传统机顶盒节能改进及遥控一体化方案研究

张新建 ，刘 沛 ，2，杨晓坤 ，彭 诚 ，凌建华

（1.华中科技大学文华学院，湖北 武汉 430074；2.华中科技大学 电气与电子工程学院，湖北 武汉 430074）

在过去几年，有线电视发展迅速，标清或高清数字电视机顶盒越来越多地进入居民家庭[1]。很多人在用遥控器关掉电视后便不再留意机顶盒这个设备，认为其耗电很少。但是通过实际测量发现，连接电视机的传统机顶盒待机状态下功耗为5.07 W左右，远远超过了空调、音响、电视机等这些高能耗电器的待机功耗。

传统机顶盒待机的一般技术方案是由机顶盒的电源模块直接对各功能模块供电，待机时仅禁止视频输出，所有模块仍处于供电状态，这使其待机状态能耗较高，造成巨大的能源浪费，因此改进传统机顶盒待机状态下的能耗已刻不容缓[2-3]。

1 总体方案设计

本方案是由单片机微处理器、红外接收器以及继电器等部分组成的一体化节能改进方案，具体结构如图1所示。其基本原理是：在机顶盒遥控器发出一个待机或开机信号时，红外接收部分接收到待机信号或开机信号，并将信号传送给单片机处理器分析处理；确定是待机信号或开机信号后，向继电器控制部分及红外发射模块分别发出控制指令；继电器模块接到指令后，切断或接入电路电源，使机顶盒内主芯片及高耗能外围电路模块停止或开始工作；红外发射模块接到单片机待机或开机指令后，向电视机红外接收模块发出待机或开机命令，实现遥控一体化待机和开机功能。各模块功能如下：

(1)红外接收模块：用于接收机顶盒遥控器发出的各种控制命令并将其传递给数据处理模块。该部分为原有电路模块。

(2)数据处理模块：用于处理红外接收模块接收到的各种控制命令并将处理后的控制命令传给相应执行模块。该部分为节能改进方案中增加的模块。

(3)继电器模块：用来执行数据处理模块发出的待机或开机指令信号，进而接入或切断机顶盒内主芯片级外围高耗能芯片，以实现机顶盒正常工作状态或低功耗待机状态。该部分为节能改进方案中增加的模块。

(4)红外发射模块：用来执行数据处理模块发出的一体化开关机指令信号，其接收到待机或开机命令后，向电视红外接收电路发出待机或开机命令，实现电视与机顶盒的一体化待机或开机。该部分为节能改进方案中增加的模块。

2 电路实现

2.1 节能改进

本改进方案是通过在主耗能芯片及外围耗能电路与电源的接线处增加一个由继电器和单片机最小系统组成的控制系统来实现的。通过单片机控制继电器的开关状态来实现主耗能芯片和外围耗能电路与电源的连接，实现机顶盒低功耗待机。其节能改进电路如图2所示。

当遥控器发出一个待机信号时，机顶盒红外接收部分接收到待机信号并将信号传送给单片机处理器分析处理，确定是待机信号后向继电器模块及电视机红外待机模块发出控制指令，切断机顶盒主耗能芯片及外围耗能电路。

2.2 遥控一体化

据调查显示，绝大多数数字电视的用户都有同一个烦恼：机顶盒一个遥控器，电视机一个遥控器，操作很繁琐。由于多种因素制约，机顶盒与电视机需要各自的遥控器分别进行遥控控制，这不仅使用户操作繁琐，而且容易产生误操作。

遥控器的核心元器件是编码芯片，将需要实现的操作指令(如选台、快进等)事先编码，设备接收到信号后解码，再控制有关部件执行相应的动作。在设计时，接收电路和CPU是与遥控器的编码一起配套设计的。编码通过载波输出，所有的脉冲信号均调制在载波上，载波频率通常是38 kHz。载波通过用电信号驱动红外发光二极管，将电信号变成光信号发射出去。在接收端，需要反过来通过光电二极管将红外线光信号转换成电信号，再经放大、整形、解调等步骤，最后还原成最初的脉冲编码信号，完成遥控指令的传递，这是一个十分复杂的过程[4]。

通过调研发现，大部分用户需要的遥控器一体化功能有：开机、待机、音量、信号源切换等常用功能，其他功能基本不需要集成。为此，本文设计了遥控器常用功能的一体化改进方案，其基本原理如图3所示。本设计对原有机顶盒遥控器的体积、布局基本没有影响，仅需较小的改进即可实现，在提升用户使用体验的同时又节省了电视机遥控器所需的电池开支，减少了能源消耗和环境污染。遥控器发射模块及接收模块改进电路如图4所示。

3 功耗对比测试

机顶盒内部电路功耗分为工作功耗和待机功耗。工作功耗是指机顶盒在其实现正常工作时的必备功能及接口时的功耗；待机功耗是指机顶盒在完全待机状态下的功耗。使机顶盒能够正常显示电视节目，工作15 min后，用功耗表测量被测机顶盒的工作功耗，测试时间不少于2 min，此测量值即为机顶盒的工作功耗；将机顶盒设置为待机状态，待机15 min后用功耗表测量机顶盒的功耗，测量时间不少于2 min，此测量值即为机顶盒待机功耗[5]。

为对机顶盒节能改进前后待机功耗效果进行对比，对机顶盒进行了功耗测试，测试结果如表1所示。

表1 机顶盒节能改进后功耗一览表

测试结果表明，传统机顶盒在实施节能改进后待机功耗仅为0.76 W，下降了近90%，节能效果明显。若将此技术推广到全国的传统机顶盒节能改进中去，其每年将产生上亿元的经济效益。同时，其与遥控一体化方案节省的干电池一起将带来无法估量的环境效益。

本文通过对传统机顶盒内部电路结构的研究，找到了其待机能耗过高的问题所在，通过添加由继电器与单片机最小系统组成的控制系统实现了其低功耗待机。本改进方案不仅实现了传统机顶节能，对新研发低功耗待机机顶盒也具有重要参考价值。此外，本文提出的遥控一体化改进方案，既实现了用户常用遥控功能的一体化，又克服了目前市场上其他遥控一体化方案带来的改进成本高、改进方案复杂等不足。

[1]宗翔，任伟.谈谈有线数字电视整体转换的技术支撑[J].有线电视技术，2012(4)：114-115.

[2]刘以农.尽快解决机顶盒待机能耗过高问题[J].北京观察，2011(9)：36.

[3]李鹏程.能效标准破解机顶盒能耗之困[N].中国电子报，2011-01-04.

[4]王水成.遥控器检修思路·技巧·实例[M].天津：天津科学技术出版社，2002.

[5]崔岩，秦龚龙，张红.高清晰度有线数字电视机顶盒技术要求和测量方法[J].广播与电视技术，2010(3)：58-60.