基于MSP430F149的无线遥控教鞭设计方案

1万 · 2013-4-23 23:57

摘要： 为解决教师在多媒体教学演示中要不断地利用鼠标进行翻页、跳转等控制，设计以低功耗MSP430F149 单片机为控制核心，接收红外遥控发射的指令信息，并通过串口转USB 接口和计算机通信，控制通过PowerPoint 演示软件所制作的教学课件的运行、翻页、关闭等，此遥控教鞭与传统的鼠标控制相比使用更方便，功能更强大。

　　传统教学中，教师以黑板和粉笔为最主要的教学用具，这种教学手段单一，课堂效率低，不能激起学生学习的兴趣。多媒体辅助教学模式的兴起，弥补了传统教学的不足，在实际操作中教师在进行多媒体演示时，要不时地进行鼠标操作，使之不得不中断与学生的互动。无线遥控教鞭是一个很好的解决方案。

　　1 系统框架

　　整个系统由发射电路、接收电路和计算机软件三部分组成。发射部分，即手持教鞭部分，以日本NEC 的uPD6121G 为控制核心。首先，当按下按键后，扫描键盘得到遥控码，不同的键值对应不同的编码信息，此键值信息代表着向计算机中演示的软件PowerPoint 发送的控制命令，然后将此编码信息经调制后由红外发光管向外发射。接收部分的控制核心为TI 公司推出的低功耗MSP430 单片机，主要完成发射端传送来的红外调制信息的接收和解码操作，将解析出的控制命令信息经串口转USB 接口传送至计算机，此硬件模块可直接插在计算机的USB 接口中，直接由USB 接口供电；计算机中的上位机软件采用C# 编写，使用Microsoft Studio 2005 自带的SerialPort 组件。SerialPort 对象接收到数据时，将在辅助线程上引发DataReceived 事件。处理此事件，得到从串口发送来的控制命令数据信息，实现控制多媒体演示软件PowerPoint 的目的。系统框架如图1 所示。

　　2 硬件系统

　　2.1 红外遥控发射模块

　　通用红外遥控发射电路由编/解码专用集成电路芯片uPD6121G 进行控制操作，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED 红外发送器等部分。电路原理图如图2 所示。

1万 · 2013-4-23 23:57

　日本NEC 公司的uPD6121G 组成发射电路的编码原理描述如下，当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同，具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565 ms 、间隔0.56 ms 、周期为1.125 ms 的组合表示二进制的“0” ；以脉宽为0.565 ms 、间隔1.685ms 、周期为2.25 ms 的组合表示二进制的“1”，其波形如图3 所示。

　　上述“0” 和“1” 组成的32 bit 二进制码，经38 kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图4 所示。

　　由图可知，遥控编码是连续的32 bit 二进制码组，其中前16 bit 为用户地址和地址反码，防止不同机型互相干扰，后16 bit 为用户操作码和操作反码，也可以称为功能码。本次设计就采用此种红外遥控。

1万 · 2013-4-23 23:58

2.2 红外遥控接收模块

　　接收电路使用一体化红外接收头HS0038 ，接收红外信号频率为38 kHz ，接收距离可达35 m。它能将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。其与单片机连接原理图如图5 所示，由单片机采集红外遥控命令并在内部完成解码工作。

　　摘要： 为解决教师在多媒体教学演示中要不断地利用鼠标进行翻页、跳转等控制，设计以低功耗MSP430F149 单片机为控制核心，接收红外遥控发射的指令信息，并通过串口转USB 接口和计算机通信，控制通过PowerPoint 演示软件所制作的教学课件的运行、翻页、关闭等，此遥控教鞭与传统的鼠标控制相比使用更方便，功能更强大。

　　传统教学中，教师以黑板和粉笔为最主要的教学用具，这种教学手段单一，课堂效率低，不能激起学生学习的兴趣。多媒体辅助教学模式的兴起，弥补了传统教学的不足，在实际操作中教师在进行多媒体演示时，要不时地进行鼠标操作，使之不得不中断与学生的互动。无线遥控教鞭是一个很好的解决方案。

　　1 系统框架

　　整个系统由发射电路、接收电路和计算机软件三部分组成。发射部分，即手持教鞭部分，以日本NEC 的uPD6121G 为控制核心。首先，当按下按键后，扫描键盘得到遥控码，不同的键值对应不同的编码信息，此键值信息代表着向计算机中演示的软件PowerPoint 发送的控制命令，然后将此编码信息经调制后由红外发光管向外发射。接收部分的控制核心为TI 公司推出的低功耗MSP430 单片机，主要完成发射端传送来的红外调制信息的接收和解码操作，将解析出的控制命令信息经串口转USB 接口传送至计算机，此硬件模块可直接插在计算机的USB 接口中，直接由USB 接口供电；计算机中的上位机软件采用C# 编写，使用Microsoft Studio 2005 自带的SerialPort 组件。SerialPort 对象接收到数据时，将在辅助线程上引发DataReceived 事件。处理此事件，得到从串口发送来的控制命令数据信息，实现控制多媒体演示软件PowerPoint 的目的。系统框架如图1 所示。

1万 · 2013-4-23 23:58

2 硬件系统

　　2.1 红外遥控发射模块

　　通用红外遥控发射电路由编/解码专用集成电路芯片uPD6121G 进行控制操作，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED 红外发送器等部分。电路原理图如图2 所示。

　　日本NEC 公司的uPD6121G 组成发射电路的编码原理描述如下，当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同，具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565 ms 、间隔0.56 ms 、周期为1.125 ms 的组合表示二进制的“0” ；以脉宽为0.565 ms 、间隔1.685ms 、周期为2.25 ms 的组合表示二进制的“1”，其波形如图3 所示。

　　上述“0” 和“1” 组成的32 bit 二进制码，经38 kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图4 所示。

　　由图可知，遥控编码是连续的32 bit 二进制码组，其中前16 bit 为用户地址和地址反码，防止不同机型互相干扰，后16 bit 为用户操作码和操作反码，也可以称为功能码。本次设计就采用此种红外遥控。

1万 · 2013-4-23 23:58

　2.2 红外遥控接收模块

　　接收电路使用一体化红外接收头HS0038 ，接收红外信号频率为38 kHz ，接收距离可达35 m。它能将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。其与单片机连接原理图如图5 所示，由单片机采集红外遥控命令并在内部完成解码工作。

　　2.3 基于PL2302 的串口转USB 接口模块

　　由于RS232 标准串行接口已逐渐在电脑主板中淘汰，为了充分利用USB 接口即插即用的特点，本设计采用了PL2303 芯片实现了RS232 与USB 接口的转换，省去了RS232 电平以TTL 电平的装换。用PL2303 实现的USB 转串口的电路如图6 所示。

　　3 软件系统

　　3.1 单片机系统软件

　　单片机采用TI 的低功耗MSP430F149 为控制核心，其主要功能是解码红外遥控器发送来的信号和驱动液晶显示。其中解码红外遥控信号是实现本设计的关键，红外接收电路的信号输出接到单片机的外部中断0 上，当单片机接收到信号后进入中断函数，首先判断是否为引导码，如果是则进入解码程序，否则丢弃。解码程序通过精确的延时函数，判断每个发送过来的每一位为0 还是1，并把数据保存到date 数组中，其中date ［0］保存地址码，date ［1］中保存地址反码，date ［2］中保存数据码，date［3］保存数据反码。解码的流程图如图7 所示。

　　图7 系统软件流程图