多媒體教學(xué)中集中控制各設(shè)備的方法解析方案

1概述

隨著遠(yuǎn)程教育體系的不斷發(fā)展和日趨完善，多媒體教學(xué)手段在各級(jí)各類(lèi)學(xué)校都得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，我們?cè)谶M(jìn)行多媒體教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研制過(guò)程中，經(jīng)常遇到多種用于教學(xué)中的紅外遙控設(shè)備，如：數(shù)字投影機(jī)、DVD、VCD、錄像機(jī)、電視機(jī)等，由于各種設(shè)備都自帶遙控器，而且不同的設(shè)備所遵循的紅外遙控規(guī)程也不盡相同，操縱這些設(shè)備得使用多種遙控器，給使用者帶來(lái)了諸多不便。我們采用集中控制各設(shè)備的方式如圖(1)所示解決了該問(wèn)題。集中控制各設(shè)備的方法是首先對(duì)各設(shè)備的紅外遙控信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并存儲(chǔ)(自學(xué)習(xí))，然后在需要時(shí)進(jìn)行還原。圖(1)中由PC或集中控制器發(fā)送設(shè)備號(hào)及控制命令號(hào)至紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)及還原電路，再由自學(xué)習(xí)及還原電路恢復(fù)對(duì)應(yīng)的紅外遙控信號(hào)，并發(fā)射出去控制指定的紅外遙控設(shè)備動(dòng)作。

圖(1)集中控制多種紅外遙控設(shè)備示意圖

2紅外遙控信號(hào)的自學(xué)習(xí)及還原

2.1紅外遙控信號(hào)編碼、發(fā)射原理

通常，紅外遙控器是將遙控信號(hào)(二進(jìn)制脈沖碼)調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去的。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼)。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0，如圖(2)所示。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。如圖(3)所示。

圖(2)PWM碼

圖(3)PPM碼

遙控編碼脈沖信號(hào)(以PPM碼為例)通常由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號(hào)組成，如圖(4)所示。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成(不同的遙控系統(tǒng)在高低電平的寬度上有一定區(qū)別)，用來(lái)標(biāo)志遙控編碼脈沖信號(hào)的開(kāi)始。系統(tǒng)碼也叫識(shí)別碼，它用來(lái)指示遙控系統(tǒng)的種類(lèi)，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防止各遙控系統(tǒng)的誤動(dòng)作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的微控制器可根據(jù)功能碼的數(shù)值去完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼分別是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對(duì)傳輸過(guò)程中是否產(chǎn)生差錯(cuò)。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38KHz(周期為26.3us)的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制(PAM)，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。

圖(4) 遙控編碼脈沖信號(hào)的組成

2.2紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)及還原的硬件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)遙控信號(hào)編碼和發(fā)射過(guò)程，遙控信號(hào)的識(shí)別——即解碼過(guò)程應(yīng)是去除38KHz載波信號(hào)后識(shí)別出二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。遙控信號(hào)識(shí)別、存儲(chǔ)、還原的硬件電路如圖(5)所示。由MCS—51系列單片機(jī) AT89C51、一體化紅外接收頭、存儲(chǔ)器、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路組成.。

一體化紅外接收頭采用SIEMENS SFH 506-38，它負(fù)責(zé)紅外遙控信號(hào)的解調(diào)。將調(diào)制在38kHz上的紅外脈沖信號(hào)解調(diào)并反向后再輸入到AT89C51的INT0(P3.2)引腳，由單片機(jī)進(jìn)行高電平與低電平寬度的測(cè)量。

圖中使用具有I2C總線接口的E2PROM 芯片24C32作為存儲(chǔ)器，其容量為4KB，

圖(5) 紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)及還原原理框圖

用來(lái)保存識(shí)別出來(lái)的遙控信號(hào)的高電平與低電平寬度數(shù)據(jù)。通常遙控信號(hào)的二進(jìn)制脈沖碼長(zhǎng)為32位，每位由一個(gè)高電平與一個(gè)低電平組成，應(yīng)保存的信號(hào)寬度數(shù)據(jù)為 64個(gè)，再加上引導(dǎo)碼2個(gè)數(shù)據(jù)，共計(jì)66個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示，一個(gè)遙控信號(hào)命令就需要66個(gè)字節(jié)來(lái)保存。考慮到不同的遙控系統(tǒng)有一定的區(qū)別，有些遙控信號(hào)命令長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以存儲(chǔ)空間應(yīng)適當(dāng)留有余量。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)紅外遙控設(shè)備的數(shù)量及每個(gè)設(shè)備的遙控命令數(shù)量等具體情況來(lái)決定 E2PROM 芯片的容量和型號(hào)。

遙控信號(hào)的還原和發(fā)射是通過(guò)P0口(如圖中為P0.1)輸出二進(jìn)制脈沖碼(高電平與低電平的維持時(shí)間為識(shí)別時(shí)保存的一組寬度數(shù)據(jù))與38KHz調(diào)制脈沖相與，即P0口輸出高電平允許38KHz調(diào)制脈沖通過(guò)，P0口輸出低電平關(guān)斷38KHz調(diào)制脈沖。調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后通過(guò)紅外發(fā)光管，發(fā)射紅外遙控信號(hào)去控制紅外遙控設(shè)備。圖中LED發(fā)光管用來(lái)指示紅外遙控信號(hào)，同時(shí)用來(lái)指示自學(xué)習(xí)中的各狀態(tài)。

P2口連結(jié)一組按鈕，按鈕的數(shù)量與需要集中控制的紅外遙控設(shè)備數(shù)量相同，用來(lái)控制單片機(jī)進(jìn)入或退出自學(xué)習(xí)狀態(tài)，按鈕號(hào)即為設(shè)備號(hào)。

單片機(jī)同時(shí)通過(guò)串行口連接上位機(jī)PC或集中控制器接收控制命令，上位機(jī)或集中控制器通過(guò)RS—485總線與單片機(jī)通信，從而實(shí)現(xiàn)了紅外遙控設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)上電復(fù)位后，首先對(duì)其內(nèi)部定時(shí)器、串行口進(jìn)行初始化，并允許串行口中斷。然后監(jiān)測(cè) P2口，當(dāng)進(jìn)入自學(xué)習(xí)狀態(tài)(P2口有一引腳輸入為低電平并維持1S以上)時(shí)，采用定時(shí)器定時(shí)、軟件計(jì)數(shù)的方法，測(cè)量INT0引腳上輸入脈沖的高、低電平的寬度。INT0引腳平時(shí)為高電平，當(dāng)接收到紅外遙控信號(hào)時(shí)，由于一體化紅外接收頭的反向作用，INT0引腳下跳至低電平，此為引導(dǎo)碼。將測(cè)得的高低電平的寬度保存在存儲(chǔ)器中，并將每次測(cè)得的低電平的寬度與引導(dǎo)碼低電平寬度比較，若相等則表示一遙控命令碼識(shí)別、存儲(chǔ)(自學(xué)習(xí))結(jié)束。再次監(jiān)測(cè)P2口該引腳，若為低電平并維持1S以上，則退出自學(xué)習(xí)狀態(tài)。否則，進(jìn)一步自學(xué)習(xí)下一紅外遙控命令碼。

串行口中斷服務(wù)程序主要是根據(jù)接收到的設(shè)備號(hào)及命令號(hào)查表得到一組事先存儲(chǔ)的高、低電平寬度數(shù)據(jù)，然后在P0口還原出紅外遙控信號(hào)去控制紅外遙控設(shè)備按指定的命令動(dòng)作，即紅外遙控信號(hào)的還原。

3結(jié)束語(yǔ)

我們用上述紅外遙控信號(hào)的自學(xué)習(xí)及還原方法，成功地實(shí)現(xiàn)了新科VCD、DVD、金正DVD、松下系列錄像機(jī)以及多種型號(hào)數(shù)字投影機(jī)、彩色電視機(jī)遙控信號(hào)的自學(xué)習(xí)和還原，從而在多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了可紅外遙控設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。