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基于STM32F103ZET6的红外遥控盒设计

作者:胡方猛,王尧(南京富岛信息工程有限公司,南京 210032))时间:2021-11-15来源:电子产品世界收藏
编者按:一个自动化的可靠测试设备对于生产出高品质产品非常重要。为了替代人工,实现自动化测试,本文设计了一款基于STM32F103ZET6的红外遥控盒。该遥控盒利用微控制器读取SD卡内的遥控码并通过红外发射头发射出去,另一方面将当前遥控码段及遥控功能显示于TFT-LCD彩色液晶屏,同时保留有扩展口,可利用自动化设备通信实现对外部设备的控制,极大提高了生产测试效率和品控质量。

作者简介:胡方猛(1987—),初级工程师职称,硬件测试工程师,主要从事物联网产品硬件测试、自动化测试设计以及测试仪器开发工作。E-mail: woanzf@163.com。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202111/429667.htm

0   引言

随着社会经济、科技的发展和人民生活水平的持续提高,人们对于液晶电视的需求也在日益扩大,同时对于品质的要求也越来越高。目前液晶电视生产商出厂前的功能测试主要通过人工遥控进行,效率较低,而且受人为因素影响,易出现质量问题。

为了提高生产测试效率和品控质量,本文设计了一款基于F103ZET6 的遥控盒,遥控码保存于SD卡中,方便编辑保存,微控制器通过FATFS 文件系统读取SD 卡中的遥控码[1],解析后通过头发射出去。抗干扰能力强,成本低,多数家电控制采用此种方式[2-3]。本系统支持遥控码单码和多码发送模式,同时支持多码一键连续发送,而且采用彩色 液晶模组[4],当前发送的遥控码功能可以实时显示,可为液晶电视等家电生产商提高生产测试效率和品质控制带来很大益处。

1   系统总体设计概述

1.1 硬件组成电路框图

盒主要由电源模块、MCU 控制单元、彩色 液晶显示单元、SD 读卡单元、遥控码段选择单元、串口通信单元、设备联动单元等几个部分组成,其总体设计框图如图1 所示。

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图1 系统总体设计框图

1.2 系统工作原理及主要功能介绍

MCU 主控单元首先读取当前遥控码的码段并显示于彩色。本系统通过码段选择单元可实现16个码段,每个码段可以实现单个遥控码发送或连续1 ~ 8个红外遥控码同时发送。码段选择完成后,遥控码发射按键将SD 存储卡中对应遥控码段的遥控码通过IR 红外发射单元发送出去,同时彩色TFT-LCD 显示屏会在固定位置实时显示当前发送的遥控码。本系统目前支持NEC 和SHARP 的红外遥控码协议,通过扩展编程,可以实现其他协议的遥控码。同时,通过设备联动单元,红外遥控盒可与生产线自动化设备,如PLC 控制柜,实现通信、控制,从而达到设备联动、自动化测试的目的。而且用户可以根据需求,对SD 存储卡内的遥控码任意裁剪或组合,灵活、便捷。

2   系统硬件电路设计

2.1 电源管理电路

本系统通过外部直流12 V 提供电源输入,然后通过DC-DC 转换将直流12 V 降为直流5 V,为TFT-LCD 液晶显示模块和USB 转串口芯片供电,之后利用LDO 将直流5 V 降为直流3.3 V,为MCU 主控单元及外围设备提供电源。详细电路如图2 所示。

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图2 电源转换模块电路图

2.2 MCU主控单元电路

F103ZET6 微控制器使用高性能的ARM Cortex-M3 内核。默认工作主频为72 MHz,内置高速存储器,具有丰富的增强型I/O 端口和外设,不仅支持JTAG调试,还支持SWD 调试方式。该芯片具有64 kB SRAM、512 kB FLASH、2 个基本定时器、4 个通用定时器、2 个高级定时器、2 个DMA 控制器(共12 个通道)、3 个SPI、2个IIC、5 个串口、1 个USB、1个CAN、3 个12 位ADC、1 个12 位DAC、1 个SDIO 接口、1个FSMC 接口以及112 个通用IO,强大的功能和丰富的外设接口完全满足本系统的实时控制要求。详细如图3 所示。

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图3 主控单元电路图

2.3 彩色TFT-LCD显示电路

MCU 主控单元通过FSMC外设接口控制彩色TFT-LCD液晶屏显示。详细如图4 所示。

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图4 彩色TFT-LCD显示屏接口电路

TFT-LCD 即薄膜晶体管液晶显示器,其英文全称为:thin film transistor-liquid crystal display。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD 的简单矩阵不同,它在液晶显示屏的每一个像素上都有一个薄膜晶体管[5],每个像素都可以通过点脉冲直接控制,每个节点都相对独立,并且可以连续控制,这样不仅提高了显示屏的反应速度,同时可以精确控制显示色阶,所以TFT 液晶的色彩更逼真。

FSMC,即灵活的静态存储控制器,能够与同步或异步存储器和16 位PC 存储器卡连接。本系统采用的F103ZET6 芯片自身带有FSMC 接口,该接口支持SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH 和PSRAM 等存储器。本系统通过FSMC 将TFT-LCD 当作SRAM使用,可以有效驱动TFT-LCD,显示当前系统运行状态和遥控码。

2.4 读SD卡单元电路

MCU 主控单元通过FATFS 文件系统读取SD 卡中.txt 格式文件,SD 卡可以随时从遥控盒取出,通过读卡器编辑保存其中的遥控码。详细电路如图5 所示。

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图5 读SD单元电路图

.txt 文本文件中存储的是十六进制遥控码,程序将文件中以ASCII 存储的十六进制遥控码,通过计算转换成相应的遥控码协议,然后通过红外遥控头以二进制遥控码时序发送出去。

2.5 IR红外发射单元电路

本系统红外发射单元采用微控制器PF12引脚驱动,如图6。

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图6 IR红外发射单元电路图

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图7 遥控码发送时序

红外线的光谱位于红色光之外,波长是(0.76 ~ 1.5)μm。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去,红外发光二极管的内部构造与普通发光二极管基本相同,但材料与普通发光二极管不同[6],在红外发射管两端施加一定电压时,它即可发出红外线。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式,红外遥控抗干扰能力强,电路简单,容易编码和解码,而且功耗小,成本低,几乎适用于所有家电的控制。红外遥控调制载波频率一般在(30 ~ 60)kHz,大多数使用的是38 kHz,占空比1/3 的方波。

本系统在遥控发射开始按键按下以后,会查询系统当前设置的是哪一遥控码段,即实现的遥控功能。当确认码段后,系统会判断当前遥控码是单码模式发送还是多码模式发送,多码模式时,还会判断是否为一键连续发送。微控制器定时器3 通过定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次,实现38 kHz 调制载波,同时通过控制参数设定时延来实现逻辑“1”和逻辑“0”。

本系统采用的是SHARP 红外遥控协议:Sharp 遥控码的位定义:1 个脉冲对应320 μs 的连续载波,1 个逻辑“1”传输需要2 ms,1 个逻辑“0”的传输需要1 ms(320 μs 脉冲+680 μs 低电平)。15 位遥控码由5 位系统码、8 位数据码和2 位结束码组成。1 个完整的遥控命令包含2 帧数据。发送时,首先发送1 帧15 位数据,延时40 ms 后发送另1 帧数据,此帧的系统码与前帧相同,数据码和结束码与前帧相反。

经过程序编码,按下开始发送按键,将具体遥控码编码后按时序发送出去,如图7 所示。

2.6 串口通信单元电路

本系统串口通信单元电路采用CH340 实现USB 转串口电路,方便串口调试及一键下载。详细电路图如图8 所示。

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图8 串口通信单元电路图

3   系统软件设计

本系统的程序使用C 语言编写,采用模块化和层次化的设计方法,提高各模块的独立性,方便开发人员进行调试和后期维护。程序的功能模块包括程序初始化模块、码段选择处理模块、读SD 卡模块、红外遥控命令解析模块、彩色TFT-LCD 显示模块,在主函数中调用各个模块的接口,按照既定的控制逻辑,实现码段选择、读SD 卡内遥控命令并按照遥控码协议发送,以及实时显示于彩色TFT-LCD 的功能。本系统主程序流程图如图9所示。

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图9 主程序流程图

4   实现功能

本系统实现的遥控功能可选择、可编辑,方便客户根据需要自由编辑保存所需的遥控功能,主要实现功能如下。

1)遥控码存储于SD 卡,变更遥控功能时只需将SD 卡取出,使用读卡器编辑完再插入遥控盒即可,不需再烧录固件;

2)相较于传统遥控器的按键固定不可更改,本遥控盒可以对遥控码进行编辑,而且可以实现不同遥控码的一键连续发送;

3)发射遥控码的同时,实时显示当前所做的遥控功能,方便用户进行状态跟踪;

4)预留了设备联动接口,可以与生产商的自动化设备,如PLC 等进行对接,实现与自动化设备联动,加快生产效率。

5   结束语

本系统设计的遥控盒经客户试用完全达到设计预期,且经过了长期稳定性测试,工作稳定、可靠,极大提高了生产厂商的检测效率及品控质量。另外,本遥控盒提供了与自动化设备联动的接口,客户可以根据需要对接到生产线的自动化设备,实现遥控与自动化设备的联动。

参考文献:

[1] 李世奇,董浩斌,李荣生.基于FatFs文件系统的SD卡存储器设计[J].测控技术,2011(12):79-81.

[2] 聂诗良,李磊民.红外遥控信号的一种编码解码方法[J].仪表技术与传感器,2004(8):28-29.

[3] 陈阳海.红外遥控工作原理编码方式及常用信号传输协议[J].电子制作,2007(11):6-9.

[4] 李创业.基于GPRS和红外探测技术的家庭安防系统的研究与设计[D].长沙:湖南大学,2014.

[5] 程静涛.基于ARM的触摸屏TFT液晶显示电路设计[J].电视技术,2012(9):27-27.

[6] 林淑.基于单片机的红外遥控密码锁的设计[J].广西轻工业,2014(8):77-78.

(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年10月期)



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