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摘要：针对电视整机功能自动化检测时一种遥控器仅能匹配一种遥控码的兼容性问题，设计了一种红外遥控解码器。首先设计解码 器总体架构，介绍硬件组成及整体信息传输关系;其次，分析遥控码的编码规则，提出一种基于串口通信的红外遥控码封装方法， 将多种类遥控码按照通信规则封装成数据帧，然后根据38 kHz 载波实现红外发射原理，将遥控码编码规则转换成能够驱动红外发 射的指令脉冲编码信号，并将指令脉冲编码信号调制在38 kHz 的载波上，实现红外编码及发射，完成红外遥控解码器信号调制与 解调核心部分设计;最后，从遥控器出来的信号通过红外遥控解码器转换成十六进制的遥控键值，进而读出被检测遥控器编码的应 用验证，通过对红外遥控解码及对被控目标的遥远控制，实现一种遥控器兼容多种遥控码，无须使用多种遥控器做检测，在工业控 制领域应用广泛。
关键词：红外遥控,解码器,单片机,信号解调
Design of Remote Control Decoder Based on Infrared Communication
Shen Hang1.Lin Miao 1.Wu Hongling1.Hu Gang2.Chen Chao2
( 1.EVOC Intelligent Technology Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518107.China;
2.Guangdong Province Industrial Edge Intelligent Innovation Center，Shenzhen，Guangdong 518107.China )
Abstract：An infrared remote control decoder was designed for the compatibility problem that one remote control can only match one remote control code in the automatic detection of TV machine function. Firstly，the overall structure of decoder was designed，and the hardware composition and overall information transmission relationship were introduced.Secondly，the coding rules of remote control code were analyzed，and a method of infrared remote control code packaging based on serial communication was proposed.A variety of remote control codes were encapsulated into data frames according to the communication rules，and then the principle of infrared emission were realized according to the 38 kHz carrier，and the remote control code coding rules were converted into instruction pulse coding signals that can drive infrared emission. The instruction pulse coding signal was modulated on the 38 kHz carrier to realize infrared coding and transmitting，and the core part of signal modulation and demodulation of the infrared remote control decoder was designed.Finally，the signal from the remote controller was converted into a hexadecimal remote control key value through the infrared remote control decoder，and then the application verification of the detected remote controller code was read out.Through the infrared remote control decoding and remote control of the controlled target，one remote controller was compatible with a variety of remote control codes.It does not need to use a variety of remote controllers for testing，and is widely used in the industrial control field.
Key words：infrared remote control;decoder;single chip microcomputer;signal demodulation
0 引言
红外光是电磁波的一种，其波长处于微波与红光之间。在电磁波谱当中，间隔为0.76 ~ 1 000 μm 的波谱段 即为红外光谱区[1-2]。自20 世纪80 年代以来，红外遥控技术在日本开始流行起来，主要的应用范畴在电视机中[3]。红外通信作为一种在电子设备中广泛应用的无线 通讯技术，具有移动通信设备所必需的体积小、功率低 的特点，其传输速率适用于家庭和办公室网络环境;且 传输信号无干扰，传输准确度高。红外遥控是指利用波 长为0.76~1.5 μm 之间的近红外线来传送控制信号。红外遥控是一种非接触的无线控制技术，工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外遥控能有效隔离电气干扰，安全可靠[4-5 ] 。一般红外遥控系统 分发射和接收两个组成部分，其中发射部分主要元件为 红外发光二极管。红外遥控常用38 kHz 载波频率，软硬 件实现方式各异，本文考虑软件实现电路板元件少，经 济实用，选用软件方式实现38 kHz 载波。
目前红外遥控技术的主要应用有仪器仪表智能化的 现代系统、工业设备中的输入控制等。在本文中，红外 遥控解码器主要体现在工业设备控制，企业在生产带遥 控器产品时会使用多种编码类型的遥控器，常见的遥控 编码包括RC5、NEC、Toshiba、RCA、MITSHIBISHI、Sanyo 等。在实际工业生产遥控器当中，会碰到不同编码 的遥控器对应不同的产品，而在对这些遥控器做产品检测时，需要根据对应遥控码来匹配相应的工业系统遥控器进行设备遥控检测[6]。因此，当前遥控器产品检测需 要多种遥控器进行人工检测，浪费成本，操作复杂。
本文针对遥控器产品“一遥控码对应一遥控器” 的检测问题，基于通用的红外通信、解码环境，设计 一种实现多种编解码方式的红外遥控解码器，基于串 口通信协议约定，设计串口通信数据帧格式，将红外 遥控码封装为数据帧，利用38 kHz 载波实现红外遥控， 将遥控码编码规则转换成指令脉冲编码信号驱动红外 发射。对本文提出的设计方法，通过应用演示证明了 其有效性。
1 硬件组成与环境搭建
1.1 红外遥控解码器架构
红外遥控解码器架构如图1所示。红外遥控解码器 通过串口接口与电脑主板连接，当单片机编码IC 接收到 电脑主板发送来的数据后，驱动红外发射管发送红外信号。通过红外遥控解码器发射电路、发射机、接收电路、信号解调、红外信号的接收[7]，搭建红外通信、解码环 境。红外遥控解码器在接收到遥控器发送的红外光信号 后，对红外光信号进行解码，将红外光信号转换成数字 信号，得到数字遥控码，将数字遥控码转换成十六进制 的遥控键值。红外遥控解码器把遥控键值通过遥控解码 器的八段数码管显示出来，让用户清晰可见;同时把遥 控键值通过单片机串口按照指定协议传输给其他仪器设 备，以控制其他仪器设备运转。
1.2 单片机电路介绍
单片机的P3.0 接红外发射管LED G，连接图如图2 所示(以SC51P0304 单片机作为处理器为例)。红外发 光二极管发出红外光波，经调制后，将红外发射器发射 的红外光转换为相应的电信号，再送到后置放大器。发 射机由调制电路、驱动电路、指令键、指令编码系统、 发射电路等几部分组成，当按下指令键或推动操作杆 时，指令编码电路产生指令编码信号，对载波进行调 制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发 射经调制定的指令编码信号。接收电路由放大电路、 指令译码电路、调制电路、驱动电路、执行电路等组 成，接收电路接收发射器发出的编码指令信号，并进 行放大后送解调电路，解调电路将指令编码信号解调出来，还原为编码信号，指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行实现各种指令 的操作控制[8-9 ] 。
红外信号解调将一体化红外接头读取到的信号储存 起来，对实际测试编码进行比较，相同后输出即可，红 外信号的接收采用一体化红外接收头，将红外接收管、 放大器、滤波器及解调器集成在个硅片上，不仅尺寸小、无需外部元件，并且具有抗光电干扰性能好、接收角度宽等特点[10-11] 。
2 红外通信解码
红外遥控解码器架构主要含电脑主板端、单片机及 红外发光二极管，电脑主板为控制端，基于此架构，实 现红外通信解码，一方面将各种类型遥控码编码规则写 入单片机，设计一种串口通信数据帧格式，基于串口通 信协议约定及遥控码编码规则，将电脑主板遥控码控 制信号封装成遥控码数据帧传输给单片机，实现电脑 主板端与解码器单片机串口通信数据传输;另一方面， 38 kHz 载波实现红外发射过程，需要在单片机接收到电 脑主板串口数据帧中遥控码信号时，设计遥控码编码规 则转换成指令脉冲编码信号，驱动红外发射管发送红外 信号。
2.1 基于串口通信的红外遥控码封装
单片机与电脑主板控制端通过串口通信协议进行通信，串口通信协议约定如下：波特率9600.数据位8.
停止位2.校验位None。红外遥控解码器要实现多种遥 控码兼容，必须把所有类型的遥控码编码规则写入单片机中，同时为了区分遥控码类型，设计单片机与主控端 串口通信数据帧格式如表1所示。
红外码类型定义：0x00 研祥码;0x01 TOSHIBA码;0x02 NEC 码;0x03 MITSUBISHI 码;0x0n。编码规 则接收一个完整的码包括：两个3 ms 的头脉冲，八位 客户码，接下来是遥控码，最后是4.5 ms 的保护码。 接收码必须要验证头脉冲宽度、客户码、保护脉冲宽 度3个部分都是正确的才可以保证所接收码的正确性。 根据数据帧规则，研祥码数据帧为：0xA5 0x5 A 0x00 0x02 客户码数据码，其他遥控码按其对应的编码规则 进行编排。
基于以上方法，解码器将遥控码编码信号封装成数 据帧通过串口发送给单片机，比如用户在控制端遥控码 类型项选择研祥码，遥控码项选择0x02 作为客户码， 0x1C 作为数据码，封装成数据帧为：0xA5 0x5A 0x00 0x02 0x02 0x1C，通过串口发送给单片机。
2.2 红外发射
红外发射将单片机指令脉冲编码信号调制在载波 振荡器产生的载波上，用脉码调制信号驱动红外发光 二极管发出经过调制的红外光波。红外遥控解码器将 二进制脉冲码调制在38 kHz 载波上，缓冲放大后送至 红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。发射红 外遥控码过程如图3 所示( 以SC51P0304 单片机作为 处理器为例)。
为实现38 kHz 载波频率，单片机内置定时器产生 周期性26.3 μs 的矩形脉冲，定时器产生中断输出一个 相反的信号使输出端产生周期的38 kHz 脉冲信号。二进制脉冲码的形式最为常用的是PWM 码(脉冲宽度调制码) 和PPM 码(脉冲位置调制码)[12 ]，PWM 码和PPM 码分别代表NEC 码和PHILIPS 的RC-5 码、RC-6 码等。本文设计采用PPM 码，以宽脉冲表示1.窄脉 冲表示0.码位宽的代表1.码位窄的代表0.红外码发送处理过程如图4 所示( 以SC51P0304 单片机作为 处理器为例)。
遥控码编码脉冲信号由码、功能码、功能反码、系 统码、系统反码等信号组成。引导码由宽度为3 ms 的高 电平和宽度为3ms 的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。功能码代表相应的控制功能，接收机可根据功能码的数值完成各种功能操作[13-14]。系统码用来 指示遥控系统的种类，以区别其他遥控系统，防止各遥 控系统的误动作，系统反码与功能反码分别是系统码与 功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输 过程中数据是否产生差错。
对于同一台设备，功能码是固定的，在发送红外码 时，将要发送的功能码按指定的遥控码编码规则转换成指令脉冲编码信号，将指令脉冲编码信号调制在38 kHz的载波上即可[5]。在转换指令脉冲编码信号阶段，根据 接收到的串口数据帧中的遥控码类型标识来进行转换， 指定类型按指定遥控码编码规则进行转换，实现遥控解 码器支持多种类型的遥控码发射。
3 解码器应用
把USB 连接线的一端接到遥控解码器的USB 接口上，另一端接到仪器或设备的USB 接口上;按下遥控解 码器的电源开关，遥控解码器启动初始化程序，大约 200 ms，初始化完成进入工作状态。初始化完成后，数 码管显示两个0：用遥控器对着遥控解码器的红外接收 器按键，其对应的遥控键值就出现在遥控解码器的数码 管上，按下电视机遥控器的信号选择键，1C 显示在数码 管上。同时，如果接收仪器/设备端成功安装了USB 转 串口驱动并且启动了串口工具，可看到串口软件接收到 一串数据：A5 5A 00 02 02 1C，其中，“A5 5A”是协议 头，“00”是遥控码类型，“02”是遥控码数据长度， “02 1C”是遥控码数据。遥控解码器的电源开关和红外 接收器指示如图5所示。
4 结束语
本文设计了一款实现多种编解码方式的红外遥控解 码器，解码器通过基于串口通信的红外遥控码封装方法， 实现多种类遥控码的数据帧封，并基于38 kHz 载波实现 遥控码编码脉冲信号调制，驱动对应红外发射。将本文 解码器引入不同编码遥控器的检测当中，能够解决当前 在对带遥控器产品做检测时，需要使用多种遥控器做人 工检测，浪费遥控器制作成本、操作复杂、浪费人力以 及增加工人学习难度的问题，可普遍应用于工业自动化 领域，大大提升设备控制效率和准确率。
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