專利名稱：多載波空調紅外信號自學習控制器及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多載波空調紅外信號自學習控制器及其方法。
背景技術：
紅外遙控器是一種用戶可以在幾米甚至十幾米外就能對各種電器進行操作控制的裝置，其發(fā)出不同的編碼信號并被響應載波調制后的紅外信號。紅外遙控器在空調產(chǎn)品中有廣泛應用，但各空調產(chǎn)品的紅外控制信號格式并不統(tǒng)一，遙控器不能相互兼容，使得生活辦公場所中遙控器數(shù)目也越來越多，使用時常常混淆。如今具有紅外信號學習功能的智能遙控器不斷涌現(xiàn)，其可以代替多個遙控器控制多個電器。但大部分學習型遙控器學習的紅外信號載波頻段受硬件影響，對其余頻段無學習能力。有的紅外學習型遙控器通過紅外光電二極管作為光敏器件，可以實現(xiàn)對某種頻帶范圍內的信號解調，但不具備信號調理放大電路，只能在10厘米以內作用，對學習操作要求高，準確度差，存在一種品牌多次學習的弊端。針對以上問題，提出了一種能夠遠距離實現(xiàn)多種載波頻段的紅外信號自學習控制器，無需預先設定即可自動感知被學習紅外信號的頻段，被學習的編碼值被存入EEPR0M，通過串口可以與個人計算機交互，大大提高了控制編碼的采集能力，放寬了紅外破解對象的范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種多載波空調紅外信號自學習控制器。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)
多載波空調紅外信號自學習控制器，特點是包括MCU模塊、多只紅外一體化接收管、 四輸入與門、EEPROM存儲單元、串口通訊單元、按鍵單元和紅外發(fā)射單元，四輸入與門、 EEPROM存儲單元、串口通訊單元、按鍵單元、紅外發(fā)射單元均與MCU模塊相連，多只紅外一體化接收管分別與四輸入與門和MCU模塊相連。進一步地，上述的多載波空調紅外信號自學習控制器，所述紅外一體化接收管共有四只，四只紅外一體化接收管分別通過導線與四輸入與門的輸入端口相連，四只紅外一體化接收管分別通過導線與MCU模塊的端口相連；
所述四輸入與門的輸出管腳通過導線與MCU模塊的外部中斷端口相連； 所述EEPROM存儲單元通過1 總線與MCU模塊相連，采用單雙工模式接收發(fā)送； 所述串口通訊單元通過三條導線與MCU模塊上串行外設接口相連，采用單雙工模式接收發(fā)送；
所述按鍵單元通過四行四列八根導線與MCU模塊相連； 所述紅外發(fā)射單元通過導線與MCU模塊相連。更進一步地，上述的多載波空調紅外信號自學習控制器，所述MCU模塊采用型號為MSP430F1232的芯片，所述EEPROM存儲單元采用型號為ATMC16的芯片，所述串口通訊單元采用型號為MAX232的芯片，所述按鍵單元采用4*4矩陣式非帶鎖開關，所述紅外發(fā)射單元采用波段為940nm的紅外發(fā)光二極管。所述四只紅外一體化接收管分別采用型號為 HS0026、HS0038、Hs0040、HS0080 的芯片。利用控制器實現(xiàn)多載波空調紅外信號自學習方法，將被學習的紅外遙控器在10 米距離之內對準多載波空調紅外信號自學習控制器的接收窗口，按下需要被學習的按鍵， 分布于多載波空調紅外信號自學習控制器光窗之內的多只紅外一體化接收管檢測相應載波頻率的紅外調制信號并輸出解調后的TTL電平，被學習遙控器所發(fā)出的紅外信號觸發(fā)其中一個紅外一體化接收管，紅外一體化接收管解調出的信號送入四輸入與門的輸入端，引起其輸出端的電平變化，進而觸發(fā)MCU模塊的外部中斷，MCU模塊進入外部中斷服務程序， 記錄四輸入與門輸出端變化的TTL電平狀態(tài)，直到端口無變化持續(xù)一段時間后，將變化序列存入EEPROM存儲單元的空白地址內；
EEPROM存儲單元存放解碼后的控制命令，EEPROM存儲單元劃分為數(shù)個空間，相同設備的指令放在一個空間中，即存放數(shù)個設備的指令，每個設備的指令由EEPROM存儲單元的地址區(qū)分，每個設備指令的空間分成數(shù)份，每份空間存放一個指令的數(shù)據(jù)，檢測用戶按下的設備號及指令號，即可發(fā)出相應指令；
在學習的同時MCU模塊讀取與紅外一體化接收管相連的端口，獲取到學習期間電平有變低的一個端口，其對應的載波頻率被同步存儲，按下按鍵單元中需要與控制信號綁定的按鍵，MCU模塊在下次按鍵動作發(fā)生時，產(chǎn)生相應的載波信號和調制信號，兩個信號合成之后驅動紅外發(fā)射單元工作，發(fā)出所需紅外遙控信號；多載波空調紅外信號自學習控制器支持其他控制主機，個人計算機通過串口通訊單元通信的方式與其相連，讀取序列值和載波值，或者修改相應數(shù)值，定制紅外遙控信號。無需按學習鍵，直接發(fā)送被學習紅外控制信號即可讓控制器進入學習狀態(tài)；通過集成多個紅外一體化接收管，能夠遠距離進行多種載波紅外信號的學習；通過四輸入與門使得多路紅外一體化接收管中的任意一個工作都能觸發(fā)MCU中斷；四路紅外一體化接收管分別與MCU的端口相連，接收管輸出的解調信號引起MCU外部端口電平變化，每個端口對應一種載波波段?？刂破麟娐分靼迳霞闪硕嘀恢行牟ǘ尾灰恢碌募t外一體化接收管，接收管的輸出端與一片四輸入與門的輸入端相連，四輸入與門的輸出端與主控MCU相連，并將一體化紅外接收管的信號輸出端分別與主控MCU的輸入端口相連。紅外一體化接收管內嵌解調、放大、整形單元，能夠檢測相應載波頻率的紅外調制信號并輸出解調后的TTL電平，無紅外信號時輸出端為高電平，多路解調后的信號通過四輸入與門后，只要有一路輸入信號有變化，即可引起輸出端的電平變化，也就是通過四輸入與門的作用，能夠無干擾地輸入任意一路被解調信號。本發(fā)明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在
①實現(xiàn)對多種載波空調控制紅外信號的解調、存儲、復制轉發(fā)，尤其無需按鍵僅靠被學習紅外信號觸發(fā)即可進入學習狀態(tài)、能同時感應多種載波且自動選擇載波頻段低功耗的紅外信號自學習；
②同時支持多種載波紅外信號的學習，無需認為預先設定或硬件干涉；能夠通過外部紅外信號觸發(fā)，自動進入紅外信號學習狀態(tài)，無需人為干涉，操作簡單；
③進入學習狀態(tài)并記錄信號編碼內容后，判斷無按鍵動作并超時，自動解除紅外學習狀態(tài)，無需人為干涉，容錯性強。


下面結合附圖對本發(fā)明技術方案作進一步說明
圖1 多載波空調紅外信號自學習控制器的硬件結構框圖； 圖2 多載波空調紅外信號自學習控制器的控制流程示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，多載波空調紅外信號自學習控制器，包括MCU模塊1、多只紅外一體化接收管、四輸入與門5、EEPROM存儲單元4、串口通訊單元3、按鍵單元2和紅外發(fā)射單元 10，四輸入與門5、EEPROM存儲單元4、串口通訊單元3、按鍵單元2、紅外發(fā)射單元10均與 MCU模塊1相連，多只紅外一體化接收管分別與四輸入與門5和MCU模塊4相連。其中，紅外一體化接收管共有四只，第一紅外一體化接收管6，第二紅外一體化接收管7、第三紅外一體化接收管8、第四紅外一體化接收管9分別通過導線與四輸入與門5 的輸入端口相連，第一紅外一體化接收管6，第二紅外一體化接收管7、第三紅外一體化接收管8、第四紅外一體化接收管9分別通過導線與MCU模塊1的端口相連；四輸入與門5的輸出管腳通過導線與MCU模塊1的外部中斷端口相連；EEPROM存儲單元4通過1 總線與 MCU模塊相連，采用單雙工模式接收發(fā)送；串口通訊單元3通過三條導線與MCU模塊上串行外設接口相連，采用單雙工模式接收發(fā)送；按鍵單元2通過四行四列八根導線與MCU模塊相連；紅外發(fā)射單元10通過導線與MCU模塊相連。MCU模塊1采用型號為MSP430F1232的芯片，EEPROM存儲單元4采用型號為 AT24C16的芯片，串口通訊單元3采用型號為MAX232的芯片，按鍵單元2采用4*4矩陣式非帶鎖開關，紅外發(fā)射單元10采用波段為940nm的紅外發(fā)光二極管。第一紅外一體化接收管 6采用型號為HS0(^6的芯片，第二紅外一體化接收管7采用型號為HS0038的芯片、第三紅外一體化接收管8采用型號為Hs0040的芯片、第四紅外一體化接收管9采用型號為HS0080 的芯片。第一紅外一體化接收管6，第二紅外一體化接收管7、第三紅外一體化接收管8、第四紅外一體化接收管9均內嵌有解調、放大、整形單元，能夠檢測相應載波頻率的紅外調制信號并輸出解調后的TTL電平，無紅外信號時輸出端為高電平，多路解調后的信號通過四輸入與門5后，只要有一路輸入信號有變化，S卩引起輸出端的電平變化，也就是通過四輸入與門的作用，能夠無干擾地輸入任意一路被解調信號。學習時，只需將被學習的紅外遙控器在10米距離之內對準空調控制器的接收窗口，按下需要被學習的按鍵，分布于控制器光窗之內的多個紅外一體化接收管(第一紅外一體化接收管6，第二紅外一體化接收管7、第三紅外一體化接收管8、第四紅外一體化接收管 9)檢測相應載波頻率的紅外調制信號并輸出解調后的TTL電平，被學習遙控器所發(fā)出的紅外信號只會觸發(fā)其中一個紅外一體化接收管，接收管解調出的信號送入四輸入與門5輸入端，引起其輸出端的電平變化，進而觸發(fā)MCU模塊1的外部中斷，MCU模塊1進入外部中斷服務程序，記錄四輸入與門輸出端變化的TTL電平狀態(tài)，直到該端口無變化持續(xù)一段時間后， 并將該變化序列存入EEPROM存儲單元4的空白地址內。EEPROM存儲單元4用于存放解碼后的控制命令，同時將EEPROM存儲單元4劃分為N個空間，相同設備的指令放在一個空間中，即可以存放N個設備的指令，每個設備的指令由EEPROM存儲單元4的地址來區(qū)分，同理再把每個設備指令的空間分成M份，每份空間存放一個指令的數(shù)據(jù)，這樣只要檢測用戶按下的設備號及指令號，即可發(fā)出相應指令。在學習的同時MCU模塊1讀取與四個紅外一體化接收管(第一紅外一體化接收管 6，第二紅外一體化接收管7、第三紅外一體化接收管8、第四紅外一體化接收管9)相連的四個端口，獲取到學習期間電平有變低的一個端口，其對應的載波頻率也被同步存儲，這時按下控制器上按鍵單元2中需要與該控制信號綁定的按鍵，MCU模塊1就會在下次按鍵動作發(fā)生時，產(chǎn)生相應的載波信號和調制信號，兩個信號合成之后驅動紅外發(fā)射單元10工作， 發(fā)出所需紅外遙控信號?？刂破鬟€支持其他控制主機，如個人計算機等通過串口通訊單元 3通信的方式與其相連，讀取序列值和載波值，或者修改相應數(shù)值，從而定制紅外遙控信號。不同的遙控設備發(fā)出的紅外指令中，起始碼各不相同，而且后面的控制指令差別也很大，甚至指令碼的位數(shù)也不相同，但基本的編碼思想相同都是采用不同的周期、不同占空比的脈沖來分別表示0和1。完成對遙控器信號的學習，只需記錄遙控器信號碼的格式， 即信號的引導脈沖高低脈沖的寬度，而后按照原來脈沖寬度基于一定載波原封不動地再次發(fā)送出去即可達到學習原型號空調紅外遙控命令的效果。如圖2所示，通過MCU的外部中斷服務程序，即軟件來實現(xiàn)對紅外信號碼寬的記錄。當任意一個紅外一體化紅外接收管有信號輸出時，會引起MCU模塊1外部中斷，喚醒MCU模塊1進入外部中斷服務程序，開啟定時器并記錄當前定時器數(shù)值作為超時判斷初值，然后一直循環(huán)判斷該端口的電平變化，如有變化則記錄當前定時器數(shù)值并更新超時判斷初值，不斷更新的定時器數(shù)值偏移量被記錄到內存中，形成有效序列值，如外部中斷端口無變化則查詢定時器數(shù)值，當定時器數(shù)值與超時判斷初值的偏移量大于超時閾值(可認為設定，一般為幾十到幾百毫秒)時，判定有效信號結束，中止當前中斷服務程序。因為紅外一體化接收管輸出信號已經(jīng)為載波解調后的內容，所以脈寬一般在幾毫秒至幾十毫秒。選擇MCU的外部時鐘晶振為4兆赫茲，MCU的指令周期為微秒級，完全能夠無失真地采樣該脈寬變化信號。本發(fā)明實現(xiàn)對多種載波空調控制紅外信號的解調、存儲、復制轉發(fā)，尤其無需按鍵僅靠被學習紅外信號觸發(fā)即可進入學習狀態(tài)、能同時感應多種載波且自動選擇載波頻段低功耗的紅外信號自學習；同時支持多種載波紅外信號的學習，無需認為預先設定或硬件干涉；能夠通過外部紅外信號觸發(fā)，自動進入紅外信號學習狀態(tài)，無需人為干涉，操作簡單； 進入學習狀態(tài)并記錄信號編碼內容后，判斷無按鍵動作并超時，自動解除紅外學習狀態(tài)，無需人為干涉，容錯性強。需要理解到的是以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.多載波空調紅外信號自學習控制器，其特征在于包括MCU模塊、多只紅外一體化接收管、四輸入與門、EEPROM存儲單元、串口通訊單元、按鍵單元和紅外發(fā)射單元，四輸入與門、EEPROM存儲單元、串口通訊單元、按鍵單元、紅外發(fā)射單元均與MCU模塊相連，多只紅外一體化接收管分別與四輸入與門和MCU模塊相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的多載波空調紅外信號自學習控制器，其特征在于所述紅外一體化接收管共有四只，四只紅外一體化接收管分別通過導線與四輸入與門的輸入端口相連，四只紅外一體化接收管分別通過導線與MCU模塊的端口相連；所述四輸入與門的輸出管腳通過導線與MCU模塊的外部中斷端口相連；所述EEPROM存儲單元通過1 總線與MCU模塊相連，采用單雙工模式接收發(fā)送；所述串口通訊單元通過三條導線與MCU模塊上串行外設接口相連，采用單雙工模式接收發(fā)送；所述按鍵單元通過四行四列八根導線與MCU模塊相連；所述紅外發(fā)射單元通過導線與MCU模塊相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多載波空調紅外信號自學習控制器，其特征在于所述 MCU模塊采用型號為MSP430F1232的芯片，所述EEPROM存儲單元采用型號為ATMC16的芯片，所述串口通訊單元采用型號為MAX232的芯片，所述按鍵單元采用4*4矩陣式非帶鎖開關，所述紅外發(fā)射單元采用波段為940nm的紅外發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權利要求2所述的多載波空調紅外信號自學習控制器，其特征在于所述四只紅外一體化接收管分別采用型號為HS0026、HS0038、Hs0040、HS0080的芯片。
5.利用權利要求1所述的控制器實現(xiàn)多載波空調紅外信號自學習方法，其特征在于 將被學習的紅外遙控器在10米距離之內對準多載波空調紅外信號自學習控制器的接收窗口，按下需要被學習的按鍵，分布于多載波空調紅外信號自學習控制器光窗之內的多只紅外一體化接收管檢測相應載波頻率的紅外調制信號并輸出解調后的TTL電平，被學習遙控器所發(fā)出的紅外信號觸發(fā)其中一個紅外一體化接收管，紅外一體化接收管解調出的信號送入四輸入與門的輸入端，引起其輸出端的電平變化，進而觸發(fā)MCU模塊的外部中斷，MCU模塊進入外部中斷服務程序，記錄四輸入與門輸出端變化的TTL電平狀態(tài)，直到端口無變化持續(xù)一段時間后，將變化序列存入EEPROM存儲單元的空白地址內；EEPROM存儲單元存放解碼后的控制命令，EEPROM存儲單元劃分為數(shù)個空間，相同設備的指令放在一個空間中，即存放數(shù)個設備的指令，每個設備的指令由EEPROM存儲單元的地址區(qū)分，每個設備指令的空間分成數(shù)份，每份空間存放一個指令的數(shù)據(jù)，檢測用戶按下的設備號及指令號即發(fā)出相應指令；在學習的同時MCU模塊讀取與紅外一體化接收管相連的端口，獲取到學習期間電平有變低的一個端口，其對應的載波頻率被同步存儲，按下按鍵單元中需要與控制信號綁定的按鍵，MCU模塊在下次按鍵動作發(fā)生時，產(chǎn)生相應的載波信號和調制信號，兩個信號合成之后驅動紅外發(fā)射單元工作，發(fā)出所需紅外遙控信號；多載波空調紅外信號自學習控制器支持其他控制主機，個人計算機通過串口通訊單元通信的方式與其相連，讀取序列值和載波值，或者修改相應數(shù)值，定制紅外遙控信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及多載波空調紅外信號自學習控制器及方法，包括MCU模塊、多只紅外一體化接收管、四輸入與門、EEPROM存儲單元、串口通訊單元、按鍵單元和紅外發(fā)射單元，四輸入與門、EEPROM存儲單元、串口通訊單元、按鍵單元、紅外發(fā)射單元均與MCU模塊相連，多只紅外一體化接收管分別與四輸入與門和MCU模塊相連。該控制器平時處于休眠狀態(tài)，耗電量極小，紅外遙控信號會引起主控微處理器外部中斷使其進入自學習狀態(tài)，通過集成多種紅外一體化接收管，實現(xiàn)多種載波編碼信號的無串擾解調，并準確區(qū)分、記憶、復制所學習載波頻段，達到多種載波空調紅外遙控信號的遠距離學習功能。
文檔編號F24F11/00GK102538140SQ201210013348
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權日2012年1月17日
發(fā)明者劉坤, 張明健, 朱鍇 申請人:蘇州智蝶科技有限公司