无线转红外技术的教学设备的升级改造

叶仁春，张 莉，陆云龙

（1.华中科技大学 现代教育技术中心，湖北 武汉 430074；2.武汉第二轻工业学校 计算机中心，湖北 武汉 430080）

不少学校的多媒体教室，配置了投影机、电动屏幕、影碟机、展示台等教学设备。这些教学设备都有红外控制功能，但与多媒体教室设备中央控制系统（简称中控）集成时无法实现最佳搭配。因红外线只能在视距10m内无遮挡范围内有效［1］，要么牵拉密密麻麻的长线来为红外控制提供条件，要么干脆废掉红外控制功能了事，使得教学设备的红外功能受到了极大的限制。

显然，需要借助无线通信技术［2］来解决红外通信的技术瓶颈。在中控端设置无线发射电路功能模块，而在需要被控的教学设备端设置无线转红外电路功能模块，通过无线编码到红外编码的转化，完成教学设备无视距限制的控制，从而实现教学设备与中控的无缝集成。

1 “自学习”红外编码的设计与实现

1.1 红外遥控器的红外编码格式

因各个厂家生产的教学设备的红外编码不一样，要实现无线转红外技术，就必须解决能发送大多数教学设备的红外遥控编码，即要解决红外编码的“自学习”功能［3］。为了叙述方便，介绍常见的红外遥控编码格式（见图1）。红外遥控编码是由特殊时间的高低电平引导码（引导码9ms和4.5ms），以及连续的32位二进制串行码组成，其中前16位的高8位是用户码及其低8位的反码，后16位为8位控制操作的数据码及其反码［4］。用户码由制作红外遥控设备厂家来确定，是区别不同的被控电子设备，以防止不同的被控电子设备红外遥控编码相互形成干扰，数据码是遥控被控设备动作的指令码。用户码和数据码都有其对应的反码，是一种简单的识错机制，在被控接收端单片机可以识别当前红外编码是否有误，从而增加红外编码的可靠性。当红外遥控器的按键有用户按下时，周期性地发出同一种32位2进制串行码，周期为108ms。

图1 红外编码格式

每位码由8个发射宽度调制的串行码脉冲组成，用载波发射脉冲时间是0.5 6ms、载波不发射脉冲时间是0.565ms、周期为1.125ms的组合形式来表示低电平“0”。用载波发射脉冲时间是0.56ms、载波不发射脉冲时间是1.685ms、周期为2.25ms的组合形式来表示高电平“1”。而一般普通单片机处理速度已达1μs以下，有足够时间来处理红外编码的高低脉冲电平，所以适合于“自学习”常见遥控的红外编码［5］。对于其他类型的红外编码也可以如此类似解决。

1.2 “自学习”红外编码的工作流程

在被控教学设备的无线接收端，可采用集光电转换、解码和放大于一体的红外接收头HS0038B［6］。其外围电路只需要很少元器件就能完成红外接收和整形放大，然后输出TTL电平串行信号，接到单片机的普通IO口；使用单片机内部定时器，来分别计时脉冲的高低电平宽度，同时判断计时值是否超过范围，也可以判断是否接收完毕。

一般记录1个遥控器的红外编码至少需要1个字节用户码和相对应字节的按键数，而单片机（例如PIC16F系列单片机）内置的EEPROM写一个字节最少需要4ms，所以单片机一边接收数据，同时判断和分析数据，再存储，在单片机时序和EEPROM时序上是无法做到。故只能将接收到的计时数值暂时存放在单片机的RAM中，待接收完毕后再转存写入到EEPROM中，就此完成红外编码的“自学习”。本文研究设计的采用PIC16F636单片机，红外编码“自学习”的流程方法如图2所示［7］。

图2 “自学习”红外编码系统设计流程图

本文中将EEPROM划分为若干个不同的空间，这样相同遥控器的按键码可以存放在同一区域中。因相同遥控器的用户码是相同的，可以将用户码作为本遥控编码的索引。常用的遥控器一般最多有32个键，一共需要33个字节（1个用户码，32个按键数据码）。而单片机PIC16F636内置EEPROM有256个字节，那么最多可以存储7个遥控器的按键码（256／33＝7.757 6），完全适合实际情况的应用。

2 无线转红外的智能控制内容及工作流程

2.1 无线编码的发射及接收

在中控的无线发射端，可以使用比较常用的PT2262编码芯片［8］，后接无线发射模块。在被控设备的无线接收端，使用同通信频率的无线接收模块，只要无线接收端单片机解读出无线发射端发来的地址码，与本接收端设置的地址码一致，就认为是发给自己的无线编码，就把无线编码内的遥控端按键编码解读出来，转化为相对应的红外编码，由红外编码完成对教学设备的控制任务。图3为无线转红外智能中央控制系统。无线发射接收原理，有许多文献讲述，这里不再赘述。

图3 无线转红外智能中央控制系统

2.2 无线转红外的EEPROM数据存储

图4 EEPROM区域数据存储

由无线接收端来完成无线编码到红外编码的转化，那么无线接收端的单片机内置的EEPROM必须先存储与无线发射端对应的无线编码，如图4的EEPROM区域数据的无线编码区。红外编码通过“自学习”后，生成一个用户码和与按键相对应的数据码，一一写到单片机内置的EEPROM区。因设备测试有限，这里只学习2种用户码0x08和0x0F。这2个用户码各自组成与按键对应的数据区，存储在EEPROM区域数据的红外编码区［9］。

在中控无线发射端，其控制面板除了常规按键外，不可能设置与红外遥控器那么多的控制按键，按键数量必然少于红外遥控器的按键数量。为了使中控面板按键能完成红外遥控器面板那么多的按键任务，可通过软件设计方式设置为功能复合键。

2.3 无线转红外的软件流程设计

被控设备里PIC系列单片机EEPROM存储区，存储着无线编码和多种红外遥控器的红外编码。为了使中控无线发射端可以控制不同的设备，被控设备开机后首先必须识别中控无线端发给自己的地址码，才能实现无线编码到红外编码的转化，并完成相应的控制动作［10］，如图5所示的被控设备的接收端无线转红外控制所示的工作流程。

图5 无线转红外控制工作流程

被控设备与中控通过无线收发通信对码识别后，就进入主循环等待监听发射机信号，或者进入睡眠状态。如果被控设备有用户自己操作，就会发送被控设备已经更新工作状态。如果被控设备接收中控发来的无线编码信号，经过地址码识别确认是发给自己的，读入最新的8421编码的二进制按键数据编码，根据开机识别到被控设备的用户码，检索对应被控设备的红外编码数据［11］。单片机把读到的红外编码数据，按红外控制格式组成串行码输出，来控制被控设备的工作状态，同时发送被控设备已经更新了工作状态的信息。

3 结论

由上面论述可知，在中控端设置无线发送模块，各个被控教学设备端设置无线转红外接收模块，采用能够穿透障碍物的无线收发通信技术，并且以“自学习”方式解读教学设备的红外控制编码，完成无线编码到红外编码的转化［12］，实现多媒体教室设备无障碍、远距离的集成控制。同时也为教学设备生产厂家提供了教学设备研发上的技术参考。研究实践表明，无线转红外技术是中央控制系统与教学设备无缝集成的有效解决途径。

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