摘 要： 為解決教師在多媒體教學(xué)演示中要不斷地利用鼠標(biāo)進(jìn)行翻頁、跳轉(zhuǎn)等控制，設(shè)計以低功耗MSP430F149單片機為控制核心，接收紅外遙控發(fā)射的指令信息，并通過串口轉(zhuǎn)USB接口和計算機通信，控制通過PowerPoint演示軟件所制作的教學(xué)課件的運行、翻頁、關(guān)閉等，此遙控教鞭與傳統(tǒng)的鼠標(biāo)控制相比使用更方便，功能更強大。
關(guān)鍵詞： 單片機; 紅外發(fā)射/接收; PowerPoint; 無線遙控教鞭
傳統(tǒng)教學(xué)中，教師以黑板和粉筆為最主要的教學(xué)用具，這種教學(xué)手段單一，課堂效率低，不能激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。多媒體輔助教學(xué)模式的興起，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，在實際操作中教師在進(jìn)行多媒體演示時，要不時地進(jìn)行鼠標(biāo)操作，使之不得不中斷與學(xué)生的互動。無線遙控教鞭是一個很好的解決方案[1]。
1 系統(tǒng)框架
整個系統(tǒng)由發(fā)射電路、接收電路和計算機軟件三部分組成。發(fā)射部分，即手持教鞭部分，以日本NEC的uPD6121G為控制核心。首先，當(dāng)按下按鍵后，掃描鍵盤得到遙控碼，不同的鍵值對應(yīng)不同的編碼信息，此鍵值信息代表著向計算機中演示的軟件PowerPoint發(fā)送的控制命令，然后將此編碼信息經(jīng)調(diào)制后由紅外發(fā)光管向外發(fā)射。接收部分的控制核心為TI公司推出的低功耗MSP430單片機，主要完成發(fā)射端傳送來的紅外調(diào)制信息的接收和解碼操作，將解析出的控制命令信息經(jīng)串口轉(zhuǎn)USB接口傳送至計算機，此硬件模塊可直接插在計算機的USB接口中，直接由USB接口供電；計算機中的上位機軟件采用C#編寫，使用Microsoft Studio 2005 自帶的SerialPort 組件。SerialPort對象接收到數(shù)據(jù)時，將在輔助線程上引發(fā)DataReceived 事件。處理此事件，得到從串口發(fā)送來的控制命令數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)控制多媒體演示軟件PowerPoint的目的。系統(tǒng)框架如圖1所示。
2 硬件系統(tǒng)
2.1 紅外遙控發(fā)射模塊
通用紅外遙控發(fā)射電路由編/解碼專用集成電路芯片uPD6121G進(jìn)行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器等部分。電路原理圖如圖2所示。
日本NEC公司的uPD6121G組成發(fā)射電路的編碼原理描述如下，當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同，具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼,以脈寬為0.565 ms、間隔0.56 ms、周期為1.125 ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565 ms、間隔1.685ms、周期為2.25 ms的組合表示二進(jìn)制的“1”[2]，其波形如圖3所示。
上述“0”和“1”組成的32 bit二進(jìn)制碼，經(jīng)38 kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖4所示。
由圖可知，遙控編碼是連續(xù)的32 bit二進(jìn)制碼組，其中前16 bit為用戶地址和地址反碼，防止不同機型互相干擾，后16 bit為用戶操作碼和操作反碼，也可以稱為功能碼[3]。本次設(shè)計就采用此種紅外遙控。
2.2 紅外遙控接收模塊
接收電路使用一體化紅外接收頭HS0038，接收紅外信號頻率為38 kHz，接收距離可達(dá)35 m。它能將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的TTL信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作，方便使用。其與單片機連接原理圖如圖5所示，由單片機采集紅外遙控命令并在內(nèi)部完成解碼工作。
2.3 基于PL2302的串口轉(zhuǎn)USB接口模塊
由于RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口已逐漸在電腦主板中淘汰，為了充分利用USB接口即插即用的特點，本設(shè)計采用了PL2303芯片實現(xiàn)了RS232與USB接口的轉(zhuǎn)換，省去了RS232電平以TTL電平的裝換。用PL2303實現(xiàn)的USB轉(zhuǎn)串口的電路如圖6所示。
3 軟件系統(tǒng)
3.1 單片機系統(tǒng)軟件
單片機采用TI的低功耗MSP430F149為控制核心，其主要功能是解碼紅外遙控器發(fā)送來的信號和驅(qū)動液晶顯示。其中解碼紅外遙控信號是實現(xiàn)本設(shè)計的關(guān)鍵，紅外接收電路的信號輸出接到單片機的外部中斷0上，當(dāng)單片機接收到信號后進(jìn)入中斷函數(shù)，首先判斷是否為引導(dǎo)碼，如果是則進(jìn)入解碼程序，否則丟棄。解碼程序通過精確的延時函數(shù)，判斷每個發(fā)送過來的每一位為0還是1，并把數(shù)據(jù)保存到date數(shù)組中，其中date[0]保存地址碼，date[1]中保存地址反碼，date[2]中保存數(shù)據(jù)碼，date[3]保存數(shù)據(jù)反碼。解碼的流程圖如圖7所示。
3.2 上位機軟件
上位機軟件采用C#編寫，使用Microsoft Studio 2005 自帶的SerialPort 組件。SerialPort對象接收到數(shù)據(jù)時，將在輔助線程上引發(fā) DataReceived 事件。處理此事件，得到從串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并給計算機發(fā)送相應(yīng)的命令。本軟件界面人性化，用戶在設(shè)置過程中有簡單的操作提示，使得人機對話更為簡單，當(dāng)設(shè)置完成后可以讓程序隱藏到后臺運行。小軟件還有漂亮的皮膚界面，上位機軟件截圖和軟件的工作流程如圖8所示。
本設(shè)計以MSP430F149單片機為控制核心,所設(shè)計的遙控教鞭功耗低，僅須兩節(jié)電池供電；命令接收采用USB接口，其供電可直接通過計算機取電。工作時，只要打開控制軟件和PPT演示軟件，其操作就可通過手執(zhí)部分隨意控制，可方便地應(yīng)用于教學(xué)、會議室等需演示的場合。
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