51单片机红外遥控信号解码

简介

红外遥控作为一种遥控手段应用是非常广泛的，并且红外线遥控装置具有体积小、 功耗低、 功能强、 成本低这些特点，在录音机、空调、音响等小型电器大多是采用红外遥控的方式进行控制。这篇文章我就来详细讲解一下红外遥控信号的解码方法，对于红外信号的收发原理在这里只做简单了解。红外遥控系统要有发射端和接收端，发射端将信号经芯片调制后由红外发光二极管将信号以红外光的形式发送出去。接收端通过红外监测二极管接收到红外信号后再经过放大、滤波、解调等操作输出高低电平，这样就完成了红外信号的收发。本次教程我选择下图这种红外遥控器进行红外信号的发射

选择一体化红外接收头作为红外信号的接收端，这是一种特殊的红外接收电路，它把红外接收管和放大电路集成到了一块，从外形上看只有一个三极管大小，如图

一体化红外接收头共有三个引脚，将有凸起的一面对准自己后从左到右依次是信号输出、GND、VCC，它的工作电压为5V，可以选择一体化红外接收模块，我们在使用的时候只需要给它接上5V电源，接地，然后将信号输出脚连接到单片机就可以使用了。本篇文章我使用51单片机进行试验，51单片机用来解码红外信号是足够的并且易于理解，文章主要是讲解解码原理。

硬件连接

第一步是硬件连接，用到的硬件非常简单，只有一体化红外接收头和单片机最小系统。首先，我们给单片机最小系统和红外接收头接上电源，注意共地，然后将红外接收头的信号输出脚接到单片机的外部中断引脚上，这样就完成了硬件的连接。之所以将信号输出脚接到单片机的外部中断引脚是因为前面说过红外接收头在接收到红外信号后会输出高低电平，接在外部中断引脚后单片机可以在有信号的时候快速做出反应，后面的程序也是靠中断程序实现的。

NEC协议

前面讲过红外接收头在接收到红外信号后会输出高低电平，然后就可以通过我们的程序分析电平的变化来识别接收到的信号的内容。要将接收端的信号解码我们就要知道发送端的数据是如何编码的，在本文中用到的红外遥控器所使用的是NEC编码协议，所以我们首先要讲解一下NEC协议的相关信息。NEC协议是用于红外通信中的一种协议，通过NEC协议发送信息的格式如下图：

信息的开始是9ms高电平加4.5ms低电平的引导码，作用就是告诉设备通讯开始，有信号发送过来了。之后接的是8位地址码和8位地址反码，地址码的作用就是区分不同的接收器件，实现单独控制某个器件。最后是8位数据码和8位数据反码，数据码就是功能码，我们可以给不同数据码设定不同的功能，反码的作用就是检验接收到的数据是否正确。在上面的这条信息里，‘0’是用560us高电平加560us低电平表示的，‘1’是用560us高电平加1680us低电平表示。要注意的是上面的波形图是发射端的波形，我们红外接收端收到的信号的高低电平是与上图相反的，还要注意发射端在发射数据是是从最低位开始发射，所以我们接收到的信号也是从最低位开始的，另外当我们持续按住同一个按键时，发射端并不会重复发送地址码和数据码而是在发送完一次后每隔一段时间发送一次引导码（重复），间隔时间大约是108ms。下图为接收端引导码、引导码（重复）、‘0’、‘1’的波形：

在了解了这些关于NEC协议的信息后我们就可以开始写程序控制单片机来解码红外信号了。首先我来讲解一下解码程序的思路，之前我们将红外接收头的信号输出脚接在了单片机的外部中断引脚上，我们将外部中断的触发方式设置为跳变沿触发，当接收头接收到信号后就会输出一个低电平，低电平触发外部中断，我们在中断程序中启动定时器，这样当下一次低电平触发中断前，在这期间定时器所定的时间我们可以进行比较从而确定脉冲的宽度，确定数据为‘0’还是‘1’。接下来我根据具体代码进行介绍，

#include"reg52.h"#define uint unsigned int #define uchar unsigned charuchar IRtime; //储存检测红外高低电平持续时间uchar IRcord[4]; //储存解码后的4个字节数据uchar IRdata[33]; //包含起始码在内的33位数据bit IRpro_ok; //解码后4个数据接收完成标志位bit IRok; //33位数据接收完成标志位

在上面这段函数中我们添加上相应的头文件和一些宏定义，之后我们定义一些变量和数组作为一些标志位以及一些数据的保存，在每个定义后面都有注释来解释相应的作用，在这里就不再赘述。

void init(){ TMOD |= 0x02; //设置定时器0工作模式2 TL0 = TH0 = 0; //初始化定时器0寄存器 EA = 1; ET0 = 1; TR0 = 1; IT0 = 1; EX0 = 1; TMOD |= 0x20; //设置定时器1工作模式2 TL1 = TH1 = 0xfd; //比特率9600 SM1 = 1; //设置串口工作模式1，10位异步收发 TR1 = 1; //启动定时器1 }

然后我们定义一个初始化函数用于定时器和中断的初始化设置，我们将定时器0用于计算红外信号高低电平的时间，将定时器1用于串口发送数据。

void T0_ISR(void) interrupt 1 //定时器0中断一次277.76us{ IRtime++;}

上面这段是定时器0的程序，在里面只是用来计算时间，定时器0中断一次是277.76us，我们通过IRtime就可以计算出红外信号的持续时间。

void int0(void) interrupt 0{ static uchar i; //静态变量用于存入33次数据计数 static bit startflag; //开始存储脉宽标志位 if(startflag) { if((IRtime < 53) && (IRtime >= 32)) //判断是否为引导码 若为引导码则从起始码开始存 {i = 0;} IRdata[i] = IRtime; //以T0溢出的次数来计算脉宽把这个时间存放在数组中 IRtime = 0; //计数清零 i++; //计数脉宽存入次数自加 if(i == 30) { IRok = 1; //脉宽检查完成 i = 0; //把脉宽计数清零准备下次存入 } } else { IRtime = 0; //定时器0计数清零 startflag = 1; //开始处理标志位置1 }}

上面这段程序是外部中断的处理程序，当红外接收头接收到红外信号后会输出相应的高低电平变化，引导码和“1”、“0”的波形在前面的接收端波形图已经画出，这样当接收端为高电平的时候，就会触发外部中断，这是会查看IRtime的值，根据这个值来判断是否是9ms的引导码，如果是引导码则先将IRtime清零，然后将以后的脉冲时间都保存下来，如果不是则把IRtime清零，这样红外接收头接收到的33次脉冲的宽度就会保存到IRdata[]数组里。

void IRcordpro(){ uchar i; //用于计数处理4个字节 uchar j; //用于计数处理1个字节的8位数据 uchar k; //用于计数处理33次脉宽 k = 1; //从第一位开始处理 丢掉起始码 for(i = 0;i < 4;i++) { for(j = 0;j <8;j++) { if(IRdata[k] > 5) //如果脉宽大于数据0标准的1125us就判定为数据1 { IRcord[i] |= 0x80; //置于最高位 } if(j < 7) //从最高位移位置低位 { IRcord[i] >>= 1; } k++; //处理下一次脉宽 } } IRpro_ok = 1; //解码完成}

上面这个函数是用来处理我们之前保存的33次脉冲宽度，并且转化为4字节的数据保存在IRcord[]数组里，具体的操作就是根据脉冲的时间来判断是“1”还是“0”，大家可以根据程序后面的注释来理解函数的内容。

void main(){ uchar i; //计数串口发送字节数 init(); //初始化 while(1) { if(IRok) //判断33次脉宽是否提取完成 { IRcordpro(); //根据脉宽解码出4字节数据 IRok = 0; //清零脉宽检查完成标志位等待下一次脉宽检查 if(IRpro_ok) //判断解码是否完成 { for(i = 0;i < 4;i++) { SBUF = IRcord[i]; while(!TI); TI = 0; } IRpro_ok = 0; //清零解码标志位 } } }}

最后我们在主函数部分调用之前的函数，并且在等待解码完成后将解码出来的4字节数据通过串口发送到电脑。最后我们看一下实际的效果，首先打开串口助手，波特率设置为9600，接收设置为HEX模式，这样当按下红外遥控器的按键时，就会返回遥控器的键值了，

好了，本期教程到此就结束了，感谢各位的观看。

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单片机小制作，红外遥控版LED球泡灯

记得1年前我家孩子刚出生那会儿，我给老婆买了个小夜灯插在墙壁上。每当小孩哭的时候就打开那个小灯给孩子喂奶、换尿布。之后的一段时间，每次半夜都还要起床开灯，感觉有点麻烦。于是，下面的这个小制作便产生了——红外摇控球泡灯，它只需要用自己家里的摇控器，对着灯的方向，按任意按钮，即可实现开、关LED灯泡。这样，老婆自己就可以拿着遥控器开、关灯泡了。不过当我做完这个制作时，孩子已经长大些了，这个制作就留给来家里的客人上洗手间用吧!这次的制作需要对一个220V供电的LED灯进行改造，因此要格外小心。改装完成的LED灯结构和原来一样，只是灯泡里增加了红外控制电路。我用的LED灯为E27接口，即普通家用的220V大螺旋接口。它是我在网上用11元包邮买回来的。它的额定功率为3W，根据官方宣传：它比节能灯节能70%，在相同功率下，比节能灯亮2倍，而且寿命是节能灯的10倍、白炽灯的25倍。

选择LED球泡灯的理由

LED球泡灯是替代传统白炽灯泡的新型绿色光源，LED球泡灯大多采用大功率LED芯片制作。为了防止眩光问题，外壳通常会使用磨砂玻璃或亚克力来制作，可以直接由市电驱动。大部分产品可以适用于AC 85～269V的电压输入。

我选择使用它是看重它的如下特点。

(1)节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10、节能灯的1/4。

(2)寿命长，用于普通家庭照明，基本可以实现“一劳永逸”。

(3)可以工作在高速开、关状态。

(4)纯直流工作，无频闪，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳。

(5)采用PWM恒流技术，效率高、热量低、恒流精度高。

(6)通用标准灯头，可直接替换现有多种光源。

制作所需材料

这次制作的主要元器件有：ATtiny13单片机、红外一体接收头和NMOS管，见图4.1。还有一些制作时使用到的辅料，如稳压芯片、万用板、插座、绝缘导线等。具体零件清单如表4.1所示。

图4.1 制作所用元器件

表4.1 元器件清单

电路设计

最初，我想在220V电源上增加变压器进行变压，同时使用稳压芯片和滤波电容进行稳压。可是要在灯泡里增加变压器那可太有难度了。于是我打开灯泡一边看，一边想。LED灯不是有很好的稳压特性吗?经过带电测量，3节LED灯上能有稳定的9.9V压降。那LED灯断开(开路)时的电压又是怎样的呢?于是我把灯泡上的电源导线焊下来，通过万用表再次测量，为13V左右。真是高兴，这样我就可以直接用稳压芯片了。有了输入13V左右的电压，经过芯片1117-5.0稳定到5.0V电压就可以给单片机和一体化接收头供电了。由于手头的最后一片1117-5.0坏了，我不得不用1117-3.3代替。还好单片机和一体化接收头都能在3.3V的电压下正常工作。

那么如何控制LED灯电流的通、断呢?刚开始我第一个想到的是超薄、超轻的继电器。买来它好久了，却一直没用上。不过经计算发现，流过LED灯的电流在300mA左右。这么点电流用MOS管控制也是没问题的，而且MOS管还没有继电器开、关时的“滴答”声呢!

单片机的PB1引脚和红外一体化接收头相连接，当遥控器对着接收头按下按钮时，PB1就会有一个低电平。一般遥控器发出的红外调制信号，会让一体化接收头产生9ms的低电平(大多数)，作为遥控编码的引导条件。通过计算低电平的持续时间，来判断是否接收到了正确的红外信号。

电路原理图如图4.2所示。

图4.2 电路原理图

制作过程

方案确定下来了，就开始我们的制作之旅吧!

1 切割洞洞板到合适的尺寸，至少能装到灯泡内的大小。

2 打磨洞洞板的边缘。

3 焊接单片机和红外一体接收头插座。

4 焊接稳压芯片和对应的2个电解电容。

5 焊接红外接收头用的滤波电容。

6 焊接场效应管和对应的2个电阻。

7 根据原理图焊接相应的导线

8 把烧录好程序的单片机插到8pin插座上，把一体化接收头也插到3pin插座上。

9 旋开LED灯泡的白色外壳。

10 用剪下来的元件引脚，焊接控制板到灯泡的电路板上。

11 最终制作好的效果。

12 通过3s(11.1V)电池驱动8个LED(合计8W功率)的效果。

编程思路

单片机程序通过判断低电平的持续时间是否为6～10ms，进而判断遥控按钮是否被按下。当低电平时间满足条件后，连接在NMOS的PB0引脚就会产生高电平，用于驱动MOS管，使其导通。当程序再次收到红外引导编码时间为6～10ms时，PB0就会产生低电平。用于关闭MOS管的电流。如果你的遥控器没有这种编码特点，那就要修改源代码的时间触发长度了。

在这次编写的程序中，我使用了2个中断：外部引脚中断和定时器中断。外部中断设置成下降沿。当有外部下降沿时，开启定时器进行计数。对定时器的时钟进行64分频，就能产生150kHz的计数频率。最终设置times这个全局变量来记录定时器的溢出次数，从而判断时间的长短。

ATTINY13使用的是内部9.6MHz的RC晶体振荡器。在初次烧录文件时，记得对熔丝位进行相应的设置。

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