即设计脉冲电路来产生占空比尽量小的脉冲载波信号；另一种就是用软件来控制MSP430F413的输出端P2.1，让其输出即为占空比较小的脉冲信号。这里利用软件来实现这个功能。即在需要输出高电平的时候，让程序定时把P2.1口输出状态反向，其中定时时间是由指令数和指令周期来决定的，每条指令的指令执行周期是固定的，所以如果想让反向频率高一些，则让指令执行的少一些，反之就让指令多一些。可见输出信号占空比可以由定时时间的长短来决定，这样就可以在高电平时输出占空比尽量小的脉冲信号。因为接收头对38KHz的光信号转换能力比较强，所以把高电平的频率设置为38KHz。在需要输出低电平的时候，控制P2.1口一直为低就可以了。红外发光二极管发射波形如图3所示。先发一段前导码，以检验这组码是否为想要的码。前导码由一个9ms的高电平和一个4ms的低电平组成。然后再发32位数据代码，其中高电平为0.5ms，低电平为0.5ms的一个周期为代码“0”；高电平为0.5ms，低电平为1.5ms的一个周期为代码“1”。为了提高发射功率，实际工作时，发光二极管的高电平用38kHz的载波信号载波，低电平则一直为低。红外发送程序流程图如图4所示。即先发出前导码，然后再按发出的是‘0’或‘1’来发出不同的数据码，每发送完一位，就让码长计数器num加1，直到num加到32时，发送停止。图4红外发送程序流程图图5红外接收电路4.3红外接收模块红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1838SS3V（以下简称1838）。该接收模块是一个三端元件，使用+3V电源，具有功耗低、抗干扰能力强、输入灵敏度高、对其它波长（950nm以外）的红外光不敏感的特点。1838的工作原理为：首先，通过红外光敏元件将接收到的载波频率为38kHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号，再由前置放大器和自动增益控制电路进行放大处理；然后，通过带通滤波器进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调；最后，由输出级电路进行反向放大输出。如图5所示，1838的Vcc接+3V，GND接地，信号从OUT引脚引出，进入MSP430F413的P2.0口。当1838接收到红外信号，就会把红外信号转换的电平从OUT脚输出，P2.0口就会产生一个中断，进入红外中断服务程序，进而判断是什么信号，并且对信号做出反应。1838输出的接收波形与发射波形恰好反相，即前导码是9ms的低电平与4ms的高电平，“0”是0.5ms的低电平与0.5ms的高电平，“1”是0.5ms的低电平与1.5ms的高电平。因此，在接收程序中，通过比较高电平的脉宽来判断到底是前导码，还是“0”或“1”。图6是红外接收中断程序流程图。在主程序中，先设置P2.0口为上升沿和下降沿都捕获，然后中断允许，进入主循环。一旦P2.0口有电平的跳变即进入中断程序。在中断程序中，首先判断是否上升沿。若是，则上升沿标志置1，并记录上升沿时刻；否则，说明是下降沿，再判断上升沿标志是否置1。若是，说明已有上升沿，记录下降沿时刻，并计算脉宽（脉宽=下降沿时刻—上升沿时刻）；否则，说明这是干扰信号，直接返回。下一步，判断脉宽的大小。若是起始码，则起始码标志置1，记数值n清0。否则，判断起始码标志是否置1，若是，判断是“0”还是“1”，并保存，n加1，判断n是否大于或等于32，是则将起始码标志和记数值n清0，保存32位数据，返回；否则直接返回。5结束语在遥控器开发中，红外发射电路采用红外发光二极管，用软件生成38K的载波；红外接收电路采用专用模块TSOP1838SS3V；主控制器采用MSP430F413单片机。经实际测试，遥控器的发射功率约为38mw，发射距离达到8m。遥控器具有低功耗、便携式、低成本、高可靠性、体积小、结构简单的特点。本文作者创新点：本文中的红外遥控器主要用于现场仪表的控制。目前带遥控器的现场仪表还非常少，国外也只有SIEMENS公司开发了带有遥控功能的现场仪表，而国内这种产品几乎没有，所以红外遥控器的开发，可以说走在了国内同类产品的前列，具有很大的市场优势。而且，通过红外遥控器的开发和使用，适应了现代社会对控制的要求日益向便携式、简单式方向发展的趋势。参考文献图6红外接收中断程序流程图[1]柏军，胡屏.一种用于单片机的红外串行通信接口.单片机及嵌入式系统应用,2003.8[2]蒋俊峰.基于单片机的红外通讯设计.电子设计应用，2003.11[3]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京：北京航空航天大学出版社，2002[4]陈茂勇，郭西进.基于MSP430单片机的智能无功补偿控制器的设计.微计算机信息，2005.5[5]冯瑛.全数字电动调节阀模糊控制系统的研究与开发：[学位论文].长沙：中南大学，2004薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿