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38kHz 红外发射与接收 红外线遥控器在家用电器和工业控制系统中已得到广泛应用，了解他们的工作原理和性能、进一步自制红外遥控系统，也并非难事。 1.红外线的特点 人的眼睛能看到的可见光，若按波长排列，依次（从长到短）为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，如图1所示。 由图可见，红光的波长范围为0.62m0.76m，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长0.76m1.5m之间的近红外线来传送控制信号的。 红外线的特点是不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境。电路调试简单，若对发射信号进行编码，可实现多路红外遥控功能。2.红外线发射和接收 人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光，如图2所示。 常用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通5mm发光二极管相同，只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约100mW。红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定，而业余条件下，只能凭经验用拉距法进行粗略判定。 接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收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较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头，如图3所示。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路，这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。图3是常用两种红外接收头的外形，均有三只引脚，即电源正VDD、电源负(GND)和数据输出(Out)。接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，图3列出了因接收头的外形不同而引脚的区别。 红外接收头的主要参数如下： 工作电压：4.85.3V 工作电流：1.72.7mA 接收频率：38kHz 峰值波长：980nm 静态输出：高电平 输出低电平：0.4V 输出高电平：接近工作电压3红外线遥控发射电路 红外线遥控发射电路框图如图4所示。 框图4是目前所有红外遥控器发射电路的功能组成，其中的编码器即调制信号，按遥控器用途的编码方式可以很简单、也可以很复杂。例如用于电视机、VCD、DVD和组合音响的遥控发射的编码器，因其控制功能多达50种以上，此时的编码器均采用专用的红外线编码协议进行严格的编程，然而对控制功能少的红外遥控器，其编码器是简单而灵活。前者编码器是由生产厂家的专业人员按红外遥控协议进行编码，而后者适用于一般电子技术人员和电子爱好者的编码。图4中的38kHz振荡器即载波信号比较简单，但专业用的和业余用的也有区别，专业用的振荡器采用了晶振，而后者一般是RC振荡器。例如彩电红外遥控器上的发射端用了455kHz的晶振，是经过整数分频的，分频系数为12，即455kHz12=37.9kHz。当然也有一些工业用的遥控系统，采用36kHz、40kHz或56kHz等的载波信号。 因红外遥控器的控制距离约10米远，要达到这个指标，其发射的载波频率(38kHz)要求十分稳定，而非专业用的RC(38kHz)载波频率稳定性差，往往偏离38kHz甚至很远，这就大大缩短了遥控器的控制距离。因晶振频率十分稳定，所以专业厂家的遥控器全部采用晶振的38kHz作遥控器的载波发送信号。 图4中编码器的编码信号对38kHz的载波信号进行调制，再经红外发射管D向空间发送信号供遥控接收端一体化接收头接收、解调输出、再作处理。 利用红外线的特点，可以制作多路遥控器。在遥控发射电路中，有两种电路，即编码器和38kHz载波信号发生器。在不需要多路控制的应用电路中，可以使用常规集成电路组成路数不多的红外遥控发射和接收电路，该电路无需使用较复杂的专用编译码器，因此制作容易。4.频分制编码的遥控发射器 在红外发射端利用专用(彩电、VCD、DVD等)的红外编码通讯协议作编码器，对一般电子技术人员或业余爱好者来说，是难于实现的，但对路数不多的遥控发射电路，可以采用频分制的方法制作编码器，而对一路的遥控电路，还可以不用编码器，直接发射38kHz红外信号，即可达到控制的目的。 图5是一种一路的红外遥控发射电路，在该电路中，使用了一片ICl高速CMOS型4-2输入的“与非”门74HC00集成电路，组成低频振荡器作编码信号(f1)，用IC2 555电路作载波振荡器，振荡频率为f0(38kHz)。f1对f0进行调制，所以IC2的脚的波形是断续的载波，该载波经红外发光二极管发送到空间。电路中的关键点A、B、B波形如图2所示，其中B是未调制的波形。 在图5中，选用了555电路作载波振荡器，其目的是说明电路的调制工作原理，即利用大家熟悉的555产生38kHz方波信号，再利用555的复位端脚作调制端，即当脚为高电平时，555是常规的方波振荡器；当脚为低电平时，555的脚处于低电平。脚的调制信号是由ICl的与非门的低频振荡器而获得。 在实际应用中，遥控发射器是3V电池供电，为此只需把555电路ICl剩余的两个与非门组成的38kHz取而代之，如图7所示。 注意：这里未引用CMOS 4-2输入的“与非”门CD4011作图5电路中的编码器和载波发生器，是因为CD4011作振荡产生方波信号时，属于模拟信号的应用。为了保证电路可靠起振，其工作电压需4.5V以上，而74HC00的CMOS集成电路的最低工作电压为2V，所以使用3V电源，完全可以可靠的工作。5遥控接收解调电路 图8为红外接收解调控制电路，图8中IC2是LM567。LM567是一种锁相环集成电路，采用8脚双列直插塑封装，工作电压为+4.75+9V，工作频率从直流到500kHz，静态电流约8mA。脚为输出端，静态时为高电平，是由内部的集电极开路的三极管构成，允许最大灌电流为100mA。鉴于LM567的内部电路较复杂，这里仅介绍该电路的基本功能。 LM567的、脚外接的电阻(R3+RP)和电容C4，决定了内部压控振荡器的中心频率f01，f01=1/1.1RC，、脚接的电容C3、C4到地，形成滤波网络，其中脚的电容C2，决定锁相环路的捕捉带宽，电容值越大，环路带宽越窄。脚接的电容C3为脚的2倍以上为好。 弄清了LM567的基本组成后，再来分析图8电路的工作过程。 ICl是红外接收头，它接收图1发出的红外线信号，接收的调制载波频率仍为38kHz，接收信号经ICl解调后，在其输出端OUT输出频率为f1(见图2)的方波信号，只要将LM567的中心频率f01调到(用RP)与发射端f1(见图2)相同，即f01=fl，则当发射端发射时，LM567开始工作，脚由高电平变为低电平，该低电平使三极管8550导通，在A点输出开关信号驱动D触发锁存器，再由它驱动各种开关电路工作。这样，只要按一下图1电路的微动开关K，即发射红外线，接收电路图4即可输出开关信号开通控制电路，再按一下开关K，控制开关信号关闭，这就完成了完整的控制功能。6.小结 利用图5和图8的电路，可以实现多路遥控器，即在发射端，将ICl组成的低频振荡器，其电路模式不变，只改变电阻R2，即可构成若干种R组成的多个频率不同的低频振荡器(即编码)，利用微动开关转接，38kHz的载波电路共用；在接收电路中，一体化红外接收头共用，再设置与接收端编码器相同个数的LM567锁相器和后级锁相驱动控制电路，各锁相环的振荡频率与各编码器的低频编码信号的频率对应相等。这样发射端(图5)按压不同的按钮，载波信号接入不同频率编码的调制信号时，在接收端(图8)，各对应的LM567的脚的电平会发生变化，从而形成多路控制信号。上述所述的工作方式，称为频分制的编码方式。这种频分制工作方式，其优点是可实现多路控制，但缺点是电路复杂，对于路数不多的控制电路，因电路工作原理简单，对一般电子技术人员仍然是有用的。光谱位于红色光之外， 波长为0.761.5m，比红色光的波长还长，这样的光被称为红外线。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统，红外遥控具有抗干扰，电路简单，编码及解码容易，功耗小，成本低的优点，目前几乎所有的视频和音频设备都支持这种控制方式。 一、红外遥控系统结构红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分，如图1 所示：图1 红外遥控系统1.调制红外遥控发射数据时采用调制的方式，即把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样可以提高发射效率和降低电源功耗。调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图2所示，这是由发射端所使用的455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz1237.9 kHz38kHz。图2 载波波形 1.发射系统目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。 图3a 简单驱动电路 图3b 射击输出驱动电路如图3a和图3b是LED的驱动电路，图3a是最简单电路， 选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。图3a电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图3b所示的射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IEIC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。1一体化红外接收头 红外信号收发系统的典型电路如图所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。一体化红外接收头，如图5所示：图5 红外接收头 红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。 红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。 红外发射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的PWM产生，推荐使用超小封装(TSSOP20)的STC12C4052AD或STC12C5406AD,可产生37.91KHz的PWM, PWM占空比设置为1/3, 通过简单的定时中断开关PWM, 即可产生发射波形。 接收部分电路和程序比较简单，这里不一一赘述。红外遥控解码程序红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。1 红外遥控系统通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。2 遥控发射器及其编码遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在4563ms之间。当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms）,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。3接收器及解码一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。红外一开始发送一段13.5ms的引导码，引导码由9ms的高电平和4.5ms的低电平组成，跟着引导码是系统码，系统反码，按键码，按键反码，如果按着键不放，则遥控器则发送一段重复码，重复码由9ms的高电平，2.25ms的低电平，跟着是一个短脉冲，本程序经过试用，能解大部分遥控器的编码！/串口通信程序/向pc串口发送数据/pc端使用 超级终端 建立连接/9600 8位数据 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); /发送数据i PORTA=i; ms(60000);/定时器T1初始化void t1_init()