紅外遙控原理及應(yīng)用

1、紅外遙控原理及應(yīng)用一、紅外遙控漫談在講紅外遙控之前，首先講一講什么是紅外線。我們知道，人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長范圍為0.620.76m；紫光的波長范圍為0.380.46m。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為0.761.5m之間的近紅外線來傳送控制信號的。 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(qiáng)、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)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

2、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。二、紅外遙控系統(tǒng)常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，如下圖所示。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、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。 紅外線遙控系統(tǒng)框圖 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管；由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右。遙控器的基本組成如圖所示。它主要由形成遙控信號的微處理器芯

3、片、晶體振蕩器、放大晶體管、紅外發(fā)光二極管以及鍵盤矩陣組成。注解：微處理器芯片IC1內(nèi)部的振蕩器通過2、3腳與外部的振蕩晶體X組成一個高頻振蕩器，產(chǎn)生高頻振蕩 信號。此信號送入定時信號發(fā)生器后進(jìn)行分頻產(chǎn)生正弦信號和定時脈沖信號。正弦信號送入編碼調(diào) 制器作為載波信號；定時脈沖信號送致掃描信號發(fā)生器、鍵控輸入編碼器和指令編碼器作為這些電 路的時間標(biāo)準(zhǔn)信號。IC1內(nèi)部的掃描信號發(fā)生器產(chǎn)生五中不同時間的掃描脈沖信號，由59腳輸出送 至鍵盤矩陣電路。當(dāng)按下某一鍵時，相應(yīng)于該功能按鍵的控制信號分別由1014腳輸入到鍵控編碼 器，輸出相應(yīng)功能的數(shù)碼信號。然后由指編碼器輸出指令碼信號，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制在載波信號

4、上， 形成包含有功能信息的高頻脈沖串，由17腳輸出經(jīng)過晶體管BG放大，推動紅外線發(fā)光二極管D發(fā)射 出脈沖調(diào)制信號 關(guān)聯(lián)：紅外接收頭的載波頻率/多路控制的紅外發(fā)射控制功能紅外接遙控的載波頻率1、為什么要有載波頻率 紅外遙控的部分使用最重要的是“紅外”但是一般環(huán)境下紅外的成分相當(dāng)?shù)钠毡?，最顯著的例子就是太陽光，太陽包含全波長范圍的光線，紅外的成分也是一個非常重要的組成部分；陰天的時候，由于云層較厚，可見光無法穿透云層，但是紅外的穿透能力較強(qiáng)，所以在陰天人們會感覺較熱，這就是因為紅外較強(qiáng)的緣故，同樣的例子還可以在黃昏時候感受到，黃昏時候可見光已經(jīng)減弱，但是紅外的成分還是比較強(qiáng)；普通的照明燈來比較白炙

5、燈的紅外成分就大大高于日光燈。為了很好的減少環(huán)境紅外對使用產(chǎn)品的影響，就需要載波的定義。 另外經(jīng)過載波的二次調(diào)制還可以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。2、載波頻率的確定 在制定遙控器（發(fā)射部分）的時候，接收頭的載波頻率已經(jīng)由發(fā)射端的晶振/振蕩部分和定時信號發(fā)射器的分頻部分確定下來了。在對晶振進(jìn)行整數(shù)分頻的時候一般分頻系數(shù)選12。舉例說明：最常見的38KHz載波頻率，實際是由發(fā)射端455KHz的晶振在由12分頻時候：455/12=37.9KHz38KHz最常見的40KHz載波頻率，實際是由發(fā)射端480KHz的晶振在由12分頻時候：480/12=40KHz多路控制的紅外遙控系統(tǒng) 普通的家用遙

6、控器實際上已經(jīng)是多路控制紅外遙控系統(tǒng)。 多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端按下某一按鍵時，相應(yīng)地接收端有不同地輸出狀態(tài)。接收端的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式。 “脈沖脈沖” 輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時，接收端對應(yīng)輸出端輸出一個“有效脈沖”。比如說跳臺、音量調(diào)節(jié) 等等； “電平電平” 輸出是指發(fā)射端按下鍵時，接收端對應(yīng)輸出端輸出“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電 平”，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時為低，則“高”為有效； 如靜態(tài)時為高，則 “低”為有效。大多數(shù)情況下“高”為有

7、效。比如字幕，語言等等； “自鎖自鎖” 輸出是指發(fā)射端每按一次某一個鍵，接收端對應(yīng)輸出端改變一次狀態(tài)，即原來為高電平變?yōu)榈?電平，原來低電平變?yōu)楦唠娖?。此種輸出適合用作電源開關(guān)、靜音控制等。有時亦稱這種輸出 形式為“反相”?！盎ユi互鎖” 輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內(nèi)只有一個輸出有效。電視機(jī)的選臺就屬此種情況， 其他如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等?！皵?shù)據(jù)數(shù)據(jù)” 輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號碼，利用接收端的幾個輸出形成一個二進(jìn)制數(shù)，來代表不同的按 鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應(yīng)有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便以后適 時地來取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口。比

8、如DVD的定時收看； 除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對發(fā)射端每次發(fā)的信號，接收端對應(yīng)輸出予以“儲存”，直至收到新的信號為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。 當(dāng)然這個部分主要是由解碼后單片機(jī)部分來進(jìn)行分析處理，遙控器發(fā)射端只是需要發(fā)出各個按鍵的對應(yīng)編碼即可。紅外線遙控接收器的作用是將接收到的紅外線遙控信號，經(jīng)過放大、解調(diào)和整形后輸出功能指令信號，送至微處理器進(jìn)行識別和處理。其實紅外線接收頭部分的功效可以簡單歸納為消除發(fā)射時候的載波波形也不失真的還原遙控器發(fā)射的指令，下面的圖非常明確的顯示了它的作用：接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應(yīng)

9、用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小并且需要長距離動作，所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。接收器的基本組成如下圖所示，它是由一個紅外線光電二極管、前置放大器與解調(diào)電路 IC及外圍元件所組成。 遙控接收器的基本組成 注解：當(dāng)紅外線接收管D接收到紅外線光照射時，所產(chǎn)生的電流經(jīng)過IC的7腳送入放大器形成信號電壓。 ABLC（自動電平限制）電路用來限制輸入到放大器信號的電平幅度，防止過載；IC的3腳外接 的LC諧振回路可以設(shè)置頻率（為40KHz），

10、可將一定頻率誤差范圍之外的頻率 （為30KHz50KHz）范圍以為的干擾信號濾除，提高高頻信號的增益。放大后的高頻信號經(jīng)限 幅后進(jìn)入峰值檢波器，把已經(jīng)調(diào)制的高頻信號重新還原為指令信號，再經(jīng)過整形放大后由IC的1 腳送入微處理器進(jìn)行處理。其他注意事項：1、載波頻率一般選用50占空比，也有選1/3或者1/4的但是不建議選1/4因為載波太短，功率就相對減弱很多容易收到干擾2、遙控器選用紅外線發(fā)射管由于用量大，功率要求低，常常離散性差異較大，直接導(dǎo)致遙控距離有差異3、遙控器故障a）電源故障 當(dāng)遙控器發(fā)生故障時，應(yīng)該首先檢查電源。一般遙控器都使用3V電源，用萬用表測量電壓在2.2V以下時，應(yīng)該更換新電池。如果更換電池后還不能正常工作，就是其它電路的問題。b）鍵盤矩陣電路故障當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個或幾個按鍵不能使用時，可以判斷是鍵盤矩陣電路的問題。鍵盤是 由印刷電路板和導(dǎo)電橡膠組成。如果它們之間接觸不良，就會導(dǎo)致上述情況發(fā)生。 一般是有灰塵雜物，清除時可用無水酒精進(jìn)行清洗，涼干后使用。c）微處理器集成電路故障 當(dāng)集成電路內(nèi)部發(fā)生故障時，內(nèi)部的編碼脈沖信號沒有輸出，這時可以用示波器測量脈沖的輸出端。一般故障多