基于STC11L04E的红外空调遥控系统的设计

顺德区中等专业学校 李红冰

1.引言

红外遥控使用方便、成本低廉、功耗低[1]，被广泛应用于各类电器的控制。但都是针对各自的遥控对象，（空调、彩电、DVD 等），由专用 CPU 解码[2]，作为一般的单片机控制系统不能直接使用。本文结合红外遥控系统的原理，给出红外发射电路和控制程序，设计出了一套基于STC11L04E单片机和红外通信的空调遥控系统，由单片机系统直接控制，实现对校园空调的统一控制，达到环保节能的要求。

2.空调红外遥控系统原理

空调红外统一遥控系统的原理如图1所示。当上位机发出指令，STC11L04E单片机接收并处理该功能指令，然后将分析处理后的编码指令串通过各个路由发给红外发射模块，最后空调接收红外光发射出来的红外编码信号以达到统一控制校园空调的目的。在无线传输过程中,为了减少其他红外信号对红外发射模块信号的干扰，将编码指令串调制在特定的载波频率上，再经过功率放大电路驱动红外发光二极管发射被调制的脉冲红外信号。空调内置的红外接收装置对接收到的红外信号进行解调和解码，内部微处理器将还原成的编码指令串进行译码，最后，由控制驱动电路来驱动执行电路，实现各种指令的控制操作。

图1 空调红外遥控系统原理框图

为了协调编码和解码的一致性，需要制定红外传输协议，包括载波频率、编码方式，位0和位1的定义及数据的格式[3]。标准的载波频率有 30，38，40，56 kHz。编码方式有脉冲宽度编码(PWM)和脉冲位置编码(PPM)，位0和位1的定义及数据的格式因红外传输协议的不同而改变。常见的红外传输协议有PHILIPS，RC5，NEC，SIRCS 等。在我国，很多家用电器都采用NEC协议[4]。以美的空调控制“开”的数据格式如图2 所示，包括由 4ms 高电平和4ms 的低电平、0xB2和0x4D16位固定码组成的引导码和由8位地址码及其反码、8位命令码及其反码组成的32位系统码。32位系统码每位可以为0，也可以为1，上位机发出不同功能信号会产生32位不同的0，1组合。

图2 美的空调控制“开”的数据格式

图3 位0和位1的编码定义

本文使用NEC协议调制频率为38kHz，编码方式采用了脉冲位置调制[5]，利用脉冲间隔来区分位0和位1，通过红外遥控采集分析仪采集的数据格式如图3所示，位0定义为469.3us高电平和596.5us低电平的组合，位1定义为1.5ms高电平和614.0us 低电平的组合，其中误差允许30%。

综上，为了实现由上位机统一控制校园空调开/关，设置温度等功能，只需获取到单片机发送的开/关键按下、以及设定某一温度值所产生的编码指令串，再把该编码指令串调制在特定载波信号上，去驱动红外发射二极管即可实现。

图4 红外发射电路

3.硬件实现

本文选用了STC11L04E单片机作为主控芯片，由它处理上位机发过来的命令信号。该单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机[6]，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高可靠复位电路，可实现高速通信，智能控制且抗干扰性强[7]。

红外发射电路如图4所示，由STC11L04E单片机，红外发光二极管、PNP型9012三极管组成，STC11L04E工作电压为2.1～3.6V，STC11L04E接收到上位机控制信号后，从P1.0驱动Q1，P1.0为1时发射红外光，为0则不发射。

4.软件实现

软件系统是使用C51语言编写[8]，调制频率38KHz即一个周期为26us，故将定时器0设为13.02us中断一次控制P1.0口翻转来实现，控制发射脉冲程序由SendIRdata_38KHZ函数来实现，该函数第一个输入参数是通过设定定时器0中断的次数（13.02us中断一次）来控制P.1.0输出38KHz的脉冲宽度；第二个参数是控制P.1.0要不要输出38KHz信号，该参数为1时P1.0输出38KHz脉冲信号；0时P1.0脚为高电平，Q1不导通，红外发射管没有电流通过。

5.结论

本文设计了一套基于STC11L04E单片机的空调红外遥控系统，由处理速度快，可靠性高的STC11L04E单片机接收并处理上位机发出的指令信号，然后再通过各个路由传递给红外发射模块，最后空调接收红外编码信号以达到统一控制校园空调的目的。该系统具有硬件结构简单，软件适用性强，可靠性高，抗干扰性强等特点。

[1]谢平,陈学煌.基于微控制器的红外遥控器的设计与实现[J].红外,2010(4):42-45.

[2]于春鹏.空调系统[M].北京:化学工业出版社,2005:23-68.

[3]陈阳海.红外遥控工作原理、编码方式及常用信号传输协议[J].电子制作,2007(11):6-9.

[4]朱志伟,刘湘云.基于AT89S51的红外遥控解码的实现[J].科技信息:高校理科研究,2015:109,112.

[5]胡绩强,刘莹.温控空调开关的红外遥控系统设计[J].南昌大学学报:工科版,2012,34(1):83－86,102.

[6]宏晶科技.STC89C51/RD+系列单片机器件手[EB/OL].http://www.stcmcu.com/datashee－t/stc/STC－AD－PDF/STC89C51RCRD+_GUID－CHINESE.pdf,2011-03-19.

[7]吴爱萍,朱晓春.基于 AT89S51 的多功能红外遥控器设计[J].仪器技术与传感器,2008(8):78-80.

[8]徐惠民,安德宁.单片微型计算机原理接口与应用[M]．北京:北京邮电大学出版社,1996,第1版.