毕业设计外文翻译-红外线遥控系统

译 文 学 院 ： 机械工程学院 专 业： 机械电子工程 学 号： 0840206126 姓 名： 杨武俊 指导教师： 沈泽洪 江 苏 科 技 大 学 2012 年 5 月 10 日 红外线遥控系统 内 容 摘 要 ：目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术是红外线数据 通 信 技 术 ，其 得 到 许 多 的 软 硬 件 平 台 支 持 。红 外 收 发 器 产 品 的 特 点 有 成 本 低 ，尺寸小，数据传输速度快，点对点 全传输，防电磁干扰等，能够实现不同 产 品 间 快 速 、 方 便 、 安 全 地 进 行 信 息 交 换 和 传 送 ， 在 近 距 离 无 线 传 输 方 面 有着 相 当 明 显 的 优 势 。 红 外 遥 控 收 发 系 统 具 有 很 强 的 实 用 意 义 ， 目 前 红 外 收 发 器产 品 在 便 携 式 产 品 中 有 着 很 大 的 应 用 潜 力 。 随 着 红 外 数 据 传 输 技 术 更 加 成 熟 、成本下降，红外收发器在短距离通讯领域必将得到更广泛的应用。 设 计 本 系 统 的 目 的 是 ， 用 红 外 线 作 为 传 输 载 体 来 携 带 用 户 的 操 作 信 息 并 由接 收 电 路 接 受 并 解 调 出 原 始 操 作 信 号 ， 主 要 使 用 编 码 芯 片 和 解 码 芯 片 对 信 号 进行 调 制 和 解 调 。其 中 编 码 芯 片 使 用 的 是 码 芯 片 使 用 是 们都 由 台 湾 生 产 。其 主 要 工 作 机 理 是 ：我 们 使 用 编 码 键 盘 为 入 信 息 ，输入的信息被 码并加载到 38 载 波 上 ，并 调 制 红 外 发 射 二 极 管 ，辐射 到 空 间 。 然 后 ， 接 收 系 统 接 收 到 发 射 的 信 号 并 解 调 出 原 始 信 息 。 原 始 信 号 由 行 解 码 ， 以 此 驱 动 对 应 的 电 路 完 成 用 户 的 操 作 请 求 。 关键字： 红外线；编码；译码； 外收发器。 1 简介 1 1 研究的背景及意义 红外数据通信技术是目前世界范围内被广泛采用的的一种无线连接技术，得到广大的硬件和软件平台支持。其属于一种通过数据电脉冲和红外光脉冲之间进 行转换从而实现无线数据接受和发送的技术。 红外收发器产品的特点有成本低，尺寸小，数据传输速度快，点对点 全传输，防电磁干扰等，能够实现不同产品间快速、方便、安全地进行信息交换和传送，在近距离无线传输方面有着相当明显的优势。红外收发器产品在便携式产品中的应用潜力巨大。目前，全世界有 150,000,000 台设备采用了红外技术，广泛使用电子产品和工业装 备、医疗设备等领域。比如有 95的便携式电脑就安装了红外收发器接口 ,现在绝大部分手机上也配置了红外收发器接口。随着文档数据交换的普及，红外数据通讯将使手机的数 据传输越来越方便。随着红外数据传输技术越来越成熟、完善、低成本，红外收发器在近距离通讯领域中将取得更为广泛的应用。 本节首先阐明了红外线收发集成电路设计课题的背景和重要性，进而简明扼要地介绍了红外数据通讯技术的特点和应用方向以及红外收发器产品的特点、国内外现状和发展趋势，最后根据红外遥控收发系统的实际应用性确定了课题的设计目的。 1 2 红外遥控收发系统 红外 遥控系统被划分为单频道遥控和多频道遥控。只有一个指令信号传输通道的称为单通道遥控系统，具有两个以上指令信号传输通道的称为多通道遥控系统。相对而言，单通 道遥控一般来说其发射器仅有一个指令键 ,接收器也只有一个执行电路。虽然在接收电路中加入可以根据按动发射器指令键的次数的多稳态记忆电路 ,使接收电路中的多稳态记忆电路的状态多次改变 ,实现多项功能的控制 ,然而这种状态的改变是顺序进行的。如果我们要实现一项自由随机控制 ,需要依靠采用多通道遥控系统来实现。多通道遥控可以实现对被控对象的多功能任意遥控。根据具体实际情况 (如被控对象、操作要求及成本核算等 )来决定选用几个通道及何种控制方式。 通常何情况下，红外遥控收发系统由红外遥控信号编码发送器、红外遥控信号接收器 和解码器（解码芯片 其外部电路等三个部分组成。信号发送器用来产生红外遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，而接收器则需要完成对信号的放大、检波、整波并解调出编码脉冲。红外遥控编码脉冲是一组一组连续的，串行的二进制码，对于大多数的红外收发系统，此串行码可以用作微控制器的遥控输入信号，完成对遥控指令的解码是在 部，对于其它红外遥控收发电子产品的设计者而言，前面提到的微控制器内部解码出的遥控指令是不易深入的。所以，人们利用红外编码芯片 /解码芯片及微控制器研制出许多种通用红外遥控收发系统，在各 种各样的收发设备之间进行红外信号的传输。 通常情况下遥控收发系统是由发射器和接收器这两部分组成。发射器一般由方向键、指令编码回路、激励电路、驱动电路、启动电路等几部分组合而成。当某键被按下时 ,指令编码回路产生对应的指令编码信号 ,编码指令信号对载波进行调制 ,通过驱动电路进行功率放大之后，通过发射电路向外发射已经过调制的指令编码信号。接收器一般由接收电路、放大电路、检波电路、指令译码电路、驱动电路、启动执行电路等几 部分组合而成。接收电路接收发射器发射的已调制的编码指令信号 ,并对其进行放大后送到解调电路。 解调电路将送来的已调制的编码信号进行解调 ,进而还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码 ,最后由驱动电路来驱动执行电路去实现各种各样的指令的操作控制。 1 3 红外遥控收发器产品介绍 一般地红外收发器依照工作模式和传输速率可分为四种类型：串行模式，最高传输速率为 速率模式：最高传输速率为 速率模式：最高传输速率为 16 此外按芯片能量功耗又可分成低功耗型和标准型两种类型，低功耗型一般使用 3输距离较近介于 0准型通常使用 5输距离较远，最少 1 在红外通信技术的早期发展阶段，有几个红外通信标准，在不同标准之间红外设备不能够进行红外通信。为了使各种红外设备能够互相通信，在 1993 年， 20 多个大厂商发起成立了红外数据协会（ 统一了红外通信的标准，也就是目前被广泛采用的红外数据通信协议及规范，也就所熟知的 准。 自 1993 年 立到今天， 会员已经发展到 150 多个。 工业标准已经 获得了广泛的认同和支持。已经开发出来的具备红外通讯能力的设备已经有一百多种。红外模块的年装机数目已经达到 150000000 套。尽管目前有同样也属于近距离无线通讯的蓝牙技术，但红外通讯技术凭借低廉的成本和广泛兼容性的优势，红外数据通讯在未来很长一段时间内仍旧会在短距离的无线数据通讯领域中扮演重要角色。 外收发器产品开发趋势 对于各种各样的红外收发器产品，虽然传输速率、传输距离等特性不同，但红外收发器产品一直朝着提高传输速率，增大传输距离，降低功率消耗，增大发射接收角度等方向发展。尤其是随着技术发展 和成熟，数据传送方式正朝着点对多点方向发展。所以红外遥控收发器产品还有更加广阔的发展前景。 2 红外通讯的知识 2 1 红外线基础知识 外线概述 红外线本质上是一种电磁波。分析自然界中各种电磁波的组成可知，波谱是由 ：射线，射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波组成。从构成方式的观点来看，它们之间似乎没有关系，但如果按照它们的波长依次进行排列，我们会发现无处不在的可见光只占了整个波谱中 m 长的这么一点范围，而和可见光相邻的红外线 （包括远红外线、中红外线和近红外线 外）却占了波谱中 m 的一大段。其中，微米波长范围内又包括了紫外光 、可见光、近红外、中红外 、远红外、微波。 由上面的分析可知，红外线是一种十分丰富的波谱资源，目前它己广泛地应用在生产、生活、军事、医疗等多方面，例如红外加热、红外线医疗、红外线通信、红外摄像、红外遥控等。红外线遥控只是红外线众多应用中的一部分，目前广泛应用在家用电器中的彩色电视遥控器、录像机遥控器、 控器、高保真音响遥控器等，它使这些电器用具的控制变得十分简单方便。 外线特性 红外线介于可见光和微波 之间，因此它具有相邻波段的波的某些特性。在靠近红外区的地方，它比邻可见光，所以具有可见光的某些特性，如直线传播、反射、折射、散射、衍射、可被某些物体吸收以及能够通过透镜将其聚焦等。在远离红外区的地方，它比邻微波区，因此它具有微波的某些特性，如较强的透射能力和可以贯穿某些不透明物质等。在自然界中，不论任何物体，也不论其自身是否发光 （指可见光）， 只要其温度超过绝对零度 （ ，都会一刻不停地向周围辐射红外线。只不过是温度较高的物体辐射较强的红外线，温度低的物体辐射较弱的红外线。因此红外线普遍存在于自 然界，又叫做热辐射线简称热辐射。红外线摄像、红外线夜市、热电电红外探测以及某些导弹的瞄准等就是利用红外线的这一特性工作的。 红外线和可见光比较起来的另一个特性是色彩的丰富多样。因为可见光的最长波长是最短波长的数倍（ 780所以也叫作一倍频程。而红外线的最长波长是最短波长的 1 倍，而红外线的最长波长是最短波长的 10 倍，也就是 10 倍频程。所以，如果可见光能用 7 色光表现，那么红外线便能够用 70 种颜色表现，展示了丰富的色彩。红 外线的透雾性能好，这是它的又一个特性。 由于红外线不可 见 ,因此对环境色彩 影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长 ,所以红外线遥控不会影响邻近的无线电设备。另外波长小于 m 的近红外光 ,在透明大气中的传播特性要比可见光好得 ,并且由于它靠近可见光的红光附近 ,他的直线传播、反射、折射和被物质吸收等物理特性与可见光非常类似。因此 ,它可以使用与可见光类似的聚焦透镜等光学装置。由于红外线遥控不能像无线电遥控那样可以穿过障碍去控制被控制对象 ,因此在设计家用电器的红外线遥控器时 ,不必和无线电遥控一样 ,给每一套 (发射器和接收器 )不同的遥控频率或编码 (不然的话 ,就会干扰妨碍 邻居的家用电器 ) ,所有相似产品的红外线遥控器 ,允许有相同的控制频率或编码 ,而不会出现遥控信号“串门”的问题。红外线遥控的普及带来了很大的便利。红外线不可见 ,具有很好的隐蔽性和保密性 ,因此 ,被广泛地应用于防盗、警戒等安全保卫装置。红外线遥控具有结构简单、低成本、防干扰能力强、可靠的工作性能等一系列优点 ,特别适合近距离遥控、特别是室内遥控的控制方式。 红外线不可见，肉眼眼是无法察觉。电子技术中是利用红外发光二极管（俗称红外发光二极管）来产生红外线。 红外遥控收发是利用近 红外光搭载波长为 m 1. 5 用近红外光作为遥控光源 ,是因为目前红外发光 二极 管与红外接收器件 (光敏二极管、三极管及光电池 ) 的发光与接受光峰值波长一般为 m 0. 94 m ,在邻近红外光的波段内 ,二者的光谱恰好重合 ,可以很好地匹配 ,可获得比较高的传输效率和比较高的可靠性。 通常用的红外发光二极管，外形和发光二极管 似，它的基本电路如图 2示。如图三极管作为贿赂开关，当基极加上驱动信号，三极管饱和导通，红外发光管 射红外光（近红外 线约 D 的管端电压降约 作电流 通常为 1020了适应不同的工作电压要求， D 端回路中常串有限流电阻为红外发光二极管限流。 当发射电路发射红外线去控制相 应的受控装置时，控制的距离正比于 为了增大红外线的控制距离，红外发光二极管 D 应工作于工 作电流是脉动的脉冲状态。因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的最大峰值电流成正比例，所以只需尽量增大峰值电流 可以加大红外光的发射距离。 加是一种降低脉冲责 任周期 ,这是压缩脉冲宽度 一些电视红外遥控控制 ,其红外发光的脉冲责 任周期约 1/4；对于一些电气产品红外遥控器，他们的占空比是 1/10。减小脉冲占空比也可以使小功率红外发光二极管的发射距离明显增加。普通的红外发光二极管，功率分为小功率（ 110中等功率（ 2050大功率（ 50100大类。在使用不同功率的红外发光二极管时，应配置相应功率的驱动电路。由图 2指出的，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压，红外发光二极管就能产生调制光。 红外线发射与接收有两种方式，一种是直射式，第二种是反射式。直射式意思是发光管和接收管相对安置 于发射与受控物的两边，中间有一定距离；反射式则是发光管和接收管并列一起，通常接收管始终无光照，只是在发光管发出的红外光遇到反射物的时候，接收管收到反射的红外线才工作。 2 2 红外通信基本原理 外通信技术的工作原理 红外 通信 技术 是利用波长 介于 900红外波为信息的载体， 通过 红外技术实现两点间的近距离 秘密信息交换 和信息 的传送 。 红外通信系统 组成结构 包含 :发射器，信道， 接收器 。 发射器把信源发出的二进制信号经过高频调制后，通过红外发光二极管发送出去，接收器把接收的红外高频信号通过接收管 接收后经光电转换再解调为原始信息的一种通信传输方式。再接收到原始信息后，可在接收部分连接驱动电路以完成预期的各种功能。其中对信息的的编码调制方式有脉宽调制（ 改变脉冲宽度调制信号 脉时调制 （ 改变脉冲串之间时间 间隔调制信号 两种 。 （ 1）发射器：当前己有红外无线数字通信系统的信息源为语音、数据、图像等。它的工作方式按发射 器 接 收器的布局 方式 不 划 分为 (内部 方式 )， 扩散 (式。 有 方向性，它有信道特性好等 优点，但 有 “ 影子 ”效应， 很难用于 实现漫游功能 的实现。 漫 游方 式 意味着 非方向性， 能够 易于实现漫游功能，但 它的 信道质量有时 比不上 输 的信 号 需要 经数化 (采样 量 化 )， 通常需 要 进行 基 带调制、传输调制 ， 有时还 需要 进行信号源压缩编码 ，由上 所得电信号驱动光电变换电路完成 红外 光信号发射。 红外无线数字通信系统的工作范围与光发射器的功率空间分布、通信质量有关系。一方面采用各种方法提高光发射功率，另外一方面采用空间分集、全息漫射片等使其光发射器的光功率在空间均匀分布。 （ 2）信道：红外无线数字通信的信道通常指的是信号传送 器与接收器之间的空间。由于有自然光线及人工光源等背景干扰光信号的混入，信号源头和端设备中电光学噪声与干扰的影响，红外无线数字通信在某些场合质量较差，这个时候还需加入信道编码。在红外无线通信系统中，由于光信号的反射、散射及背景噪声与干扰的影响等，红外无线数字信道中存在多条干扰及噪声，这是在提高信道质量及进行高速率应用时需要解决的难题。红外无线数字通信信道中经常使用的光学元件主要有光学滤光片、聚光镜等，其作用是 :整形、滤波、变换视场、划分频段等 ；例 如可用透镜对 发射光进行聚焦，利用光学滤光片滤除散光， 利用透镜扩大 光接收机的 接收范围 ，还 能 利用光学元 件进行链路的频分复用等。在红外无线通信信道中光噪声包括 :自然噪声 (阳光 )和 人为干扰 (荧 光灯光 )等，可以 通过 调制传输技术 和 加入滤光片等 来 解决。 （ 3）接收器：为了去除噪声及码间干扰，信道中的光信号由光接收器来实现光电之间的变换。红外无线数字通信系统接收器包括光接收机部分和后面的取样、滤波、判决、量化、平衡和译码部分。红外无线光接收机常采用电子放大器，并要求这些放大器带宽大、增益高、噪声低、干扰小、频率响应与信道脉冲响应能够匹配。为了去除低频噪声及人为干扰需要使用带通滤波器。为 了获得大的光接收机工作范围及瞬时视场，通常使用球形光学透镜。 无线通信包含多种方式，通过红外光进行通信具有如下特点： 频率高 ，波长 短 ，所发射的能量集中 在 空间传送时衰减小，能够保证信号的有效传送； 红外线 不可见 ， 机密 性强， 选择 它为信息载体，装置工作时 会有 视觉 污染， 对 人体无害； 传播范围 没有限制 ， 没有 频率干扰问题 ，同 无线电波方式 比较 ， 不需要对 频谱资源问题向 相关部 门进行 申 请和登记，易于 落实 实施 ； 具有良好的 方向性 ，当传送设备和红外接收端口排成直线，左右偏差 在 15度 以内 时， 红外 装置 工 作效果 最好 ； 红外线不能穿过或绕过人和物体，在进行数据传输时，光路不能被阻断； 现今发射和接收红外信号技术已经比较成熟，有元件体积小，成本低，制作简单、易于产生和调制等优势。 外通信编码基础知识 通 常 情况下， 红外遥控 收发器 将信号 (二进制脉冲 )调制在 38载波上， 在经过缓冲放大后送 到 红外发光二极管，转化为红外 光 信号发射出去。二进制脉冲的形式 多样 ，其 最常用的 是 脉宽调变 码 (脉冲宽度调制码 )和 (脉冲位置调制码）。前者以宽脉冲为 1，窄脉冲 为 0。后者脉冲宽度 相同 ，但是码位的宽度不一样，码位宽的 代表 着 1，码位窄的代表 着 0。 遥控编码脉冲信号（ 如 ） 一般 由 引导码 、系统码、系统反码、功能码、功能反码等组成。引导码也叫 初始 码，由宽度为 9高电平和宽度为 低电平组成（不同的遥控系统在高低电平的宽度上有一定区别）， 远程编码用来标记脉冲信号 的开始。 系统码也 称为 识别码，它用来 表示 遥控系统的种类，以 此 区别其它遥控系统，防止各遥控系统的 错误 动作。功能码也叫 脚本 码，它 具有 相应的控制功能，接收机中的 单片机 可根据功能码的数值完成各种操作。系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码，反码的 引入 是为了能 在接收端校对传输过程中是否产生 了 差错。为了 改进 抗干扰性能 表现 和降低电源 功耗 ，将上述的遥控编码脉冲对频率为 38期 载波信号进行脉幅调制 ( 经过 缓冲放大后 ， 送到红外发光管，将遥控信号发射出去。 地址码和数据码都 使用 用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示 “0” ；两个宽脉冲表示 “1” ；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示 “F” ，表达的是 地址码的 “ 悬空 ” 。 可以明显看到， 红外遥控发射器发出的红外编码， 上半部分是一组一组的字码，每组字码之间 被 同步码隔开。下 半 部分是 被 放大的一组字码：一个 字码由 12 位 （地址码 和 数据码，如 8 位地址码加 4