基于單片機(jī)的電腦遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的電腦遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)高警衛(wèi)中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，徐州（221600）E-mail：摘 要：文中提出了一種電腦遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合單片機(jī)和電腦的串行通信接口以及紅外通信，再通過上位機(jī)控制管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦的遙控。該系統(tǒng)由于采用單片機(jī)和利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，因此成本低，安全，可以靈活的對(duì)電腦進(jìn)行各種復(fù)雜的操作。該設(shè)計(jì)采用KEIL公司的編譯軟件KEILC51編寫單片機(jī)程序，采用Visual Basic 6.0編寫上位機(jī)程序。并且給出了系統(tǒng)電路原理圖和程序流程圖。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電腦遙控；串口通信；紅外解碼；紅外通信中圖分

2、類號(hào)：TP71. 引言近幾十年計(jì)算機(jī)迅猛發(fā)展，可以說計(jì)算機(jī)滲透到了各行各業(yè)，涉及了人民生活的方方面面，如今計(jì)算機(jī)已相當(dāng)普及，但隨著人民的生活水平的提高，人民對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也越來越高，電腦用戶已不滿足于僅僅坐在計(jì)算機(jī)面前進(jìn)行操作，希望能盡可能的擺脫物理連接線的束縛，擴(kuò)展工作活動(dòng)空間。于是相應(yīng)的無線設(shè)備相繼出現(xiàn)比如無線鼠標(biāo)、無線鍵盤等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是基于這種對(duì)電腦無線控制的思想，以紅外信號(hào)為無線通信載體，使用AT89C52單片機(jī)為主芯片設(shè)計(jì)控制電路，通過單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的串口通信，構(gòu)建電腦遙控系統(tǒng)，系統(tǒng)依功能可以分為信號(hào)發(fā)射模塊，信號(hào)檢測與接受模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊和控制管理模塊1。本系統(tǒng)不僅可以對(duì)計(jì)算

3、機(jī)無線遙控，而且可以根據(jù)自己的需求和電腦系統(tǒng)軟件特點(diǎn)任意修改擴(kuò)展其他的功能以及加密等。解決了目前一些電腦遙控器功能單一且不能自定義功能的缺點(diǎn)。另外它適合大規(guī)模生產(chǎn)、功耗低、成本低、可靠性高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、避免人身傷害等優(yōu)點(diǎn),是一種先進(jìn)的控制方式,具有廣闊的應(yīng)用前景2。2. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)在架構(gòu)上主要由以下三個(gè)子系統(tǒng)組成：遙控板，單片機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)控制管理系統(tǒng)。如圖1所示。遙控板單片機(jī)系統(tǒng)控制管理系統(tǒng)紅外通信串口通信圖1 電腦遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖遙控板直接借助于普通電視紅外遙控器。遙控板主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射模塊的功能：生成并發(fā)射紅外信號(hào)。由于普通電視遙控器發(fā)出的信號(hào)一般為38K(Hz)的紅外信號(hào)

4、，所以紅外信號(hào)接收裝置選擇使用型號(hào)TSOP1738的紅外一體式接收器，紅外信號(hào)的檢測采用中斷檢測方式，檢測與接收模塊一旦檢測到有效地紅外信號(hào)立即進(jìn)行接收以及對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)交給數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊接到數(shù)據(jù)后負(fù)責(zé)與上位機(jī)建立串口通信，并傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)給上位機(jī)控制管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)根據(jù)接受的數(shù)據(jù)在指令庫中進(jìn)行檢索與匹配得到相應(yīng)指令，繼而執(zhí)行電腦系統(tǒng)級(jí)操作。3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)程序的設(shè)計(jì)，下面分別進(jìn)行簡單介紹。3.1. 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件構(gòu)成，硬件主要包括紅外接收電路和串口通信電路。軟件主要包括系統(tǒng)初始化程序、紅外檢測與解碼程

5、序、數(shù)據(jù)傳輸程序等。硬件主要包括AT89C52單片機(jī)、一體化紅外接收器TSOP1738、MAX232。AT89C52負(fù)責(zé)對(duì)紅外信號(hào)的解碼以及和MAX232構(gòu)成串口通信電路對(duì)上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)3，一體化紅外接收器就負(fù)責(zé)檢測和接收紅外信號(hào)。單片機(jī)系統(tǒng)電路如圖2所示。圖2 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖在圖2中，U1為AT89C52，U2為MAX232，TSOP1738為一體化紅外線接收器，J1為串行通信連接設(shè)備。為了方便和準(zhǔn)確的設(shè)置串行通信波特率，振蕩電路中采用頻率11.0592MHz的晶振。AT89C52自帶看門狗，系統(tǒng)提供手動(dòng)復(fù)位控制鍵。使用3-5V直流外電源或直接使用USB為系統(tǒng)供電。單片機(jī)軟件部分主要是紅外

6、信號(hào)解碼程序的設(shè)計(jì)，本部分使用C語言進(jìn)行編寫，紅外一體式接收頭在沒有檢測到紅外信號(hào)時(shí)數(shù)據(jù)輸出引腳一直保持高電平，一旦檢測到紅外信號(hào)就會(huì)變?yōu)榈碗娖?，由于紅外接收頭輸出端與單片機(jī)中斷0端口相連，中斷觸發(fā)方式設(shè)置為下降沿觸發(fā)，這樣當(dāng)紅外接收頭檢測到紅外信號(hào)時(shí)中斷被觸發(fā)，為了防止干擾信號(hào)引起的中斷，在接收之前要進(jìn)行紅外信號(hào)的有效性判別。如果是有效信號(hào)就可以接收和解碼，否則放棄。4給出了38kHz紅外信號(hào)編碼格式的解析。應(yīng)用比較廣泛的一種編碼格式是采用脈寬調(diào)制的串行碼，當(dāng)有按鍵按下時(shí)遙控板發(fā)射一組約108ms編碼脈沖，其中包括：由9ms低電平和4.5ms高電平組成的引導(dǎo)碼、16位二進(jìn)制地址碼、16位二進(jìn)

7、制數(shù)據(jù)碼。二進(jìn)制編碼是以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，如圖3所示。2.25ms1.685ms1.125ms0.56ms“1”“0”圖3 二進(jìn)制編碼格式根據(jù)這種編碼格式編寫算法程序進(jìn)行紅外信號(hào)的接收和解碼。通過引導(dǎo)碼檢驗(yàn)信號(hào)的有效性以及通過二進(jìn)制編碼的低電平長度來判斷“0”和“1”， 解碼程序流程如圖4所示。延時(shí)4.5ms下降沿系統(tǒng)初始化低電平中斷觸發(fā)有效信號(hào)開始延時(shí)9ms延時(shí)0.84ms低電平位“1”位“0”緩存變量4字節(jié)數(shù)組干擾信號(hào)YYNNN數(shù)據(jù)傳輸

8、模塊NYY圖4 解碼程序流程圖當(dāng)紅外接收頭檢測到紅外信號(hào)時(shí)中斷被觸發(fā)，軟件延時(shí)9ms后如果檢測到中斷口是高電平則認(rèn)為是干擾信號(hào)并返回重新檢測，反之則是有效信號(hào)，再延時(shí)4.5ms跳過引導(dǎo)碼高電平部分接收二進(jìn)制編碼。對(duì)于引導(dǎo)碼之后的32位二進(jìn)制“0”和“1”的脈寬同為0.565ms，但是它們的間隔不同，“0”為0.56ms，“1”為1.685ms，為了取得每個(gè)脈沖中間比較穩(wěn)定的電平信號(hào)，從每一個(gè)脈沖下降沿開始軟件延時(shí)0.565/2+0.56=0.84250.84ms后再檢測中斷口，如果是高電平則為“0”，否則為“1”，然后把得出的結(jié)果移位存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩存變量中，由于AT89C52是8位處理器，而信號(hào)

9、編碼有32位串行碼，所以需要循環(huán)32次判別每一個(gè)下降沿對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位，最后存儲(chǔ)到32/8=4字節(jié)的數(shù)組中。等待接收解碼成功完成后把解碼后的數(shù)據(jù)通過串口通信方式傳輸給上位機(jī)控制管理系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。這種解碼算法僅僅借助了編碼的一個(gè)特征進(jìn)行分析解碼，因此該算法簡單實(shí)用且利于編程實(shí)現(xiàn)。3.2. 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)控制管理系統(tǒng)使用Microsoft Visual Basic 6.0設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。該子系統(tǒng)主要功能包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。Visual Basic 6.0為用戶提供了串行通信端口COM控件，編寫相應(yīng)的程序即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收的功能。為該系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)簡單的數(shù)據(jù)庫，如表1、表2所示。表1 控

10、制標(biāo)識(shí)碼匹配函數(shù)數(shù)據(jù)表控制標(biāo)識(shí)碼控制函數(shù)控制參數(shù)索引272553761mouse_event1272552932ExitWindowsEx2272551256myshell3表2 控制參數(shù)數(shù)據(jù)表參數(shù)索引參數(shù)1參數(shù)2參數(shù)3參數(shù)4參數(shù)51MOUSEEVENTF_LEFTDOWN00002EWX_SHUTDOWN03"F:example.exe"1利用數(shù)據(jù)庫功能可以非常方便的對(duì)數(shù)據(jù)的處理和管理，控制管理系統(tǒng)把接收的數(shù)據(jù)作為控制標(biāo)識(shí)碼，在數(shù)據(jù)庫中查詢對(duì)應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)和相應(yīng)參數(shù)，然后去執(zhí)行函數(shù)程序控制電腦?？刂乒芾硐到y(tǒng)允許用戶根據(jù)自己需求對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增加、刪除、修改等操作?？刂坪瘮?shù)可以

11、直接使用現(xiàn)有API函數(shù)5也可以自定義一些函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電腦更復(fù)雜、靈活、有效的控制。4. 結(jié)論本文給出了一種實(shí)現(xiàn)電腦遙控功能的設(shè)計(jì)方案，并且解決了目前常見的電腦遙控器不能功能擴(kuò)展和修改的缺點(diǎn)。本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際使用表明其控制性能優(yōu)越，靈活實(shí)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝有windows操作系統(tǒng)的電腦0-10m短距離的遙控。由于USB支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，所以如果本系統(tǒng)再采用目前非常流行的USB接口進(jìn)行通信，使用起來將更加方便。參考文獻(xiàn)1施宇光.基于藍(lán)牙無線通信的PC遙控解決方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.北京：北京郵電大學(xué)，2008.2張敏輝，趙錫奎. 紅外計(jì)算機(jī)遙控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.科技信息（學(xué)術(shù)版），2008，18：25-

12、26.3曹智文，黃成玉. 基于AT89C52的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.電氣自動(dòng)化，2007，29（6）：49-51.4方紅萍，王陽. 具有學(xué)習(xí)功能的通用紅外遙控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究J.計(jì)算機(jī)時(shí)代，2009，3：20-21.5趙仕元. Visual Basic 6.0對(duì)API函數(shù)引用的方法J.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008，3：173-174.Design of Remote Control System for PC Based on MCUGaojingwei Room 7061,Building 3,XingYuan,NanHu section, China University of Mining a

13、nd Technology,XuZhou City,JiangSu ProvinceAbstractThe paper provides a design scheme of computer remote control system. AT89C52 of ATMEL company is the main control chip, combining the serial communication and IR communication and then through PC control management system to achieve remoting compute

14、r. Because the system adopts MCU and database is used to manage data, so the cost is low, safety,can control computer flexibly and complexly . This design uses KEILC51 of the KEIL software company to write microcontroller program and uses Visual Basic 6.0 to write computer programs.And given the circuit