基于Atmega16單片機的智能空調遙控器

　　1 引言

　　近年來，計算機技術、現代通信技術和自動控制技術高速發展，智能化家居系統也隨著新技術的發展進入了千家萬戶，家居系統中如空調、電視、照明系統等，都使用遙控器進行控制。紅外線遙控器由于具有結構簡單、體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，已成為使用最廣泛的一種遙控方式。然而，由于各種紅外設備采用的技術標準與協議大不相同，使得各種設備的遙控器并不能兼容，給用戶和消費者帶來了諸多不便。

　　目前，市場上已有的萬能遙控器多是內置了多種品牌的紅外控制指令，對內置品牌以外的紅外設備則無能為力。為此，本文設計了一款針對空調設備的智能學習型紅外遙控器，采用記錄脈沖寬度的方法，成功實現了對多種紅外空調遙控信號的學習與再現，真正實現了"萬能".本文在闡述了系統的總體結構及硬件設計的基礎上，詳細研究了系統學習，發送及通信功能的軟件設計與實現。

　　2 系統總體結構與硬件設計

　　系統采用模塊化設計，各模塊通過接口電路與主控芯片相連。主要模塊有：矩陣鍵盤，液晶顯示，存儲模塊，紅外發送模塊，紅外接收模塊，RS232、RS485 通信模塊，以及溫度檢測模塊。系統結構圖如圖1 所示。

　　系統以Atmega16 單片機作為主控芯片，Atmega16具有16K 字節的系統內可編程Flash ,512 字節EEPROM,1K 字節SRAM,32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數器（T/C），片內/外中斷，可編程串行USART,有起始條件檢測器的通用串行接口，8 路10 位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC,具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。該芯片功能強大，滿足系統設計需要并提供了充分的擴展空間。主控芯片使用8MHz 的晶振，晶振電路靠近主控芯片，盡量減少輸入噪聲。復位電路采用低電平復位。

圖1 系統結構圖

　　矩陣鍵盤采用3*3 的設計，設置了8 個功能鍵，方便用戶進行手動操作。其中單獨設計了一顆模式切換鍵，可在學習、發射、通信模式中切換。為了實現學習功能， 紅外接收模塊使用了一體化接收頭NB1838,其光電檢測和前置放大器集成于同一封裝，中心頻率為37.9KHz. NB1838 的環氧樹脂封裝結構為其提供了一個特殊的紅外濾光器，對自然光和電場干擾有很強的防護性。NB1838 對接收到的紅外信號進行放大、檢波、整形，并調制出紅外編碼，得到TTL 波形，反相后輸入單片機，再由單片機進行進一步的處理，存儲到EEPROM 中，接收電路如圖2 所示。

圖2 接收硬件電路圖。

　　考慮到系統需要的存儲空間比較大，設計了單獨的存儲模塊，選用的EEPROM 是AT24C64,它提供了8KB 的容量，通過IIC 協議與Atmega16 TWI 接口通信，將學習到的紅外指令存儲在此，掉電不丟失。

　　在發射模式下，系統從EEPROM 讀取相應數據信息，利用三極管9013 組成的放大電路，通過大功率紅外發射管將調制好的紅外信號發射出去。發射電路如圖3所示，非發送狀態時，三極管工作在截止狀態，紅外發射管不工作，有利于降低功耗以及延長紅外發射管的使用壽命。經實際測試，發射距離可達到10m 左右。

圖3 發射硬件電路圖。

　　通信模式中，系統通過RS232 電路與上位機通信，在與上位機通信時使用DS18B20 反饋溫度信息，DS18B20 一線總線設計大大提高了系統的抗干擾性，獨特而且經濟。系統還增加了RS485 模塊，便于組網，以實現對多個紅外設備進行控制。RS485 在組網時只需要用一對雙絞線將子設備的"A"、"B"端連接起來，這種接線方式為總線式拓撲結構，在同一總線上可掛接多個結點，連接方便。

　　為了增加設備的實用性，系統設計了兩個電源方案，一個是直接接入5V 直流電源，一個是接入12V直流電源，然后通過L7805 構成的變壓電路降壓為5V使用。