基于单片机的无线遥控教鞭的设计

罗星华,张碧锋

（1.西北工业大学,陕西 西安 710072；2.空军驻广深地区军事代表室,广东 广州 510310）

传统教学中，教师以黑板和粉笔为最主要的教学用具，这种教学手段单一，课堂效率低，不能激起学生学习的兴趣。多媒体辅助教学模式的兴起，弥补了传统教学的不足，在实际操作中教师在进行多媒体演示时，要不时地进行鼠标操作，使之不得不中断与学生的互动。无线遥控教鞭是一个很好的解决方案[1]。

1 系统框架

整个系统由发射电路、接收电路和计算机软件三部分组成。发射部分，即手持教鞭部分，以日本NEC的uPD6121G为控制核心。首先，当按下按键后，扫描键盘得到遥控码，不同的键值对应不同的编码信息，此键值信息代表着向计算机中演示的软件PowerPoint发送的控制命令，然后将此编码信息经调制后由红外发光管向外发射。接收部分的控制核心为TI公司推出的低功耗MSP430单片机，主要完成发射端传送来的红外调制信息的接收和解码操作，将解析出的控制命令信息经串口转USB接口传送至计算机，此硬件模块可直接插在计算机的USB接口中，直接由USB接口供电；计算机中的上位机软件采用C#编写，使用Microsoft Studio 2005自带的SerialPort组件。SerialPort对象接收到数据时，将在辅助线程上引发DataReceived事件。处理此事件，得到从串口发送来的控制命令数据信息，实现控制多媒体演示软件PowerPoint的目的。系统框架如图1所示。

2 硬件系统

2.1 红外遥控发射模块

通用红外遥控发射电路由编/解码专用集成电路芯片uPD6121G进行控制操作，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器等部分。电路原理图如图2所示。

日本NEC公司的uPD6121G组成发射电路的编码原理描述如下，当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同，具有以下特征：采用脉宽调制的串行码,以脉宽为 0.565 ms、间隔 0.56 ms、周期为1.125 ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为 0.565 ms、间隔1.685ms、周期为2.25 ms的组合表示二进制的“1”[2]，其波形如图 3所示。

上述“0”和“1”组成的 32 bit二进制码，经 38 kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图4所示。

由图可知，遥控编码是连续的32 bit二进制码组，其中前16 bit为用户地址和地址反码，防止不同机型互相干扰，后16 bit为用户操作码和操作反码，也可以称为功能码[3]。本次设计就采用此种红外遥控。

2.2 红外遥控接收模块

接收电路使用一体化红外接收头HS0038，接收红外信号频率为38 kHz，接收距离可达35 m。它能将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。其与单片机连接原理图如图5所示，由单片机采集红外遥控命令并在内部完成解码工作。

图5 单片机与红外接收电路

2.3 基于PL2302的串口转USB接口模块

由于RS232标准串行接口已逐渐在电脑主板中淘汰，为了充分利用USB接口即插即用的特点，本设计采用了PL2303芯片实现了RS232与USB接口的转换，省去了RS232电平以TTL电平的装换。用PL2303实现的USB转串口的电路如图6所示。

3 软件系统

3.1 单片机系统软件

单片机采用TI的低功耗MSP430F149为控制核心，其主要功能是解码红外遥控器发送来的信号和驱动液晶显示。其中解码红外遥控信号是实现本设计的关键，红外接收电路的信号输出接到单片机的外部中断0上，当单片机接收到信号后进入中断函数，首先判断是否为引导码，如果是则进入解码程序，否则丢弃。解码程序通过精确的延时函数，判断每个发送过来的每一位为0还是 1，并把数据保存到 date数组中，其中 date[0]保存地址码，date[1]中保存地址反码，date[2]中保存数据码，date[3]保存数据反码。解码的流程图如图7所示。

3.2 上位机软件

上位机软件采用C#编写，使用Microsoft Studio 2005自带的SerialPort组件。SerialPort对象接收到数据时，将在辅助线程上引发 DataReceived事件。处理此事件，得到从串口发送来的数据，并给计算机发送相应的命令。本软件界面人性化，用户在设置过程中有简单的操作提示，使得人机对话更为简单，当设置完成后可以让程序隐藏到后台运行。小软件还有漂亮的皮肤界面，上位机软件截图和软件的工作流程如图8所示。

图7 系统软件流程图

本设计以MSP430F149单片机为控制核心,所设计的遥控教鞭功耗低，仅须两节电池供电；命令接收采用USB接口，其供电可直接通过计算机取电。工作时，只要打开控制软件和PPT演示软件，其操作就可通过手执部分随意控制，可方便地应用于教学、会议室等需演示的场合。

[1]郭平平,崔志琴.基于PPT演示的无线放映控制器设计[J].电子测试,2010(5)：77-80，85.

[2]李泽光.基于单片机的红外遥控器解码器的设计[J].现代电子技术,2007,30(9):36-37.

[3]翟祥林,王景成.红外遥控在嵌入式系统中的实现[J].微型电脑应用,2010,26(5).

[4]陈佛敏,潘春华,吕洋波,著.C#程序设计简明教程[M].北京：人民邮电出版社,2008.

[5]周峰.Visual C#.NET 2005中文版基础与实践教程[M].北京:电子工业出版社,2007.

[6]HOFFMAN K,KRUGER L.C#.NET技术内幕[M].董梁,高猛,译.北京：清华大学出版社,2006.

[7]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003.

[8]沈建华,杨艳琴,翟晓曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社,2004.

[9]芯片数据库.VS1003英文资料[EB/OL].http://www.21 icsearch.com/s_VS1003.html.

[10]来清民.传感器与单片机接口及实例[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008.