基于EFM32GG230单片机的红外无线自学习系统

引言

当前民用遥控设备，主要分为两种遥控方式：红外和无线。无线设备通常采用315 MHz与433 MHz频段无线电或者红外线进行遥控操作。多数遥控器都采用了“一对一”的控制方式，不同设备之间采用的频率一般都不相同，波形长短也不一样，这样就导致人们生活中有很多遥控器，需要控制一个设备的时候，必须寻找到对应的遥控器才能进行相关控制，这给实际生活带来了麻烦与不便。无线自学习转发系统可任意学习无线和红外波形，进行数据压缩后存储到EFM32GG230的FLASH中，将多个遥控器的功能综合到一个系统上，实现“一机多发”。

1 红外无线自学习系统设计概况

1.1 EFM32GG230系列简介

遥控器是需要长期待机的设备控制器件，传统遥控器采用电池供电，功耗大、耗电快。本系统采用了EFM32GG230，该款芯片是挪威Energy Micro推出的超低功耗ARM架构的MCU，具有丰富的外设接口。在活动模式下执行来自FLASH实际代码时，每MHz所耗电量为180μA，在深度睡眠EM3模式下为900 nA，在关机模式下为20 nA，EFM32GG230的LESENSE、LEUART，以及LETIMER模块均针对低功耗设置。LESENSE能够在低功耗模式EM2下对电流进行检测，无需CPU干预，待检测完成后唤醒CPU进行数据处理及运算。LEUART在9 600 bps的波特率下仅为150 nA。在应用基准测试中，EFM32GG230微控制器的低电流性能加上低于2μs的启动时间，使其电池寿命延长了至少4倍。

1.2 红外、无线遥控原理

红外线是波长在750 nm至1μm之间的电磁波，它的频率低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外遥控具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易于实现等显著优点。

一般的红外遥控系统由红外遥控信号发生器、红外遥控信号接收器、微处理器和外围电路构成。当遥控器某个按键按下，其内部的信号发射器产生预先设定好的编码脉

冲，经过载波调制后由红外发射管串行输出，红外信号的调制有脉冲宽度调制(PWM)和脉冲位置调制(PPM)等方法。二进制的调制由发射端单片机来完成，不同的遥控器有不同的载波频率。以常见的电视红外遥控为例，它把编码后的二进制信号调制成频率为38 kHz的间断脉冲串，此脉冲串即是用于红外发射二极管发送的信号。其调制原理如图1所示。

另一端遥控接收模块完成对红外遥控信号的接收、放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制编码，对于一般的红外遥控系统，此串行编码输入到微控制器，由其内部完成遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。

无线发射的原理与红外基本一致，433和315分别指的是工作频率在433 MHz和315 MHz的无线信号，其采用调幅方式进行发射，发射距离一般在50～120 m，无线方式优势在于传输距离比红外远，而且可穿墙。

1.3 整体设计

从整体设计来看，本系统分为信号接收学习模块、MCU控制模块、信号转发模块。通过红外接收头接收红外波形信号(433、315分别采用各自的接收模块)，然后利用EFM32GG 230的引脚捕获CC0、CC1、CC2对信号进行捕获，完全捕获的原始信号进入EFM32GG230主控MCU，由EFM32GG230进行数据压缩，压缩后存储到FLASH中。当需要发射时，通过EFM32GG 230从FLASH中提取压缩后的数据，进行数据还原，而后与EFM32GG230内部的PWM功能产生的载波进行信号调制，调制好的信号经由发射处理模块进行发射操作，完成一次遥控转发。图2为学习转发系统框图。

2 软件设计

2.1 软件设计流程

进入程序后开始等待信号，如果得到学习信号，则进一步判断是红外学习还是无线学习，无线学习有自适应能力，能够自动判断收到的信号是433 MHz还是315 MHz，然后进

行相关的数据压缩，压缩后存储到FLASH中以待后期取用。如果得到的是发射信号，则进行判断是红外信号还是无线信号，然后从FLASH中读取相应数据，如果FLASH中并没有数据(即没有学习)，则返回到开始处继续等待，若有数据则进行解压缩操作，然后进行载波调制(红外信号)，最后由相关模块发射出去。发射模块配有多个发射探头，可根据需要选择不同通道进行发射，也可以多通道共同发射信号，发射完毕后回到开始处等待新指令。本系统的程序流程图如图3所示。

2.2 数据压缩算法

本系统采用的波形数据压缩算法为替代压缩算法，经过大量的分析，遥控器基本分为红外遥控器、433遥控器和315遥控器，后两种合称为无线遥控器。红外遥控器控制的设备包括电视、DVD、电动窗帘、电风扇、热水器、空调等。据大量红外遥控器的波形分析，空调遥控器的波形为最长，测试中波形最长的空调遥控器为日本的DAIKIN空调，