kHz 紅外發(fā)射與接收

1、38kHz 紅外發(fā)射與接收 紅外線遙控器在家用電器和工業(yè)控制系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，了解他們的工作原理和性能、進一步自制紅外遙控系統(tǒng)，也并非難事。 1.紅外線的特點 人的眼睛能看到的可見光，若按波長排列，依次（從長到短）為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，如圖1所示。 由圖可見，紅光的波長范圍為0.62m0.76m，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控器就是利用波長0.76m1.5m之間的近紅外線來傳送控制信號的。 紅外線的特點是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境。電路調(diào)試簡單，若對發(fā)射信號進行編碼，可實現(xiàn)多路紅外遙控功能。2.紅外線發(fā)射和接收 人們見到的紅外遙控系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分。發(fā)

2、射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光，如圖2所示。 常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通5mm發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍(lán)色等三種。判斷紅外發(fā)光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率需用專用儀器測定，而業(yè)余條件下，只能憑經(jīng)驗用拉距法進行粗略判定。 接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，

3、所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭，如圖3所示。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡單而且可靠性大大提高。圖3是常用兩種紅外接收頭的外形，均有三只引腳，即電源正VDD、電源負(fù)(GND)和數(shù)據(jù)輸出(Out)。接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，圖3列出了因接收頭的外形不同而引腳的區(qū)別。 紅外接收頭的主要參數(shù)如下： 工作電壓：4.85.3V 工作電流：1.72.7mA 接收頻率：38kHz 峰值波長：980nm 靜態(tài)輸出

4、：高電平 輸出低電平：0.4V 輸出高電平：接近工作電壓3紅外線遙控發(fā)射電路 紅外線遙控發(fā)射電路框圖如圖4所示。 框圖4是目前所有紅外遙控器發(fā)射電路的功能組成，其中的編碼器即調(diào)制信號，按遙控器用途的編碼方式可以很簡單、也可以很復(fù)雜。例如用于電視機、VCD、DVD和組合音響的遙控發(fā)射的編碼器，因其控制功能多達(dá)50種以上，此時的編碼器均采用專用的紅外線編碼協(xié)議進行嚴(yán)格的編程，然而對控制功能少的紅外遙控器，其編碼器是簡單而靈活。前者編碼器是由生產(chǎn)廠家的專業(yè)人員按紅外遙控協(xié)議進行編碼，而后者適用于一般電子技術(shù)人員和電子愛好者的編碼。圖4中的38kHz振蕩器即載波信號比較簡單，但專業(yè)用的和業(yè)余用的也有區(qū)

5、別，專業(yè)用的振蕩器采用了晶振，而后者一般是RC振蕩器。例如彩電紅外遙控器上的發(fā)射端用了455kHz的晶振，是經(jīng)過整數(shù)分頻的，分頻系數(shù)為12，即455kHz12=37.9kHz。當(dāng)然也有一些工業(yè)用的遙控系統(tǒng)，采用36kHz、40kHz或56kHz等的載波信號。 因紅外遙控器的控制距離約10米遠(yuǎn)，要達(dá)到這個指標(biāo)，其發(fā)射的載波頻率(38kHz)要求十分穩(wěn)定，而非專業(yè)用的RC(38kHz)載波頻率穩(wěn)定性差，往往偏離38kHz甚至很遠(yuǎn)，這就大大縮短了遙控器的控制距離。因晶振頻率十分穩(wěn)定，所以專業(yè)廠家的遙控器全部采用晶振的38kHz作遙控器的載波發(fā)送信號。 圖4中編碼器的編碼信號對38kHz的載波信號進行

6、調(diào)制，再經(jīng)紅外發(fā)射管D向空間發(fā)送信號供遙控接收端一體化接收頭接收、解調(diào)輸出、再作處理。 利用紅外線的特點，可以制作多路遙控器。在遙控發(fā)射電路中，有兩種電路，即編碼器和38kHz載波信號發(fā)生器。在不需要多路控制的應(yīng)用電路中，可以使用常規(guī)集成電路組成路數(shù)不多的紅外遙控發(fā)射和接收電路，該電路無需使用較復(fù)雜的專用編譯碼器，因此制作容易。4.頻分制編碼的遙控發(fā)射器 在紅外發(fā)射端利用專用(彩電、VCD、DVD等)的紅外編碼通訊協(xié)議作編碼器，對一般電子技術(shù)人員或業(yè)余愛好者來說，是難于實現(xiàn)的，但對路數(shù)不多的遙控發(fā)射電路，可以采用頻分制的方法制作編碼器，而對一路的遙控電路，還可以不用編碼器，直接發(fā)射38kHz紅

7、外信號，即可達(dá)到控制的目的。 圖5是一種一路的紅外遙控發(fā)射電路，在該電路中，使用了一片ICl高速CMOS型4-2輸入的“與非”門74HC00集成電路，組成低頻振蕩器作編碼信號(f1)，用IC2 555電路作載波振蕩器，振蕩頻率為f0(38kHz)。f1對f0進行調(diào)制，所以IC2的腳的波形是斷續(xù)的載波，該載波經(jīng)紅外發(fā)光二極管發(fā)送到空間。電路中的關(guān)鍵點A、B、B波形如圖2所示，其中B是未調(diào)制的波形。 在圖5中，選用了555電路作載波振蕩器，其目的是說明電路的調(diào)制工作原理，即利用大家熟悉的555產(chǎn)生38kHz方波信號，再利用555的復(fù)位端腳作調(diào)制端，即當(dāng)腳為高電平時，555是常規(guī)的方波振蕩器；當(dāng)腳為

8、低電平時，555的腳處于低電平。腳的調(diào)制信號是由ICl的與非門的低頻振蕩器而獲得。 在實際應(yīng)用中，遙控發(fā)射器是3V電池供電，為此只需把555電路ICl剩余的兩個與非門組成的38kHz取而代之，如圖7所示。 注意：這里未引用CMOS 4-2輸入的“與非”門CD4011作圖5電路中的編碼器和載波發(fā)生器，是因為CD4011作振蕩產(chǎn)生方波信號時，屬于模擬信號的應(yīng)用。為了保證電路可靠起振，其工作電壓需4.5V以上，而74HC00的CMOS集成電路的最低工作電壓為2V，所以使用3V電源，完全可以可靠的工作。5遙控接收解調(diào)電路 圖8為紅外接收解調(diào)控制電路，圖8中IC2是LM567。LM567是一種鎖相環(huán)集成

9、電路，采用8腳雙列直插塑封裝，工作電壓為+4.75+9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)電流約8mA。腳為輸出端，靜態(tài)時為高電平，是由內(nèi)部的集電極開路的三極管構(gòu)成，允許最大灌電流為100mA。鑒于LM567的內(nèi)部電路較復(fù)雜，這里僅介紹該電路的基本功能。 LM567的、腳外接的電阻(R3+RP)和電容C4，決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f01，f01=1/1.1RC，、腳接的電容C3、C4到地，形成濾波網(wǎng)絡(luò)，其中腳的電容C2，決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬，電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳接的電容C3為腳的2倍以上為好。 弄清了LM567的基本組成后，再來分析圖8電路的工作過程。 ICl是紅外接收頭，它

10、接收圖1發(fā)出的紅外線信號，接收的調(diào)制載波頻率仍為38kHz，接收信號經(jīng)ICl解調(diào)后，在其輸出端OUT輸出頻率為f1(見圖2)的方波信號，只要將LM567的中心頻率f01調(diào)到(用RP)與發(fā)射端f1(見圖2)相同，即f01=fl，則當(dāng)發(fā)射端發(fā)射時，LM567開始工作，腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖绞谷龢O管8550導(dǎo)通，在A點輸出開關(guān)信號驅(qū)動D觸發(fā)鎖存器，再由它驅(qū)動各種開關(guān)電路工作。這樣，只要按一下圖1電路的微動開關(guān)K，即發(fā)射紅外線，接收電路圖4即可輸出開關(guān)信號開通控制電路，再按一下開關(guān)K，控制開關(guān)信號關(guān)閉，這就完成了完整的控制功能。6.小結(jié) 利用圖5和圖8的電路，可以實現(xiàn)多路遙控器，即在發(fā)射端，將

11、ICl組成的低頻振蕩器，其電路模式不變，只改變電阻R2，即可構(gòu)成若干種R組成的多個頻率不同的低頻振蕩器(即編碼)，利用微動開關(guān)轉(zhuǎn)接，38kHz的載波電路共用；在接收電路中，一體化紅外接收頭共用，再設(shè)置與接收端編碼器相同個數(shù)的LM567鎖相器和后級鎖相驅(qū)動控制電路，各鎖相環(huán)的振蕩頻率與各編碼器的低頻編碼信號的頻率對應(yīng)相等。這樣發(fā)射端(圖5)按壓不同的按鈕，載波信號接入不同頻率編碼的調(diào)制信號時，在接收端(圖8)，各對應(yīng)的LM567的腳的電平會發(fā)生變化，從而形成多路控制信號。上述所述的工作方式，稱為頻分制的編碼方式。這種頻分制工作方式，其優(yōu)點是可實現(xiàn)多路控制，但缺點是電路復(fù)雜，對于路數(shù)不多的控制電路

12、，因電路工作原理簡單，對一般電子技術(shù)人員仍然是有用的。光譜位于紅色光之外， 波長為0.761.5m，比紅色光的波長還長，這樣的光被稱為紅外線。紅外遙控是利用紅外線進行傳遞信息的一種控制系統(tǒng)，紅外遙控具有抗干擾，電路簡單，編碼及解碼容易，功耗小，成本低的優(yōu)點，目前幾乎所有的視頻和音頻設(shè)備都支持這種控制方式。 一、紅外遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紅外遙控系統(tǒng)主要分為調(diào)制、發(fā)射和接收三部分，如圖1 所示：圖1 紅外遙控系統(tǒng)1.調(diào)制紅外遙控發(fā)射數(shù)據(jù)時采用調(diào)制的方式，即把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進行“與”操作，這樣可以提高發(fā)射效率和降低電源功耗。調(diào)制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數(shù)使用的是38kHz，占空比

13、1/3的方波，如圖2所示，這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz1237.9 kHz38kHz。圖2 載波波形 1.發(fā)射系統(tǒng)目前有很多種芯片可以實現(xiàn)紅外發(fā)射，可以根據(jù)選擇發(fā)出不同種類的編碼。由于發(fā)射系統(tǒng)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(shè)計成可以處于休眠狀態(tài)，當(dāng)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(yīng)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(zhǔn)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(fā)光二極管(LED)發(fā)射出去，紅外發(fā)光二極管內(nèi)部材

14、料和普通發(fā)光二極管不同，在其兩端施加一定電壓時，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光。 圖3a 簡單驅(qū)動電路 圖3b 射擊輸出驅(qū)動電路如圖3a和圖3b是LED的驅(qū)動電路，圖3a是最簡單電路， 選用元件時要注意三極管的開關(guān)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(fā)射的波形強度越大。圖3a電路有一點缺陷，當(dāng)電池電壓下降時，流過LED的電流會降低，發(fā)射波形強度降低，遙控距離就會變小。圖3b所示的射極輸出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(fā)射極電壓固定在0.6V左右，發(fā)射極電流IE基本不變，根據(jù)IEIC

15、,所以流過LED的電流也基本不變，這樣保證了當(dāng)電池電壓降低時還可以保證一定的遙控距離。1一體化紅外接收頭 紅外信號收發(fā)系統(tǒng)的典型電路如圖所示，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(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)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(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)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(fù)載波，通過解調(diào)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(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這

16、樣的目的是為了提高接收的靈敏度。一體化紅外接收頭，如圖5所示：圖5 紅外接收頭 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(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。 紅外接收頭內(nèi)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(fā)射器可從遙控器廠家定制，也可以自己用單片機的PWM產(chǎn)生，推薦使用超小封裝(TSSOP20)的STC12C4052AD或STC12C5406AD,可產(chǎn)生37.91KHz的PWM, PWM占空比設(shè)置為

17、1/3, 通過簡單的定時中斷開關(guān)PWM, 即可產(chǎn)生發(fā)射波形。 接收部分電路和程序比較簡單，這里不一一贅述。紅外遙控解碼程序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(shè)備、空凋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(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)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。1 紅外遙控系統(tǒng)通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光

18、、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。2 遙控發(fā)射器及其編碼遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本NEC的uPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理。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。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。UPD6121G產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同

19、的電器設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為十六進制01H；后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。UPD6121G最多額128種不同組合的編碼。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在4563ms之間。當(dāng)一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼（9ms）,一個結(jié)果碼（4.5ms）,低8位地址碼（9ms18ms）,高8位地址碼（9ms18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18

20、ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.5ms）組成。3接收器及解碼一體化紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。紅外一開始發(fā)送一段13.5ms的引導(dǎo)碼，引導(dǎo)碼由9ms的高電平和4.5ms的低電平組成，跟著引導(dǎo)碼是系統(tǒng)碼，系統(tǒng)反碼，按鍵碼，按鍵反碼，如果按著鍵不放，則遙控器則發(fā)送一段重復(fù)碼，重復(fù)碼由9ms的高電平，2.25ms的低電平，跟著是一個短脈沖，本程序經(jīng)過試用，能

21、解大部分遙控器的編碼！/串口通信程序/向pc串口發(fā)送數(shù)據(jù)/pc端使用 超級終端 建立連接/9600 8位數(shù)據(jù) 1位停止#include #include #include uart0.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar irr_b=0,s_s=0;uchar wb=0,a=0,ds=0;long da=0;uchar d1,d2,d3,d4;uchar ten_1,ten_2,ten_3,ten_4,i;void ms(uint aa) for(;aa0;aa-);void write_cn(uchar *cn,uchar cn_nub) uchar i; for(i=0;i(cn_nub);i+) uart_tx(cni); /發(fā)送數(shù)據(jù)i PORTA=i; ms(60000);/定時器T1初始化void t1_init()