红外遥控技术

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红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，其中在车载影音导航系统也被广泛的应用。红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。1. 红外遥控系统组成       红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成(见图1)。因此，遥控系统是一涉及单片机的数字系统。2．红外遥控发射器红外遥控发射装置，也就是通常我们说的红外遥控器是由键盘电路、红外编码电路、电源电路和红外发射电路组成。红外发射电路的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同。通常红外遥控为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，红外遥控器常用载波的方式传送二进制编码，常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。所以，通常的红外遥控器是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码（脉冲宽度调制码）和PPM码（脉冲位置调制码，脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制）。如果要开发红外接收设备，一定要知道红外遥控器的编码方式和载波频率，我们才可以选取一体化红外接收头和制定解码方案。遥控编码脉冲信号（以PPM码为例）通常包括三大部分，即引导码（起始码）、系统码（即识别码，用户码或设备码）和功能码（键位数据码）。各组成部分与结构情况简介如下。(1)    引导码，也称引导脉冲，一般由高电平1和低电平0的脉冲组成，二者的宽度之比可为1：1，占9ms时间，也可为2:1，占13.5ms（宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成），也可能有其他组成情况。引导码的主要作用类似于穿行通信中的同步脉冲，用来标志遥控编码脉冲信号的开始，使遥控接收器能由此判断出所接收的信号是干扰还是系统的遥控代码。(2)    系统码，也称用户码、识别码、设备码，通常由8位原码和8位反码组成。它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。这种码是由生产厂商自行规定的，各厂均有不同，出厂时已经设置好，用户难以更改。这是不同遥控器不能通用的主要原因。(3)    功能码，也称键位数据码。它与键盘的键位相对应，由它传送所需要的遥控信息。功能码通常也是由8位原码和8位反码组成。反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错。(4)    遥控指令码要经过脉冲调制才能形成最终的发射用码，调制的主要目的是为了降低红外发射管的功率损耗，提高发射效率，防止与削弱日光灯等光源的闪烁干扰。       下面以SC6122编码芯片为例介绍一下红外遥控的编码方式。SC6122是一块用于红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用CMOS工艺制造。它外接64个安键，其中有三组双重按键。SC6121所发射的一帧码含有一个引导码，16位的用户编码和8位的键数据码（功能码），8位键数据反码。下图给出了这一帧码的结构。载波方式使用455KHz晶体，经内部分频电路，信号被调制在37.91KHz，占空比为3分之1。调制频率（晶振使用455KHz时）          ____|^^^^|________|^^^^|________fcar = 1/Tc = fosc/12 =38KHz                              |--------Tc--------|fosc是晶振频率，占空比 = 1/3 引导码引导码由一个9ms的载波波形和4.5ms的关断时间构成，它作为随后发射的码的引导。这样，当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效的处理码的接收与检测。    ____|^^^^^^^^^^^^^^^^|________|              |………9ms……..|...4.5ms….| 位定义用户码或数据码中的每一位可以是’1’，也可以是位’0’。区分‘0’和‘1’是利用脉冲的时间间隔来区分的（PPM调制方式）。具体的时序见下图。|^^^^^^^^^^|________               _|^^^^^^^^^^|_____________________|…0.56ms...|                                    |….0.56ms..||----------1.125ms------|                        |………………2.25ms………………..|位0                                                                位1 按键输出波形SC6122的输出波形如下图所示：当一个键按下时，先读取用户码和数据码，36ms后，遥控输出端启动输出，按键时间只有超过36ms，才能输出一帧码。超过108ms后，才能输出第二帧码。按键输出有两种方式：一种是每次按键都输出完整的一帧数据；另一种是按下相同的按键后每发送完整的一帧数据后，在发送重复码，再到按键被松开。3. 红外遥控接收器红外接收设备是由红外接收电路、红外解码、电源和应用电路组成。红外遥控接收器的主要作用是将遥控发射器发来的红外光信好转换成电信号，再放大、限幅、检波、整形，形成遥控指令脉冲，输出至遥控微处理器。其中红外接收电路主要是接收部分的红外接收管是一种光敏二极管（现在常用一体化红外接收头）。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VOUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率,另外在遥控编码芯片输出的波形，在接收头端收到接收到信号时输出地点片的，也就是说接收头输出的波形正好和遥控芯片输出的相反。4.遥控微处理器解码程序设计 一般有两种方法，定时器查询法和外部中断触发。在讲红外遥控之前，首先讲一讲什么是红外线。我们知道，人的眼睛能看到的可见广按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线，见图1.红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。红外遥控系统常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同（见图2），只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用Μpc1373H、CX20106A等红外接收专用放大集成电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。图3给出一些成品红外接收头的外形。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36 kHz、40 kHz、56 kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在加用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。多路控制的红外遥控系统多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地接收端有不同地输出状态。接收端地输出状态大致可分为脉冲、电平、自馈、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。