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简述红外遥控沙盘模型制作的系统设计

1 系统硬件设计
  该电子沙盘模型主要用于教室的教学演示,遥控距离不超过30米,故可采用红外发射和红外接收器来完成控制。UM3758-108A串行数据输出端TX/RX输出的数据经过555构成的调制电路后将产生38 kHz的信号,再由SE303红外发射管发射出去,图1所示是系统的硬件发射电路。
  而红外接收采用的是一体化的接收头HS0038,其具体电路如图2所示,该电路内部集成有红外接收、放大、解调、整形等电路,而且内带PCM频率滤波器,中心频率为38 kHz。模型制作时为了使接收头不受自然光等光源干扰,设计时可采用黑色环氧树脂封装;同时内附磁屏蔽,以改善对电场干扰的防护性;本系统使用5 V电源电压,功耗低;在小功率发射管发射信号的情况下,其接收距离可达35米,且灵敏度较高;该发射管的3个引出脚分别为接地端、电源端及信号输出端;HS0038的输出信号与TTL、CMOS电路兼容,当接收到38 kHz红外脉冲串时,它输出低电平,否则输出高电平。由于其输出信号的极性与发送信号相反,故使用三极管来反向及放大。     
  1.1 系统发射电路
  本系统的发射电路以AT89C5单片机为控制核心,并由其读入键盘输入的控制点位置代码,以形成UM3758-108A编译码器的高5位地址码A10~A6(低5位地址码A5~A1悬空)与8位数据码D8~D1。UM3758-108A的TX/RX端可送出相应的串行数据,该数据经38 kHz调制电路调制后,可由SE303红外发射管发射出去。同时,液晶显示器LCM061A将显示沙盘中LEDR示点的位置代码。
  1.2 系统接收电路
  由于本系统需要控制的显示点有近200个,故该电路共使用了25片UM3758-108A,每片的低5位地址码悬空,高5位地址码依次分别设置为“00000”~“11000”,图2中画出了2个UM3758-108A。模型制作进采用的一体化红外接收头HS0038H解调出38 kHz的红外数据后将送入所有的UM3758-108A,只有地址设置的值与串行输入的数据中包含的地址码相同的UM3758-108A才能将数据码解出形成8位的并行数据送到D8~D1以点亮或熄灭相应的LED。
  1.3 UM3758-108A芯片简介
  UM3758-108A是一种编码发送与接收译码合一的多路编译码器,具有10位三态地址输入端,可形成310=59049种地址,其8位两态锁存式数据输入或输出端能方便地实现多址多路数字信号的传递与控制,并可与有线载波及无线、超声波、红外等接口配用,从而实现远距离传输控制。
  UM3758-108A芯片的工作电压范围为3~12V,UM3758-108A采用24脚标准双列直插式封装。其中21(T/R)脚接高电平时,芯片处于编码发送工作方式,接低电平时,芯片处于接收译码工作方式;当芯片处于编码发送时,23(TX/RX)脚为串行数据输出端,当芯片处于接收译码时,该端为译码接收正确标志显示,低电平有效;22(IN)脚为芯片处于接收译码时的串行数据输入端;11(D1)到18(D8)脚为8位并行数据线,本系统的发射电路由单片机的P3口来控制D1~D8,接收电路则由D1~D8控制8个LED显示器;1(A1)~10(A10)脚为10根三态地址端,发送与接收芯片**地址编码一致才能配对工作。模型制作采用的该系统由于控制的LED点有近200个,因此,接收电路共需25块UM3758-108A芯片,若控制点增多,只需相应增加接收电路的UM3758-108A芯片便可,故其扩展简单。发射电路中,UM3758-108A的A6~A10由单片机的P2.3~P2.7控制。由于UM37 58-108A片内具有数据锁存器,因此,不同的UM3758-108A上控制的LED要同时点亮,可通过软件分两次送数据来实现;19(OSC)脚外接振荡电阻和电容可构成系统时钟,电阻和电容的典型值如图1所示,同样,发送与接收芯片的该值也**相同。
  当OSC脚外接R1为100 kΩ、C1为120 pF时,UM3758-108A芯片的工作时钟频率fosc为160 kHz,发射编码频率为1/16fosc,且每18位(前10位为地址,后8位为数据)数据为一帧。通常的逻辑“1”用两个占空比为1/3的连续脉冲表示,逻辑“0”用两个占空比为2/3的连续脉冲表示, “悬空”用一个占空比为2/3的脉冲和一个占空比为1/3的脉冲表示,发送一位编码的周期为6x16/fosc,图3所示是UM3758-108A的工作时序波形。
  一般情况下,电源接通后,处于发送状态的UM3758-108A就开始工作,直到切断电源为止。而处于接收状态的UM3758-108A将进行两次译码检验,如果发送地址与接收地址码一致,则TX/RX端就输出低电平以指示接收成功,同时将接收到的数据锁存并从D1~D8输出。每当进行一次有效的接收后,新的数据就会被锁存。
  1.4 液晶显示电路
  本系统选用LCM061A低功耗液晶显示器来显示键盘输入的控制点位置代码。模型制作采用的该显示器有6个LCD字符,显示器的**特点是采用串行控制方式,它共有10个引脚,简单使用时,只需单片机控制其三个引脚,因此,占用单片机的资源少。本系统用单片机的P1.0来形成LCM061A的片选信号,P1.2形成LCM061A的写信号,P1.1形成串行输入命令与数据。
2 软件设计
  本系统发射电路的软件系统包括主程序和键盘处理及液晶显示驱动等两个主要的子程序,其主程序流程图如图4所示。而键盘处理及液晶显示驱动子程序则主要解决的问题在于如何把从键盘输入的显示控制点的位置代码转换为接收端各UM3758-108A芯片的地址码与数据码。由于此两者之间无直接可描述的函数关系,故可采用构造表格的方式,然后用查表的方法实现输入代码的转换,从而完成对相应点LED的控制。

3 结束语
  本系统灵活应用了UM3758-108A具有多位地址码的特点,因而整个系统虽然需要控制的LED显示点有近200个,但只需一个红外接收头,即可使得系统设计非常简洁,易于调试,使用方便,并且在此模型制作基础上易于扩充控制点的数量。而红外发射信号经过调制,且采用一体化的红外接收,则可使遥控灵敏度更高,可靠性更强。目前,该系统经过调试,已能正常稳定地工作。


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