基于微機(jī)械加速度計(jì)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(jī)械加速度計(jì)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(diǎn)使電視遙控器的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。
    此設(shè)計(jì)利用單片機(jī)體積小、功能豐富、精度高及在線仿真方便快捷的特性，實(shí)現(xiàn)對電視機(jī)的簡單方便的控制。該設(shè)計(jì)采用完全無鍵化的設(shè)計(jì)模型，利用加速度計(jì)準(zhǔn)確測定控制方向。此遙控器有二維4個(gè)方向，即4個(gè)功能鍵。經(jīng)實(shí)踐分析，4個(gè)鍵可滿足對電視機(jī)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(shí)用方便，適用于社會(huì)不同人群的操作方式和習(xí)慣，其簡易、低功耗的特點(diǎn)，是未來電視遙控發(fā)展的方向。該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的無鍵化，用微機(jī)械加速度計(jì)的方向量及在各方向量上的大小實(shí)現(xiàn)遙控；電路設(shè)計(jì)獨(dú)特，完全符合加速度計(jì)性能的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；該產(chǎn)品體積小，電池供電，外觀設(shè)計(jì)靈活性強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)對加速度計(jì)的誤差消除和算法測量。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    整個(gè)系統(tǒng)主要包括信號(hào)的采集、處理、發(fā)送3部分。每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都直接影響系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。一般加速度計(jì)輸出的模擬信號(hào)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(hào)參雜有干擾信號(hào)，當(dāng)被測信號(hào)很微弱時(shí)，就會(huì)被干擾噪聲“淹沒”，導(dǎo)致很大的數(shù)據(jù)采集誤差。因此必須在放大之前對信號(hào)進(jìn)行濾波。把信號(hào)放大到適當(dāng)?shù)牧砍虄?nèi)，以獲得盡可能高的分辨率。另外，該模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源，這樣信號(hào)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(hào)傳到A／D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換功能，因此整個(gè)轉(zhuǎn)換過程是在單片機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，而無需添加額外的A／D轉(zhuǎn)換器。同時(shí)利用單片機(jī)分析、處理信號(hào)；然后通過射頻收發(fā)模塊發(fā)射信號(hào)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)
    無鍵多功能電視遙控器的硬件主要包括加速度計(jì)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(jì)傳感器單元
    加速度計(jì)傳感器單元原理框圖如圖2所示，選用三軸的加速度計(jì)ADXL330，該器件可同時(shí)測量3個(gè)不同方向的重力加速度。該系統(tǒng)只采用2個(gè)輸出信號(hào)，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(hào)。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(yīng)電壓。RST復(fù)位引腳外接按鍵用于系統(tǒng)復(fù)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(shè)計(jì)
    單片機(jī)上電復(fù)位后，首先判斷輸入端口是否有模擬信號(hào)輸入，如果沒有則重復(fù)檢測、判斷，如果有，則對端口信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集。采集后在單片機(jī)中對采集的信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行大小標(biāo)定。由于種種原因，輸入的加速度信號(hào)不可能是單一方向的，因此，進(jìn)行簡化處理，假定輸入信號(hào)始終是單一方向，若同時(shí)檢測到多個(gè)方向有輸入，則將比較各個(gè)輸入，然后選擇一個(gè)最大值作為其唯一輸入。最后通過對輸入進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)各個(gè)輸入的處理子程序，設(shè)定其功能。

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

    由于該系統(tǒng)使用電池供電，所以在無信號(hào)輸入時(shí)，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)才處于工作狀態(tài)。開始或復(fù)位5 s后，若無信號(hào)輸入，則進(jìn)入休眠狀態(tài)以減小電源消耗。
    通過試驗(yàn)驗(yàn)證人為擺動(dòng)遙控器的平均最小加速度為1 g，即系統(tǒng)所設(shè)定的標(biāo)定值為1 g，加速度小于1 g，則認(rèn)為是無效信號(hào)。在此系統(tǒng)中，不必特別地考慮對輸入抖動(dòng)的消除，完全可把抖動(dòng)作為一次輸入信號(hào)處理。信號(hào)發(fā)射完全采用通用電視機(jī)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(hào)。此信號(hào)送入定時(shí)信號(hào)發(fā)生器后產(chǎn)生正弦信號(hào)和定時(shí)脈沖信號(hào)。正弦信號(hào)送入編碼調(diào)制器作為載波信號(hào)；定時(shí)脈沖信號(hào)送至指令編碼器作為調(diào)制信號(hào)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(hào)。

5 結(jié)束語
    介紹一種基于微機(jī)械加速度計(jì)的無鍵遙控器的設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品可利用運(yùn)動(dòng)姿勢控制電視，操作簡單方便，尤其適合行動(dòng)不方便的群體。同時(shí)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，可控制玩具車、電動(dòng)玩具的姿態(tài)及控制車間內(nèi)生產(chǎn)機(jī)床。由于微加速度計(jì)體積小，低功耗以及低成本，類似的設(shè)備具有廣泛的市場。