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(jì)以低功耗MSP430F149單片機(jī)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(jì)算機(jī)通信,，控制通過PowerPoint演示軟件所制作的教學(xué)課件的運(yùn)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(qiáng)大,。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī); 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(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，在實(shí)際操作中教師在進(jìn)行多媒體演示時(shí),，要不時(shí)地進(jìn)行鼠標(biāo)操作,，使之不得不中斷與學(xué)生的互動(dòng)。無線遙控教鞭是一個(gè)很好的解決方案[1],。
1 系統(tǒng)框架
整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)射電路,、接收電路和計(jì)算機(jī)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(duì)應(yīng)不同的編碼信息,，此鍵值信息代表著向計(jì)算機(jī)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(jī),，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(jì)算機(jī),，此硬件模塊可直接插在計(jì)算機(jī)的USB接口中，直接由USB接口供電,；計(jì)算機(jī)中的上位機(jī)軟件采用C#編寫,，使用Microsoft Studio 2005 自帶的SerialPort 組件。SerialPort對(duì)象接收到數(shù)據(jù)時(shí),，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(shí)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(jī)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(jì)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(hào)頻率為38 kHz,，接收距離可達(dá)35 m。它能將遙控信號(hào)的接收,、放大,、檢波、整形集于一身,，并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的TTL信號(hào),，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，方便使用,。其與單片機(jī)連接原理圖如圖5所示,，由單片機(jī)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(diǎn),，本設(shè)計(jì)采用了PL2303芯片實(shí)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(shí)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(jī)系統(tǒng)軟件
單片機(jī)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(hào)和驅(qū)動(dòng)液晶顯示,。其中解碼紅外遙控信號(hào)是實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,，紅外接收電路的信號(hào)輸出接到單片機(jī)的外部中斷0上，當(dāng)單片機(jī)接收到信號(hào)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(shí)函數(shù)，判斷每個(gè)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(jī)軟件
上位機(jī)軟件采用C#編寫,，使用Microsoft Studio 2005 自帶的SerialPort 組件。SerialPort對(duì)象接收到數(shù)據(jù)時(shí),，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(jì)算機(jī)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(jī)對(duì)話更為簡單,，當(dāng)設(shè)置完成后可以讓程序隱藏到后臺(tái)運(yùn)行,。小軟件還有漂亮的皮膚界面，上位機(jī)軟件截圖和軟件的工作流程如圖8所示,。
本設(shè)計(jì)以MSP430F149單片機(jī)為控制核心,所設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)取電,。工作時(shí)，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(huì)議室等需演示的場合,。
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