学习转发器及具有该学习转发器的遥控器及集成控制系统

1.一种学习转发器，用于红外遥控信号的接收学习及还原转发，其特征在于，该学习转发器包括：
一主控芯片；
一信号接收电路，连接于所述主控芯片，用于接收所述红外遥控信号；
一信号发射电路，连接于所述主控芯片，用于发射所述红外遥控信号；
一存储器，内置于或外接于所述主控芯片，用于存储多组红外遥控信号的高低电平宽度数据；
所述主控芯片，包括：
一控制模块，用于控制所述学习转发器的学习与转发；
一学习模块，接收到所述控制模块传来的学习指令时，检测所述信号接收电路接收到的外部设备的所述红外遥控信号，测量所述红外遥控信号的高低电平宽度数据并存储于所述存储器；
一转发模块，接收到所述控制模块传来的转发指令时，读取并根据所述存储器所存储的所述高低电平宽度数据生成红外发射信号，通过所述信号发射电路发射所述红外遥控信号以控制所述外部设备。
2.如权利要求1所述的学习转发器，其特征在于，所述学习转发器还包括一状态指示电路，连接于所述主控芯片，该指示电路包括至少一个用以指示所述学习转发器工作状态的LED指示灯。
3.如权利要求1所述的学习转发器，其特征在于，所述学习模块包括：
起始识别单元，用以识别表示所述红外遥控信号起始的低电平；
脉宽测量单元，检测到所述低电平后至所述红外遥控信号结束之前，测量所述红外遥控信号的高低电平宽度数据，并暂存于一RAM中；
结束判定单元，将所述RAM中存储的当前高电平宽度数据与设定阈值进行比较，当所述宽度数据大于所述设定阈值时判定所述红外遥控信号结束；
存储单元，在所述结束判定单元判定所述红外遥控信号结束后，将所述RAM中存储的所述高低电平宽度数据存储于所述存储器。
4.如权利要求1所述的学习转发器，其特征在于，
所述转发模块，包含读取单元、调制单元、载波生成单元和输出单元，所述读取单元读取所述存储器存储的高低电平脉宽数据，通过所述载波生成单元生成方波，通过调制单元调制为高低电平脉冲信号，通过输出单元输出给所述信号发射电路；
所述信号发射电路包括第一限流电阻、第二限流电阻，三极管和红外发光二级管，将所述转发模块传来的高低电平脉冲信号，经所述第一限流电阻限流，再经所述三极管放大，放大后的所述高低电平脉冲信号经所述第二限流电阻限流后驱动所述红外发射管发射出去。
5.如权利要求1所述的学习转发器，其特征在于，所述主控芯片为一STC系列的单片机、一ARM芯片或一FPGA芯片。
6.如权利要求5所述的学习转发器，其特征在于，所述主控芯片为STC89C58RD+单片机，所述信号接收电路与信号发射电路分别连接于所述STC89C58RD+单片机的管脚，所述
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存储器为所述单片机内置的EPROM存储器，所述设定阈值为与持续时间49ms相应的高电平宽度数据。
7.如权利要求6所述的学习转发器，其特征在于，所述主控芯片还包括一串口监听模块，所述学习转发器还包括一串口通信电路，所述串口通信电路连接于所述串口监听模块，所述串口监听模块监听通过所述串口通信电路传来的控制命令。
8.一种遥控器，具有一外壳，所述外壳上具有按键，其特征在于，所述外壳内设置有权利要求1-7任一所述的学习转发器，所述按键中，至少具有一按键，用于控制所述学习转发器的学习，且所述遥控器通过不同的按键，遥控至少两个外部设备。
9.一种集成控制系统，其特征在于，所述集成控制系统包括：
一学习转发器，其为权利要求1-6任一所述的学习转发器；
一上位机，连接于所述学习转发器，控制所述学习转发器的学习与转发。
10.如权利要求9所述的集成控制系统，其特征在于，所述学习转发器具有一串口通信电路，所述串口通信线路通过串口线或无线串口设备与所述上位机相连接，所述上位机为个人电脑、手持控制器、掌上电脑或手机，所述上位机具有通过无线接入方式或者有线接入方式接入互联网的接入设备。

学习转发器及具有该学习转发器的遥控器及集成控制系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种外部设备的红外遥控装置，尤其涉及一种学习转发器及具有该学习转发器的遥控器及集成控制系统。\n背景技术\n[0002] 随着人民生活水平的提高，带红外遥控的外部设备，例如家用电器种类繁多，比如电视、空调、VCD、智能电灯、鱼缸等。但是，由于各种设备都自带遥控器，遵循的红外遥控编码格式不同，使得各种产品的遥控器并不能兼容，用户在使用过程中经常需要操作不同的遥控器对各类家电进行控制，不仅容易引起遥控器的混淆，并且数量众多的遥控器更容易造成遥控器丢失，这给人们的日常生活带来了诸多不便。\n[0003] 目前，市场上出现的所谓的“万能遥控器”，大多是在遥控器内部预先存放部分品牌电器的遥控码或编码规则，使用时需要严格对码匹配后才能实现控制，不仅操作复杂，并且能控制的外部设备有限，兼容性差，并非真正的“万能”；这些遥控器缺少数据接口，扩展性不强；载波调制和数据存储模块采用外围硬件电路实现，成本较高。\n实用新型内容\n[0004] 为了克服现有技术的遥控器不能兼容的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于红外遥控信号的接收学习及还原转发的学习转发器，实现低成本、高可靠性与兼容性。\n[0005] 本实用新型的另一目的在于提供一种具有本实用新型学习转发器的遥控器。\n[0006] 本实用新型的第三个目的在于提供一种具有本实用新型学习转发器的集成控制系统。\n[0007] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：\n[0008] 一种学习转发器，用于红外遥控信号的接收学习及还原转发，该学习转发器包括：\n一主控芯片；一信号接收电路，连接于所述主控芯片，用于接收所述红外遥控信号；一信号发射电路，连接于所述主控芯片，用于发射所述红外遥控信号；一存储器，内置于或外接于所述主控芯片，用于存储多组红外遥控信号的高低电平宽度数据；所述主控芯片，包括：一控制模块，用于控制所述学习转发器的学习与转发；一学习模块，接收到所述控制模块传来的学习指令时，检测所述信号接收电路接收到的外部设备的所述红外遥控信号，测量所述红外遥控信号的高低电平宽度数据并存储于所述存储器；一转发模块，接收到所述控制模块传来的转发指令时，读取并根据所述存储器所存储的所述高低电平宽度数据生成红外发射信号，通过所述信号发射电路发射所述红外遥控信号以控制所述外部设备。\n[0009] 本实用新型的学习转发器，优选的，所述学习转发器还包括一状态指示电路，连接于所述主控芯片，该指示电路包括至少一个用以指示所述学习转发器工作状态的LED指示灯。\n[0010] 本实用新型的学习转发器，优选的，所述学习模块包括：起始识别单元，用以识别表示所述红外遥控信号起始的低电平；脉宽测量单元，检测到所述低电平后至所述红外遥控信号结束之前，测量所述红外遥控信号的高低电平宽度数据，并暂存于一RAM中；结束判定单元，将所述RAM中存储的当前高电平宽度数据与设定阈值进行比较，当所述宽度数据大于所述设定阈值时判定所述红外遥控信号结束；存储单元，在所述结束判定单元判定所述红外遥控信号结束后，将所述RAM中存储的所述高低电平宽度数据存储于所述存储器。\n[0011] 本实用新型的学习转发器，优选的，所述转发模块，包含读取单元、调制单元、载波生成单元和输出单元，所述读取单元读取所述存储器存储的高低电平脉宽数据，通过所述载波生成单元生成方波，通过调制单元调制为高低电平脉冲信号，通过输出单元输出给所述信号发射电路；所述信号发射电路包括第一限流电阻、第二限流电阻，三极管和红外发光二级管，将所述转发模块传来的高低电平脉冲信号，经所述第一限流电阻限流，再经所述三极管放大，放大后的所述高低电平脉冲信号经所述第二限流电阻限流后驱动所述红外发射管发射出去。\n[0012] 本实用新型的学习转发器，优选的，所述主控芯片为一STC系列的单片机、一ARM芯片或一FPGA芯片。\n[0013] 本实用新型的学习转发器，优选的，所述主控芯片为STC89C58RD+单片机，所述信号接收电路与信号发射电路分别连接于所述STC89C58RD+单片机的管脚，所述存储器为所\n2\n述单片机内置的EPROM存储器，所述设定阈值为与持续时间49ms相应的高电平宽度数据。\n[0014] 本实用新型的学习转发器，优选的，所述主控芯片还包括一串口监听模块，所述学习转发器还包括一串口通信电路，所述串口通信电路连接于所述串口监听模块，所述串口监听模块监听通过所述串口通信电路传来的控制命令。\n[0015] 一种遥控器，具有一外壳，所述外壳上具有按键，所述外壳内设置有本实用新型的学习转发器，所述按键中，至少具有一按键，用于控制所述学习转发器的学习，且所述遥控器通过不同的按键，遥控至少两个外部设备。\n[0016] 一种集成控制系统，所述集成控制系统包括：一学习转发器，其为本实用新型的学习转发器；一上位机，连接于所述学习转发器，控制所述学习转发器的学习与转发。\n[0017] 本实用新型的集成控制系统，优选的，所述学习转发器具有一串口通信电路，所述串口通信线路通过串口线或无线串口设备与所述上位机相连接，所述上位机为个人电脑、手持控制器、掌上电脑或手机，所述上位机具有通过无线接入方式或者有线接入方式接入互联网的接入设备。\n[0018] 本实用新型的有益效果在于，采用学习接收与还原转发的方式，可以将众多的红外遥控器的控制功能集中于一个遥控器或者集成控制系统，达到“一控多”的目的，可靠性高，兼容性强；本实用新型的学习转发器采用软件产生调制方波以及采用内置存储器存取高低电平脉宽数据，成本低、存取速度快；本实用新型的学习转发器，可具有数据通信接口，可扩展性强；不仅能有效解决现代数字家庭中遥控器混乱易失的烦恼，而且能实现家电的集中控制管理。\n[0019] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。\n附图说明\n[0020] 图1为本实用新型实施例的学习转发器的模块结构图。\n[0021] 图2A为本实用新型实施例的学习转发器的状态指示电路图。\n[0022] 图2B为本实用新型实施例的学习转发器的晶振电路图。\n[0023] 图2C为本实用新型实施例的学习转发器的串口通信电路图。\n[0024] 图2D为本实用新型实施例的学习转发器的电源电路图。\n[0025] 图2E为本实用新型实施例的学习转发器的信号接收电路图。\n[0026] 图2F为本实用新型实施例的学习转发器的信号发射电路图。\n[0027] 图2G为本实用新型实施例的学习转发器的串口示意图。\n[0028] 图3为本实用新型实施例的集成控制系统的模块结构图。\n[0029] 图4为本实用新型实施例的集成控制系统的控制流程图。\n[0030] 图5为本实用新型实施例的学习转发器的学习模块的工作流程图。\n[0031] 图6为本实用新型实施例的学习转发器的转发模块的工作流程图。\n具体实施方式\n[0032] 体现本实用新型特征与优点的一些典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的保护范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。\n[0033] 本实用新型实现了一个控制设备(如遥控器)或一个控制系统(如集成控制系统)，控制多个外部设备的红外遥控信号控制(所述外部设备包括但不限于：电视、空调、VCD、DVD、红外遥控灯具等可通过红外遥控信号控制的设备)。\n[0034] 本实用新型的学习转发器，可用于本实用新型的遥控器和本实用新型的集成控制系统，但并不限于此，也可用于其它控制设备和控制系统。\n[0035] 以下先介绍本实用新型实施例的集成控制系统。\n[0036] 本实用新型实施例的集成控制系统，包括上位机与本实用新型实施例的学习转发器，所述学习转发器上设置有串口通信电路，用于与所述上位机之间进行通信。其中，所述上位机可为个人电脑(包括台式机、笔记本电脑)、掌上电脑、手持控制器(即具有控制功能的手持设备)或者手机等。\n[0037] 如图1所示，本实用新型实施例的学习转发器，包括主控芯片、存储器、信号接收电路、信号发射电路和串口通信电路。红外接收电路选用红外一体化接收头，红外一体化接收头将接收到的红外遥控信号经过检波、整形、放大、解调载波信号，最终输出信号为TTL高低电平。\n[0038] 所述主控芯片，优选的为STC89C58RD+单片机，当然也可选用STC系列的其它单片机，也可以选用ARM芯片或FPGA芯片。\n[0039] 所述信号接收电路与信号发射电路分别连接于所述STC89C58RD+单片机的管脚，\n2 2\n所述存储器为所述STC89C58RD+单片机内置的EPROM存储器。内部集成的EPROM存储器用来存储学习到的红外遥控信号的高低电平宽度数据，不仅存取速度快，而且与外扩存储器相比，成本较低。\n[0040] 如图2A-图2F所示，作为信号接收电路的红外一体化接收管HS0038B的输出端与STC89C58RD+单片机的管脚P3.5相连，信号发射电路包括限流电阻R7、三极管9012、限流电阻R8、红外发射管SE303，STC89C58RD+单片机的管脚P2.3与限流电阻R7一端相连，限流电阻R7另一端与三极管9012基极相连，9012发射极接电源正极，9012集电极与限流电阻R8一端相连，限流电阻R8另一端与红外发射管SE303正极相连，SE303负极接地。其中，限流电阻R7取几百欧姆，例如300、500、700欧姆，限流电阻R8取几十欧姆，例如10、20欧姆。\n[0041] 如图2C所示，串口通信电路的起电平转换(将STC89C58RD+单片机输出的TTL电平转换为串口通信电路的串口可用的RS232电平，防止串口烧毁)作用的转换芯片MAX232的9、10管脚分别与STC89C58RD+单片机的管脚P3.0、P3.1相连，转换芯片MAX232的7、8管脚分别与串口通信电路的串口的2、3管脚相连，转换芯片MAX232的1和3、4和5管脚分别连接电解电容CD1、CD2的正极和负极，转换芯片MAX232的15管脚接地，转换芯片MAX232的6管脚接电解电容CD3的正极，CD3负极接地，如图2D所示，转换芯片MAX232的16管脚接电源VCC，转换芯片MAX232的2管脚接电解电容CD4正极，电解电容CD4负极接地。转换芯片MAX232的7和8管脚分别接串口的2和3管脚。如图2B所示，晶振X1两端分别接电容C1，C2的一管脚，电容C1、C2的另一管脚接地。\n[0042] 如图2A所示，状态指示电路的LED指示灯负极接STC89C58RD+单片机对应管脚，正极通过电阻接VCC。本实用新型实施例的学习转发器，其状态指示电路可以包括学习指示灯、发射指示灯、存储指示灯和电源指示灯，但并不限于此。\n[0043] 如图3所示，本实用新型的集成控制器，需要学习所述红外遥控信号时，由上位机通过串口发送控制命令信号至主控芯片，由主控芯片控制学习模块进行所述红外遥控信号的学习；需要对所述红外遥控信号进行转发时(即需要遥控某个外部设备时)，由上位机通过串口发送控制命令信号至主控芯片，由主控芯片控制转发模块进行所述红外遥控信号的转发，以控制指定的红外遥控设备动作。所述上位机与串口之间采用通用智能控制协议(GICP)进行通信，可杜绝干扰，防止误操作。\n[0044] 本实用新型实施例的学习转发器，学习模块包含起始识别单元、脉宽测量单元、结束判定单元和存储单元，控制模块发出学习指令后，学习模块即进入学习状态，接通状态指示电路的学习指示灯，所述指示灯例如为LED指示灯，学习模块的起始识别单元，开始检测是否有红外遥控信号输入(即检测作为红外接收电路的红外一体化接收头输出端是否有表示所述红外遥控信号起始的低电平产生)，可以设定，若1秒钟内没有红外遥控信号输入，则退出学习状态，关闭学习指示灯。若1秒钟内检测到有红外遥控信号输入，则开始由脉宽测量单元对所述红外遥控信号进行测量。\n[0045] 脉宽测量单元对所述红外遥控信号的高低电平采用宽度计数的方法来测量脉宽并暂存，当学习模块识别到表示所述红外遥控信号起始码的低电平时，对所述低电平进行采集，通过for循环累加计数来开始对所采集的低电平的脉宽进行计数，当所述低电平结束时，将当前的低电平脉宽计数值暂存到RAM中(以数组形式存储一系列脉宽值，数组的第一位设定为存储所述红外遥控信号所对应的外部设备的识别标号)，脉宽计数器清零并对紧接着到来的高电平开始计数，然后依次将采集到的所述红外遥控信号的脉冲宽度数据值暂存到RAM中；如果RAM中存储的采集到的所述红外遥控信号的当前高电平脉冲宽度值(也就是数组的最后一个存储的值)大于设定阈值(所述设定阈值既可以是持续时间数据，也可为脉冲宽度数据，视情况在进行比较之前做相应转化)，就认为所述红外遥控信号已经结束，关闭学习指示灯，进入高低电平宽度数据(也可称为脉宽数据)存储状态，打开存储\n2\n指示灯，存储单元将RAM中的高低电平脉宽数据写入单片机内部的EPROM存储器，该数据以数组形式写入，以0结尾；数据写入完毕后关闭存储指示灯，学习模块对所述红外遥控信号的学习结束。\n[0046] 本实用新型的学习转发器，其转发模块包括读取单元、调制单元、载波生成单元、输出单元，当主控芯片的控制命令为“转发”时，学习转发器进入转发状态，发射指示灯亮\n2\n起，读取单元从EPROM存储器中依次取出相应的高低电平脉宽数据，载波生成单元启动定时器中断产生方波脉冲信号，调制单元通过低电平去调制方波脉冲信号的输出。此时定时器的工作时间由相应的红外遥控信号低电平宽度计数值确定，即如果需发射的遥控信号为高电平时，关定时中断；如果为低电平，则开定时中断，调制后输出调制信号到红外发射电路，经三极管放大后驱动红外发射管发射所述红外遥控信号，转发模块即完成对所述红外遥控信号的转发。\n[0047] 本实用新型的学习转发器，其学习模块对所述红外遥控信号的学习，不占用单片机的中断和计数器资源，这些资源可以用来实现其他可能的功能，因此有一定的扩展性。另外，可以通过空指令修正脉宽计数器，使学习时的采样周期与转发时的还原周期相同，保证还原信号与所学习信号的一致性。本实用新型实施例的学习转发器，由脉宽测量单元对电平宽度进行测量存储，由于只需要测量信号的高低电平宽度，而不考虑其编码规则，所以可以对任何电器的红外遥控信号进行测量学习，实现真正的“万能”，兼容性强；转发模块的载波生成单元的方波脉冲由单片机内部程序控制单片机的定时器中断产生，不仅可靠性高，而且与外扩方波发生器相比，成本较低。\n[0048] 以下具体介绍本实用新型的学习转发器的控制模块、学习模块、转发模块的具体工作流程。\n[0049] 如图4所示，系统上电后，首先初始化计数器T0、T1、LED指示灯及串口，然后对串口进行监听。当串口中有数据时(集成控制系统的上位机发过来的控制命令)，读取串口数据，并回发校验数据(为防止对控制命令的错误识别)，主控芯片的监听模块解析串口传来的数据，如果不是控制命令，则丢弃该数据，初始化串口，返回监听串口状态；如果是控制命令，则进一步解析该数据是学习命令还是发射命令，如果是学习命令，则通过学习模块进行所述红外遥控信号的学习，初始化串口，返回监听串口状态；如果是转发命令，则通过转发模块进行所述红外遥控信号的转发，转发完毕后，初始化串口，返回监听串口状态。\n[0050] 如图5所示，通过学习模块进行所述红外遥控信号进行学习时，首先关总中断，打开学习指示灯，然后检测是否有红外遥控信号输入，如果1秒钟内没有红外遥控信号输入，则开总中断，关闭学习指示灯，然后返回；如果接收到红外遥控信号，则采集高低电平的同时进行脉宽度计数，采用单步递增while循环进行计数，待电平跳变(由高变低，或由低变高)时，记录计数值，清零计数变量，重新进行计数，如此循环，便记下了所述红外遥控信号的高低电平的脉宽数据。当高电平持续时间大于49ms时，即认为学习过程结束，开总中断，\n2\n关闭学习指示灯，将脉宽数据写入EPROM存储器，学习模块进行所述红外遥控信号的学习即告结束。\n[0051] 如图6所示，执行发射子程序时，首先从E2PROM存储器中取出相应的脉宽数据，然后启动定时T0产生38kHz的载波信号，取第一个脉宽数据并赋值给单步递减for循环变量i，当i递减为0时，关闭定时器T0，取下一个脉宽数据并赋值给单步递减for循环变量i，当i递减为0时，启动定时器T0，取下一个脉宽数据并赋值给单步递减for循环变量i，当i递减为0时，关闭定时器T0，并检验下一个脉宽数据值是否为0，为0则认为所述红外遥控信号转发完毕，返回，否则，继续取下一个脉宽数据，如此循环，实现38kHz载波调制脉宽发射。\n[0052] 下面再介绍本实用新型实施例的遥控器。\n[0053] 本实用新型实施例的遥控器，具有一外壳，所述外壳上具有按键，所述外壳内设置有本实用新型实施例的学习转发器，所述按键中，至少具有一按键，用于控制所述学习转发器的学习，且所述遥控器通过不同的按键，遥控至少两个外部设备。\n[0054] 所述按键可以有多个，分别控制学习转发器对不同外部设备的红外遥控信号的学习与转发。所述按键，其实质是通过按键的动作，对学习模块和转发模块的控制电路的连通与关断，例如按下学习按键，将控制电路接通，即可使学习模块开始对所述红外遥控信号进行学习。\n[0055] 下面再介绍本实用新型实施例的集成控制系统的扩展功能。\n[0056] 所述上位机为手机时，通过手机的移动接入，用户可通过发送短信的方式实现上位机对学习转发器的控制，进而实现对外部设备的遥控。例如在用户即将到家时，通过发送短信，即可提前打开家中的空调等设备，给家居生活带来了方便。相对于在单个遥控器上加装网络模块实现对家电的远程控制的方式相比，本实用新型的集成控制系统，节约了成本，提高了可靠性。\n[0057] 所述上位机为个人电脑时，通过电脑的互联网接入，用户可在远程通过网页控制的方式实现上位机对学习转发器的控制，进而实现对外部设备的遥控。例如在用户在外出时，通过登陆网络，即可对相应的外部设备进行遥控，例如对监视摄像头的开启与关闭。\n[0058] 本领域技术人员应当意识到在不脱离本实用新型所附的权利要求所揭示的本实用新型的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本实用新型的权利要求的保护范围之内。