紅外遙控器原理介紹

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、 功耗低、 功能強、 成本低等特點， 因而， 繼彩電、 錄像機之后， 在錄音機、 音響設備、 空調機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業設備中， 在高壓、 輻射、 有毒氣體、 粉塵等環境下， 采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。

紅外遙控系統：通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成， 應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作， 如圖1所示。發射部分包括鍵盤矩陣、 編碼調制、 LED紅外發送器；接收部分包括光、 電轉換放大器、 解調、 解碼電路。

紅外的簡單發射接收原理

在發射端，輸入信號經放大后送入紅外發射管發射，在接收端，接收管收到紅外信號后，由放大器放大處理后還原成信號，這就是紅外的簡單發射接收原理。

1、紅外遙控系統結構

紅外遙控系統的主要部分為調制、發射和接收，如下圖所示：

紅外遙控是以調制的方式發射數據，就是把數據和一定頻率的載波進行“與”操作，這樣既可以提高發射效率又可以降低電源功耗。

調制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數使用的是38kHz，占空比1/3的方波，載波波形如下圖所示，這是由發射端所使用的455kHz晶振決定的。在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

目前有很多種芯片可以實現紅外發射，可以根據選擇發出不同種類的編碼。由于發射系統一般用電池供電，這就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都設計成可以處于休眠狀態，當有按鍵按下時才工作，這樣可以降低功耗芯片所用的晶振應該有足夠的耐物理撞擊能力，不能選用普通的石英晶體，一般是選用陶瓷共鳴器，陶瓷共鳴器準確性沒有石英晶體高，但通常一點誤差可以忽略不計。

紅外線通過紅外發光二極管(LED)發射出去，紅外發光二極管（紅外發射管）內部構造與普通的發光二極管基本相同，材料和普通發光二極管不同，在紅外發射管兩端施加一定電壓時，它發出的是紅外線而不是可見光。

如上圖是LED的驅動最簡單電路，選用元件時要注意三極管的開關速度要快，還要考慮到LED的正向電流和反向漏電流，一般流過LED的最大正向電流為100mA，電流越大，其發射的波形強度越大。

電路有一點缺陷，當電池電壓下降時，流過LED的電流會降低，發射波形強度降低，遙控距離就會變小。

上圖所示的射極輸出驅動電路可以解決這個問題，兩個二極管把三級管基極電壓鉗位在1.2V左右，因此三級管發射極電壓固定在0.6V左右，發射極電流IE基本不變，根據IE≈IC,所以流過LED的電流也基本不變，這樣保證了當電池電壓降低時還可以保證一定的遙控距離。

2、一體化紅外接收頭

紅外信號收發系統的典型電路如上圖所示，紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內部電路包括紅外監測二極管，放大器，限幅器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監測二極管監測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。

一體化紅外接收頭，如下圖所示：

紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據發射端調制載波的不同應選用相應解調頻率的接收頭。

紅外接收頭內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進一步降低電源干擾。

紅外發射器可從遙控器廠家定制，也可以自己用單片機的PWM產生，家庭遙控推薦使用紅外發射管(L5IR4-45)的可產生37.91KHz的PWM,PWM占空比設置為1/3,通過簡單的定時中斷開關PWM,即可產生發射波形。

紅外編解碼解析

1、編碼格式

現有的紅外遙控包括兩種方式：PWM（脈沖寬度調制）和PPM（脈沖位置調制）。

兩種形式編碼的代表分別為NEC 和PHILIPS 的RC-5、RC-6 以及將來的RC-7。

PWM（脈沖寬度調制）：以發射紅外載波的占空比代表“0”和“1”。為了節省能量，一般情況下，發射紅外載波的時間固定，通過改變不發射載波的時間來改變占空比。例如常用的電視遙控器，使用NEC upd6121，其“0”為載波發射0.56ms,不發射0.56ms；其“1”為載波發射0.56ms,不發射1.68ms；此外，為了解碼的方便，還有引導碼，upd6121 的引導碼為載波發射9ms，不發射4.5ms。upd6121 總共的編碼長度為108ms。

但并不是所有的編碼器都是如此，比如TOSHIBA 的TC9012，其引導碼為載波發射4.5ms，不發射4.5ms，其“0”為載波發射0.52ms,不發射0.52ms,其“1”為載波發射0.52ms,不發射1.04ms。

PPM（脈沖位置調制）：以發射載波的位置表示“0”和“1”。從發射載波到不發射載波為“0”，從不發射載波到發射載波為“1”。其發射載波和不發射載波的時間相同，都為0.68ms，也就是每位的時間是固定的。

通過以上對編碼的分析，可以得出以某種固定格式的“0”和“1”去學習紅外，是很有可能不成功的。即市面上所宣傳的可以學習64 位、128 位必然是不可靠的。

另外，由于空調的狀態遠多于電視、音像，并且沒有一個標準，所以各廠家都按自己的格式去做一個，造成差異更大。比如：美的的遙控器采用PWM 編碼，碼長120ms 左右；新科的遙控器也采用PWM 編碼，碼長500ms 左右。如此大的差異，如果按“位”的概念來講，應該是多少位呢？64？128?顯然都不可能包含如此長短不一的編碼。

2、紅外遙控編碼格式

紅外遙控器的編碼格式通常有兩種格式：NEC 和RC5

NEC 格式的特征：

使用38 kHz 載波頻率

引導碼間隔是9 ms + 4.5 ms

使用16 位客戶代碼

使用8 位數據代碼和8 位取反的數據代碼

不過需要將波形反轉一下才方便分析：

NEC 協議通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號的調制（英文簡寫PWM）。

邏輯“0”是由0.56ms的38KHZ載波和0.560ms 的無載波間隔組成；邏輯“1”是由0.56ms 的38KHZ 載波和1.68ms 的無載波間隔組成；結束位是0.56ms 的38K 載波。

下面實例是已知NEC類型遙控器所截獲的波形：

遙控器的識別碼是Address=0xDD20;其中一個鍵值是Command=0x0E；

注意：波形先是發低位地址再發高位地址。

所以0000,0100,1011,1011 反轉過來就是1101,1101,0010,000 十六進制的DD20；

鍵值波形如下：

也是要將0111,0000 反轉成0000,1110得到十六進制的0E；另外注意8 位的鍵值代碼是取反后再發一次的,如圖0111,0000 取反后為1000,1111。最后一位是一個邏輯“1”。

RC5 編碼相對簡單一些：同樣由于取自紅外接收頭的波形需要反相一下波形以便于分析：

反相后的波形：

根據編碼規則：

得到一組數字：110， 11010， 001101根據編碼定義：

第一位是起始位S通常是邏輯1。

第二位是場位F通常為邏輯1， 在RC5 擴展模式下它將最后6位命令代碼擴充到7 位代碼（高位MSB） ， 這樣可以從64 個鍵值擴充到128 個鍵值。

第三位是控制位C它在每按下了一個鍵后翻轉， 這樣就可以區分一個鍵到底是一直按著沒松手還是松手后重復按。

如圖所示是同一按鍵重復按兩次所得波形， 只有第三位是相反的邏輯， 其它的位邏輯都一樣。

其后是五個系統地址位:11010=1A， 最后是六個命令位:001101=0D。

編輯：黃飛

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