红外通信的应用——PPM调制与解码(C51)
目录
一、引言
红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波,其频率高于微波而低于可见光,是一种人的眼眼看不到的光线。无线电波和微波已被广泛应用在长距离的无线通信中,但由于红外线的波长较短,对障碍物的衍射能力差,所以更适合应用在需要短距离无线通信场合
点对点的直接线数据传输。为了使各种设备能够通过一个红外接口进行通信,红外数据协议(InfraredDataAssociation,简称IRDA)发布了一个关于红外的统一的软硬件规范,也就是红外数据通讯标准。
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。发送端采用脉位调制
(PPM)方式,将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列,并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去;接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。
PPM是以帧为单位,帧内每个脉冲间隔表示一个通道的控制量,两帧之间
有一个长一点的低电平,这个信号曾经用于同步,作为帧和帧之间的划分。
简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
二、数据格式
数据格式包括了引导码、用户码、数据码和数据码反码,编码总占32位。数据反码是数据码反相后的编码,编码时可用于对数据的纠错。注意:第二段的用户码也可以在遥控应用电路中被设置
成第一段用户码的反码
本文使用的STC51单片机使用的红外遥控采用NEC协议
:
1、8 位地址和 8 位指令长度;
2、地址和命令 2 次传输(确保可靠性)
3、PWM 脉冲位置调制,以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”;
4、载波频率为 38Khz;
5、位时间为 1.125ms 或 2.25ms
6、一个脉冲对应 560us 的连续载波,一个逻辑 1 传输需要 2.25ms(560us脉冲+1680us 低电平),一个逻辑 0 的传输需要 1.125ms(560us 脉冲+560us 低电平)。
在NEC码中,起始码用于同步,接着是用户码、用户码反码、数据、数据反码。传输时低位在前、高位在后。
三、解码
使用外部中断1(P33引脚)接收信号,收到信号后串口输出,显示对应的十六进制数值。
外部中断步骤:
1.声明一变量来存放高电平时间;
2.如果P3^3口为低电平,超时判断(等待前9ms过去) 如果传输正确(为高电平)接着运行,否则9ms后结束;
3.如果P3^3口为高电平,超时判断(等待4.5ms过去) 开始接受数据(4组8位数据);
4.采用for循环嵌套(大循环4次对应4字节,小循环8次对应每个字节的8位)循环内:
等待前面560us低电平 计算高电平时间(区分位0和位1)判断如果时间超过3ms退出(位1的总时间为2.25ms);
对高电平时间判断分辨出位0或者位1,存放在数组中 时间变量清零;
5.判断数据码和数据反码(取反后)如果相等则退出中断。
/*******************************************************************************
* 函数名 : ReadIr()
* 函数功能 : 读取红外数值的中断函数
* 输入 : 无
* 输出 : 无
*******************************************************************************/void ReadIr() interrupt 2
{u8 j,k;u16 err;Time=0; delay_10us(700); //7msif(IRIN==0) //确认是否真的接收到正确的信号{ err=1000; //1000*10us=10ms,超过说明接收到错误的信号//当两个条件都为真是循环,如果有一个条件为假的时候跳出循环while((IRIN==0)&&(err>0)) //等待前面9ms的低电平过去 { delay_10us(1);err--;} if(IRIN==1) //如果正确等到9ms低电平{err=500;while((IRIN==1)&&(err>0)) //等待4.5ms的起始高电平过去{delay_10us(1);err--;}for(k=0;k<4;k++) //共有4字节数据{ for(j=0;j<8;j++) //接收一组数据{err=60; while((IRIN==0)&&(err>0))//等待信号前面的560us低电平过去{delay_10us(1);err--;}err=500;while((IRIN==1)&&(err>0)) //计算高电平的时间长度。{delay_10us(10); //0.1msTime++;err--;if(Time>30){return;}}IrValue[k]>>=1; //k表示第几组数据if(Time>=8) //如果高电平出现大于565us,那么是1{IrValue[k]|=0x80;}Time=0; //用完时间要重新赋值 }}}if(IrValue[2]!=~IrValue[3]) //数据校验{return;}}
}
读取的红外数据存放在IrValue中,根据NEC的帧格式,第三位是数据码,即IrValue[2]。在主程序中使用串口发送到电脑上。
使用两个变量存放数据值,当新的红外数据发生变化的时候
再使用串口发出去。
while(1){ new_value=IrValue[2];if(new_value!=old_value){old_value=new_value;SBUF =new_value;while (!TI); TI = 0; SBUF ='\r'; //发完一次数据之后换行0x0Dwhile (!TI); TI = 0;SBUF ='\n'; //0x0Awhile (!TI); TI = 0;}delay_10us(100);}
在电脑的串口助手中,选择十六进制方式查看,不要使用字符(char),因为有些编码对应的字符是不能显示的,可能会显示“?”之类的。示例:
1C 0D 0A
18 0D 0A
其中,1C、18是NEC帧中的数据,0D和0A 是回车换行
。
四、应用
可以正确解码,那么下来就要应用了。最常用的有2种,拿空调举例
- 空调遥控板按下“开”,就一直运行着。
- 空调遥控板按一下“温度+”,温度只增加一度,不应该一直增加。
对于第一种情况,可以用这种格式:
if(IrValue[2]==0x18)
{task(); //按一次该按键,就一直运行task
}
对于第二种情况,可以用:
if(IrValue[2]==0x18)
{IrValue[2]==0x00;task(); //按一次该按键,运行一次task
}
无、完整代码
/**************************************************************************************
* 实验名称:红外通信实验
* 实现现象:下载程序后,串口输出红外遥控键值数据
* 作者:CQUPTLEI
* 时间:2022/05/26
***************************************************************************************/
#include "reg52.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>typedef unsigned int u16; //对数据类型进行声明定义
typedef unsigned char u8;sbit IRIN=P3^3; //外部中断1,接红外接收头u8 IrValue[6]; //红外数据存放
u8 Time;/*******************************************************************************
* 函 数 名 : delay_10us
* 函数功能 : 延时函数,i=1时,大约延时10us
*******************************************************************************/
void delay_10us(u16 i)
{while(i--);
}/*******************************************************************************
* 函数名 : IrInit()
* 函数功能 : 初始化红外线接收
* 输入 : 无
* 输出 : 无
*******************************************************************************/
void IrInit()
{IT1=1;//下降沿触发EX1=1;//打开中断1允许EA=1; //打开总中断IRIN=1;//初始化端口
}/*******************************************************************************
* 函数名 : UsartInit()
* 函数功能 : 初始化串口,波特率4800
* 输入 : 无
* 输出 : 无
*******************************************************************************/
void UsartInit()
{SCON=0X50; TMOD=0X20; PCON=0X80; TH1=0XF3;TL1=0XF3;ES=1; //EA=1; TR1=1;
}/*******************************************************************************
* 函 数 名 : main
* 函数功能 : 主函数
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{ char old_value,new_value; //上一次红外值和本次红外值IrInit();UsartInit();old_value=1;while(1){ new_value=IrValue[2];if(new_value!=old_value){old_value=new_value;SBUF =new_value;while (!TI); TI = 0; SBUF ='\r'; //发完一次数据之后换行0x0Dwhile (!TI); TI = 0;SBUF ='\n'; //0x0Awhile (!TI); TI = 0;}delay_10us(100);}
}/*******************************************************************************
* 函数名 : ReadIr()
* 函数功能 : 读取红外数值的中断函数
* 输入 : 无
* 输出 : 无
*******************************************************************************/void ReadIr() interrupt 2
{u8 j,k;u16 err;Time=0; delay_10us(700); //7msif(IRIN==0) //确认是否真的接收到正确的信号{ err=1000; //1000*10us=10ms,超过说明接收到错误的信号/*当两个条件都为真是循环,如果有一个条件为假的时候跳出循环,免得程序出错的时侯,程序死在这里*/ while((IRIN==0)&&(err>0)) //等待前面9ms的低电平过去 { delay_10us(1);err--;} if(IRIN==1) //如果正确等到9ms低电平{err=500;while((IRIN==1)&&(err>0)) //等待4.5ms的起始高电平过去{delay_10us(1);err--;}for(k=0;k<4;k++) //共有4组数据{ for(j=0;j<8;j++) //接收一组数据{err=60; while((IRIN==0)&&(err>0))//等待信号前面的560us低电平过去{delay_10us(1);err--;}err=500;while((IRIN==1)&&(err>0)) //计算高电平的时间长度。{delay_10us(10); //0.1msTime++;err--;if(Time>30){return;}}IrValue[k]>>=1; //k表示第几组数据if(Time>=8) //如果高电平出现大于565us,那么是1{IrValue[k]|=0x80;}Time=0; //用完时间要重新赋值 }}}if(IrValue[2]!=~IrValue[3]){return; //数据和它的反码的反码不相同,退出}}
}
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