基于FPGA的家居遙控設(shè)計(jì)

引言

　　人們生活中的家用電器種類日益增多，遙控器的種類也隨之增加，不同種類的遙控器之間一般不能相互替代，這給人們的生活帶來(lái)諸多不便。

　　各類遙控器功能大致相同，大多都有數(shù)字鍵、啟動(dòng)停止鍵、前進(jìn)鍵、快進(jìn)鍵、后退鍵，復(fù)雜的也就是增加幾個(gè)功能鍵，現(xiàn)實(shí)生活中，由于用戶的個(gè)體差異，特殊功能鍵的使用頻率很低，甚至部分用戶自始至終就從未使用過(guò)這類鍵，因此，這些鍵完全可以簡(jiǎn)化和歸類使用，對(duì)于那些不易簡(jiǎn)化和歸類的少量特殊功能鍵，可以通過(guò)開(kāi)辟自定義按鍵區(qū)的方法予以解決。

　　鑒于此，本文以單片機(jī)和大規(guī)?？删幊涕T陣列FPGA為基礎(chǔ)，以記錄波形的思想設(shè)計(jì)了一款自學(xué)習(xí)式通用家居遙控器，又為原本無(wú)遙控功能的電燈、電扇、窗簾等設(shè)施追加了教練+學(xué)習(xí)+控制的遙控模型，在電腦上安裝了Girder軟件后還可實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的遙控。

　　1 紅外遙控簡(jiǎn)介

　　1.1 關(guān)于紅外線

　　紅外線是波長(zhǎng)在0. 75μm 至100μm 之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見(jiàn)光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外通訊一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在0. 75μm 至25μm 之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（ IRDA） 成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果，紅外通訊協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長(zhǎng)的范圍限定在850nm 至900 nm 之內(nèi)。

　　由于紅外線的波長(zhǎng)較短，對(duì)障礙物的衍射能力差，所以適合應(yīng)用在需要短距離無(wú)線通訊的場(chǎng)合，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線數(shù)據(jù)傳輸。

　　1.2 紅外遙控編碼格式

　　用于遙控的控制代碼大都以不同的編碼標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制在38 kHz 左右的載波頻率之上，再以串行格式通過(guò)紅外載波的通斷被發(fā)送。下面簡(jiǎn)單介紹一下常見(jiàn)的編碼標(biāo)準(zhǔn)：

　　1） Pulse 編碼（Pulse Coded）

　　脈沖的長(zhǎng)度根據(jù)表示的數(shù)據(jù)‘0’、‘1’而不同，Sony 的遙控用此種編碼。

　　2） Space 編碼（Space Coded）

　　與脈沖編碼正好相反，它是以脈沖之間space 的長(zhǎng)度不同來(lái)表示數(shù)據(jù)， Panasonic 的遙控用的就是這種編碼。

　　3） Shift 編碼（Shift Coded）

　　此種編碼是用電平轉(zhuǎn)換的方向表示數(shù)據(jù)的，因此所有的位都有著連續(xù)的時(shí)段，Philips 就用該編碼方式。

　　2 系統(tǒng)的軟硬件劃分

　　該系統(tǒng)采用“電腦主機(jī)+單片機(jī)+FPGA”的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)軟件分為兩部分：一部分是在主機(jī)上運(yùn)行的Girder程序，用于解碼接收到的信號(hào)并控制電腦執(zhí)行指定的動(dòng)作，另一部分運(yùn)行在單片機(jī)上，用于驅(qū)動(dòng)遙控器的液晶（LCD）顯示。系統(tǒng)的硬件分為四部分：學(xué)習(xí)器，教練器，接收器以及與主機(jī)的接口電路，其中學(xué)習(xí)器兼有學(xué)習(xí)與遙控的功能，通過(guò)學(xué)習(xí)原有遙控器的編碼可以遙控任何擁有遙控功能的電器，它包括單片機(jī)和FPGA兩部分，由FPGA執(zhí)行主要的學(xué)習(xí)與遙控功能以提高運(yùn)行速度和集成度，單片機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)液晶顯示；教練器與接收器負(fù)責(zé)對(duì)原本無(wú)遙控功能的設(shè)備追加遙控功能，具體來(lái)說(shuō)就是教練器產(chǎn)生種類足夠多的編碼地址供學(xué)習(xí)器來(lái)學(xué)習(xí)，接收器則在電器端負(fù)責(zé)解碼對(duì)應(yīng)的地址并產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；為實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的遙控功能而設(shè)計(jì)的主機(jī)接口電路負(fù)責(zé)把紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳入主機(jī)。硬件電路實(shí)現(xiàn)的總體框圖如圖1所示：

圖1 硬件系統(tǒng)總體框圖