簡述紅外遙控沙盤模型制作的系統(tǒng)設計

1 系統(tǒng)硬件設計
　　該電子沙盤模型主要用于教室的教學演示，遙控距離不超過30米，故可采用紅外發(fā)射和紅外接收器來完成控制。UM3758-108A串行數(shù)據(jù)輸出端TX／RX輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過555構(gòu)成的調(diào)制電路后將產(chǎn)生38 kHz的信號，再由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去，圖1所示是系統(tǒng)的硬件發(fā)射電路。
　　而紅外接收采用的是一體化的接收頭HS0038，其具體電路如圖2所示，該電路內(nèi)部集成有紅外接收、放大、解調(diào)、整形等電路，而且內(nèi)帶PCM頻率濾波器，中心頻率為38 kHz。模型制作時為了使接收頭不受自然光等光源干擾，設計時可采用黑色環(huán)氧樹脂封裝；同時內(nèi)附磁屏蔽，以改善對電場干擾的防護性；本系統(tǒng)使用5 V電源電壓，功耗低；在小功率發(fā)射管發(fā)射信號的情況下，其接收距離可達35米，且靈敏度較高；該發(fā)射管的3個引出腳分別為接地端、電源端及信號輸出端；HS0038的輸出信號與TTL、CMOS電路兼容，當接收到38 kHz紅外脈沖串時，它輸出低電平，否則輸出高電平。由于其輸出信號的極性與發(fā)送信號相反，故使用三極管來反向及放大。     
　　1．1 系統(tǒng)發(fā)射電路
　　本系統(tǒng)的發(fā)射電路以AT89C5單片機為控制核心，并由其讀入鍵盤輸入的控制點位置代碼，以形成UM3758-108A編譯碼器的高5位地址碼A10～A6(低5位地址碼A5～A1懸空)與8位數(shù)據(jù)碼D8～D1。UM3758-108A的TX／RX端可送出相應的串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)38 kHz調(diào)制電路調(diào)制后，可由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去。同時，液晶顯示器LCM061A將顯示沙盤中LEDR示點的位置代碼。
　　1．2 系統(tǒng)接收電路
　　由于本系統(tǒng)需要控制的顯示點有近200個，故該電路共使用了25片UM3758-108A，每片的低5位地址碼懸空，高5位地址碼依次分別設置為“00000”～“11000”，圖2中畫出了2個UM3758-108A。模型制作進采用的一體化紅外接收頭HS0038H解調(diào)出38 kHz的紅外數(shù)據(jù)后將送入所有的UM3758-108A，只有地址設置的值與串行輸入的數(shù)據(jù)中包含的地址碼相同的UM3758-108A才能將數(shù)據(jù)碼解出形成8位的并行數(shù)據(jù)送到D8～D1以點亮或熄滅相應的LED。
　　1．3 UM3758-108A芯片簡介
　　UM3758-108A是一種編碼發(fā)送與接收譯碼合一的多路編譯碼器，具有10位三態(tài)地址輸入端，可形成310=59049種地址，其8位兩態(tài)鎖存式數(shù)據(jù)輸入或輸出端能方便地實現(xiàn)多址多路數(shù)字信號的傳遞與控制，并可與有線載波及無線、超聲波、紅外等接口配用，從而實現(xiàn)遠距離傳輸控制。
　　UM3758-108A芯片的工作電壓范圍為3～12V，UM3758-108A采用24腳標準雙列直插式封裝。其中21(T／R)腳接高電平時，芯片處于編碼發(fā)送工作方式，接低電平時，芯片處于接收譯碼工作方式；當芯片處于編碼發(fā)送時，23(TX／RX)腳為串行數(shù)據(jù)輸出端，當芯片處于接收譯碼時，該端為譯碼接收正確標志顯示，低電平有效；22(IN)腳為芯片處于接收譯碼時的串行數(shù)據(jù)輸入端；11(D1)到18(D8)腳為8位并行數(shù)據(jù)線，本系統(tǒng)的發(fā)射電路由單片機的P3口來控制D1～D8，接收電路則由D1～D8控制8個LED顯示器；1(A1)～10(A10)腳為10根三態(tài)地址端，發(fā)送與接收芯片**地址編碼一致才能配對工作。模型制作采用的該系統(tǒng)由于控制的LED點有近200個，因此，接收電路共需25塊UM3758-108A芯片，若控制點增多，只需相應增加接收電路的UM3758-108A芯片便可，故其擴展簡單。發(fā)射電路中，UM3758-108A的A6～A10由單片機的P2．3～P2．7控制。由于UM37 58-108A片內(nèi)具有數(shù)據(jù)鎖存器，因此，不同的UM3758-108A上控制的LED要同時點亮，可通過軟件分兩次送數(shù)據(jù)來實現(xiàn)；19(OSC)腳外接振蕩電阻和電容可構(gòu)成系統(tǒng)時鐘，電阻和電容的典型值如圖1所示，同樣，發(fā)送與接收芯片的該值也**相同。
　　當OSC腳外接R1為100 kΩ、C1為120 pF時，UM3758-108A芯片的工作時鐘頻率fosc為160 kHz，發(fā)射編碼頻率為1／16fosc，且每18位(前10位為地址，后8位為數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)為一幀。通常的邏輯“1”用兩個占空比為1／3的連續(xù)脈沖表示，邏輯“0”用兩個占空比為2／3的連續(xù)脈沖表示， “懸空”用一個占空比為2／3的脈沖和一個占空比為1／3的脈沖表示，發(fā)送一位編碼的周期為6x16／fosc，圖3所示是UM3758-108A的工作時序波形。
　　一般情況下，電源接通后，處于發(fā)送狀態(tài)的UM3758-108A就開始工作，直到切斷電源為止。而處于接收狀態(tài)的UM3758-108A將進行兩次譯碼檢驗，如果發(fā)送地址與接收地址碼一致，則TX／RX端就輸出低電平以指示接收成功，同時將接收到的數(shù)據(jù)鎖存并從D1～D8輸出。每當進行一次有效的接收后，新的數(shù)據(jù)就會被鎖存。
　　1．4 液晶顯示電路
　　本系統(tǒng)選用LCM061A低功耗液晶顯示器來顯示鍵盤輸入的控制點位置代碼。模型制作采用的該顯示器有6個LCD字符，顯示器的**特點是采用串行控制方式，它共有10個引腳，簡單使用時，只需單片機控制其三個引腳，因此，占用單片機的資源少。本系統(tǒng)用單片機的P1．0來形成LCM061A的片選信號，P1．2形成LCM061A的寫信號，P1．1形成串行輸入命令與數(shù)據(jù)。
2 軟件設計
　　本系統(tǒng)發(fā)射電路的軟件系統(tǒng)包括主程序和鍵盤處理及液晶顯示驅(qū)動等兩個主要的子程序，其主程序流程圖如圖4所示。而鍵盤處理及液晶顯示驅(qū)動子程序則主要解決的問題在于如何把從鍵盤輸入的顯示控制點的位置代碼轉(zhuǎn)換為接收端各UM3758-108A芯片的地址碼與數(shù)據(jù)碼。由于此兩者之間無直接可描述的函數(shù)關系，故可采用構(gòu)造表格的方式，然后用查表的方法實現(xiàn)輸入代碼的轉(zhuǎn)換，從而完成對相應點LED的控制。

3 結(jié)束語
　　本系統(tǒng)靈活應用了UM3758-108A具有多位地址碼的特點，因而整個系統(tǒng)雖然需要控制的LED顯示點有近200個，但只需一個紅外接收頭，即可使得系統(tǒng)設計非常簡潔，易于調(diào)試，使用方便，并且在此模型制作基礎上易于擴充控制點的數(shù)量。而紅外發(fā)射信號經(jīng)過調(diào)制，且采用一體化的紅外接收，則可使遙控靈敏度更高，可靠性更強。目前，該系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，已能正常穩(wěn)定地工作。