红外遥控发射电路设计

毕业设计 论文 题 目 红外遥控发射电路设计 系 专业班级 学生姓名 指导教师 20XX 年 X 月 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 I 红外遥控发射电路设计 摘要 红外线遥控具有结构简单 制作方便 成本低廉 抗干扰能力强 工作可靠性高 等一系列优点 是近距离遥控 特别是室内遥控的优选遥控方式 该文介绍了基于 NEC 协议的红外遥控器发射电路的设计 用 NEC 协议将键盘采 集到的信号进行编码 并通过发送电路将信号发送出去 遥控发射器专用芯片很多 本实验以 HT6221 组成发射电路 一般家庭用的 DVD VCD 音响都使用这种编码 方式 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 关键词 关键词 红外线 遥控 NEC 协议 HT6221 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 2 页 共 4 页 目录 第 1 章 绪论 2 1 1 项目背景 3 1 2 红外遥控的发展 5 1 3 项目背景和建设意义 5 第二章 几种常用红外遥控器协议 6 2 1 NEC 协议 6 2 2 Nokia NRC1 协议 7 2 3 Philips RC 5 协议 8 2 4 ITT 协议 9 2 5 Sharp 协议 10 第三章 红外遥控发射电路 12 3 1 HT6221 芯片介绍 12 3 2 HT6221 应用电路 13 3 3 HT6221 键码生成方式 14 3 3 1 HT6221 键码的形成 14 3 3 2 代码格式 15 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 3 页 共 4 页 第 1 章 绪论 1 1 项目背景 红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发 它一般由红 外发射和接收系统两部分组成 发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号 而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收 就构成红外通信系统 特点 保密性强 息容量大 结构简单 既可以是室内使用 也可以在野外使用 由于它具有良好的方向性 适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信 但在野外 使用时易受气候的影响 红外通讯技术利用红外线来传递数据 是无线通讯技术的一种 红外通讯技术不需要实体连线 简单易用且实现成本较低 因而广泛应用于小型 移动设备互换数据和电器设备的控制中 例如笔记本电脑 PDA 移动电话之间或与电 脑之间进行数据交换 电视机 空调器的遥控等 由于红外线的直射特性 红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方 这种场合下 一般选用 RF 无线通讯技术或蓝牙技术 红外通讯技术多数情况下传输距离短 传输速 率不高 为解决多种设备之间的互连互通问题 1993 年成立了红外数据协会 IrDA Infared Data Association 以建立统一的红外数据通讯标准 1994 年发表了 IrDA 1 0 规范 红外线通信是一种廉价 近距离 无线 低功耗 保密性强的通讯方案 主要应 用于近距离的无线数据传输 也有用于近距离无线网络接入 从早期的 IRDA 规范 bps 到 ASKIR 1 152Mbps 再到最新的 FASTIR 4Mbps 红外线接口的速度不断 提高 使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多 红外线接口是使用有方向 性的红外线进行通讯 由于它的波长较短 对障碍物的衍射能力差 所以只适合于短 距离无线通讯的场合 进行 点对点 的直线数据传输 因此在小型的移动设备中获 得了广泛的应用 红外线通讯发展早期存在着规范不统一的问题 许多公司都开发出自己的一套红 外通讯标准 但不能与其它公司有红外功能的设备进行红外通讯 因此缺乏兼容性 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 4 页 共 4 页 自 1993 年起 由 HP COMPAQ INTEL 等多家公司发起成立了红外数据协会 Infrared Data Association 简称 IRDA 建立了统一的红外数据通信标准 一年以后 第一个 IRDA 的红外数据通讯标准 IrDA1 0 发布 又称为 SIR Serial InfraRed 它是基 于 HP 开发出来的一种异步的 半双工的红外通信方式 通过对串行数据脉冲和光信号 脉冲编解码实现红外数据传输 IrDA1 0 的最高通讯速率只有 115 2Kbps 适应于串行 端口的速率 1996 年 该协会发布了 IrDA1 1 标准 即 Fast InfraRed 简称为 FIR FIR 采用 了全新的 4PPM 调制解调技术 其最高通讯速率达到 4Mbps 这个标准是目前运用得最 普遍的标准 我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品 继 IRDA1 1 之后 IRDA 又发布了通讯速率高达 16Mbps 的 VFIR 技术 Very Fast InfraRed 不断提高的速率 使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地 而不仅是数据线缆的替代 红外线 的传输距离为 1 100CM 传输方向的定向角 30 度 点对点直线数据传输 红外线 IrDA 简称 IR 是一种无线通讯方式 常常可以使用红外线进行无线数据 传输 能够取代复杂的连接线 自 1974 年发明红外线以来 它已经过风风雨雨二十多 年的发展 如今 已经是一种很成熟的传输技术 不光我们可以在手机上找到 IR 口 我们还可以在一些很普遍的地方找到红外线 最好的例子就是电视机或 VCD 机上的遥 控 所谓遥控 就是指对被控对象 按照所规定的意图对其内部参数 工作状态等进 行远距离操纵 遥控技术在现代工农业生产 科研 国防等领域均有非常广泛的应用 随着现代科技的发展 它们的应用也越来越普遍 遥控技术一般应用于操作者不能或难以到达受控对象的场合 而对于移动式的受 控对象 则更不得不使用遥控技术 例如在恶劣环境下作业的机器 人难以到现场操 作 就必须使用遥控技术进行远距离操纵 遥控的种类有很多 若以遥控信息传送方式区分 可以分为有线遥控和无线遥控 两大类 而无线遥控又包含了红外线遥控 超声波遥控和无线电遥控三类 有限遥控 和无线电遥控可以达到很远的距离 而红外线和超声波遥控只能在十几米之内 因此 多用于家用电器方面 1 由于红外线为不可见光 因此对环境影响很小 由于红外光波的波长远小于无线 电波的波长 所以红外线遥控不会干扰其他家用电器 也不会影响邻近的无线电设备 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 5 页 共 4 页 另外 波长小于 1 5us 的近红外光 在透明大气中的传输特性要比可见光好的多 而且由于它靠近可见光的红光边缘 其直线传播 反射 折射和被物质吸收等物理特 性与可见光非常相似 因此 它可以使用与可见光类似的聚焦透镜等光学装置 红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过遮挡物去控制被控对象的能力 正是由 于这个特点 工厂设计生产电视机 录像机 电风扇等家用电器的红外线遥控器时 不必像制作锁那样 每套 锁和钥匙 必须有一种新的结构 否则 钥匙就变为通用 锁的作用便会失去 也不必像无线电遥控那样 每套 发射器与接收器 要有不相同 的遥控频率或编码 否则 就会隔墙去控制或干扰邻居的家用电器 所有同类产品的 遥控器可以有相同的遥控频率或编码 而不会出现遥控信号 串门 的情况 这对于 工厂大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便 红外线为不可见光线 具有很强的隐蔽性和保密性 因此 在防盗 警戒等安全 保卫装置中也得到了广泛的应用 1 2 红外遥控的发展 随着人们生活水平的提高 人们对生活环境和生活质量的要求也在不断提高 空 调 音响 以及一些电动玩具应运而生 与此同时 这些电器都会配备一个遥控器以 方便用户使用 而红外遥控在其中扮演了不可或缺的角色 红外遥控有二十五年的历史了 是控制电子设备的一种经济有效的方法 60 年代 初 一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术 但由于受当时技术条件的限制 遥 控技术发展很缓慢 70 年代末 随着大规模集成电路和计算机技术的发展 遥控技术 才得到快速的发展 在遥控方式上大体上从有线到无线的超声波 从振动子到红外线 再到使用总线的 微机红外遥控这样几个阶段 无论你采用何种方式 准确无误传输信号 最终达到满 意的控制效果是非常重要的 最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号 由于电 磁波容易产生干扰 也易受干扰 因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号 与 红外线相比 超声传感器频带窄 所能携带的信息量少 易受干扰而引起误动作 较 为理想的是光控方式 逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式 出现了红 外线多功能遥控器 成为当今时代的主流 由于红外线在频谱上居于可见光之外 所 以抗干扰性强 具有光波的直线传播特性 不易产生相互间的干扰 是很好的信息传 输媒体 1 2 项目背景和建设意义 红外通信是以红外线作为载体来传送数据信息 它作为无线通信的一种 与无线 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 6 页 共 4 页 电通信相比 由于其性能价格比高 实现简单 具有抗电磁干扰 便于高速应用 空 间接入灵活 经济的特点 可用于室内外实现点对点 无线红外 LAN 通信及军用红外 引信 在移动计算和移动通讯的设备中获得了广泛的应用 在某些场合 需要数据交换但又不是很大 且实时性要求又不是很高的情况下 可以 使用红外通讯方式 这样既可以得到无绳化通信带来的便利 又可以避开采用无线电 高频电路可能引发的一些问题 譬如用于家用电器的遥控器 计算机的遥控键盘和遥 控鼠标以及便携式数据收集装置 煤水电表的登录器 报税机 与主机的数据交换等 目前 利用红外线进行无线数据通信 无论从小型化 轻量化 还是从安全性等方面 考虑 其可行性都比较高 并且已经在无线多信道室内话音系统 无绳电话以及键盘 和终端间的短距离无线连接中得到了应用 所有这些应用中的工作带宽远低于 WLAN 需 要的带宽 现代遥控技术也十分普遍的应用于各类家用电器中 例如电视遥控 电灯遥控 电风扇遥控 空调器遥控等 这类应用提高了家电的功能和档次 更重要的是给使用 者带来极大的方便 设有遥控功能的电视机使用者不必离开座位只需使用手持红外遥 控器就可以进行节目切换 以及对音量 对比度 亮度等的调节 在这些应用中 操 作者与受控者之间并非 遥 也非 难以到达 仅为方便而已 因此对 遥控 的 定义 应广义的理解为操作者没有直接对受控对象进行操作 遥控的种类有很多 若以遥控信息传送方式区分 可以分为有线遥控和无线遥控 两大类 而无线遥控又包含了红外线遥控 超声波遥控和无线电遥控三类 有限遥控 和无线电遥控可以达到很远的距离 而红外线和超声波遥控只能在十几米之内 因此 多用于家用电器方面 1 本设计基于对现今市面上主流的红外遥控编码格式进行学习 最终从近百个编码 协议中选取最为高效的 RC5 编码规范协议 并通过广播和电视向外扩散 使得产品在 短时间内的到广大消费者的认可 和引来大量的用户 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 7 页 共 4 页 第二章 几种常用红外遥控器协议 2 1 NEC 协议 NEC 协议特征 八位地址码和八位数据码 载波频率为 38k hz 脉冲宽度调制 地址码和数据码发两次 以增加可靠性 图 2 1 NEC 红外协议编码效果图 由上图可知 0 56ms 的载波随后 0 56ms 的低电平的电平组合 代表的是信 号 0 0 56ms 的载波随后 1 69ms 的低电平的电平组合 代表信号 1 NEC 的红外编码格式如下图所示 图 2 2 NEC 红外编码协议格式图 首先 一条完整的 NEC 协议 包括引导码 8 位地址码 8 位地址反码 8 位数据 码和 8 位数据反码 引导码位 9 毫秒的持续脉冲和 4 5 毫秒的空脉冲序列 随后是 8bit 的地址码和 8 bit 地址反码 8 bit 的数据码与 8 bit 的数据反码 数据码和地址码 都是先发最低有效位 LSB 再发最高有效位 MSB 2 2 Nokia NRC1 协议 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 8 页 共 4 页 特征 8 bit 数据码 4 bit 地址码 4 bit 替代码 载波频率为 38k hz 二相编码 传送一位的时间为 1ms 图 2 3 诺基亚红外协议编码效果图 由上图可知 500us 的载波随后 500us 的低电平的电平组合 代表的是信号 1 500us 的低电平随后 500us 的载波的电平组合 代表信号 0 诺基亚的红外编码格式如下图所示 图 2 4 诺基亚红外编码协议格式图 首先 一条完整的 NEC 诺基亚协议 包括引导码 8 位数据码 4 位地址反码 4 位替代码 引导码位 0 5us 的持续脉冲和 3 毫秒的空脉冲序列 随后是 8bit 的数据码 和 4 bit 地址码 4 bit 的替代码 数据码和地址码 都是先发最低有效位 LSB 再发最高有效位 MSB 2 3 Philips RC 5 协议 特征 5 bit 地址码和 6 bit 的命令码 二相编码 曼切斯特编码 载波频率 36k hz 传发送一位的时间 1 778ms 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 9 页 共 4 页 图 2 5 RC 5 红外协议编码效果图 由上图可知 500us 的载波随后 500us 的低电平的电平组合 代表的是信号 1 500us 的低电平随后 500us 的载波的电平组合 代表信号 0 RC 5 的红外编码格式如下图所示 图 2 6 RC 5 红外编码协议格式图 首先 一条完整的 RC 5 协议 包括引导码 5 位地址码 6 位数据码 2 4 ITT 协议 ITT 是最早的一种红外线传输协议 该协议不像其他红外线信号传输协议那样用载 波频率来传输红外线信号 而是用宽度为 10us 的 14 个脉冲来传送遥控命令 通过改 变脉冲 I 间距来对命令编码 用 ITT 协议传输数据非常可靠 而且功耗极低 在欧洲 包括 ITT 国际电话电报公司 Greatz Schaub Lorenz Finlux Nokia 等在内的很 多公司均采用此协议来做用户电子标签 1 主要特性 每条信息只有 14 个非常窄的脉冲 脉宽 10us 不对信号进行调制 采用脉冲距离编码 电池寿命极长 4 位地址码 6 位命令码 带时间自校准 发送器中可使用 RC 振荡器 6 通信速度快 发送一条信息只需 1 7ms 2 7ms 2 协议 14 个脉冲传送 1 条红外信息 每个脉冲宽 10us 用三种不同的脉冲周期来区别每 位所表达的内容 10us 表示二进制的 0 200us 表示 1 300us 表示预备脉冲或结 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 10 页 共 4 页 束脉冲 图 2 1 是 ITT 的 0 和 1 的表示方法示意 图 10b 是用 ITT 传送的命令 的格式 100us 0 200us 1 10us 图 2 7 ITT 红外编码协议格式图 引入S 010110 010 0 引出 预备脉冲 起始脉冲 地址位命令位 结束脉冲 图 2 8 ITT 红外编码协议格式图 预备脉冲的作用是让接收器设置放大器的增益 其后是 30us 的引入延时 然后是 起始脉冲 起始脉冲的周期为 100us 即逻辑 0 起始脉冲可以用于接收器的时间校 准 起始脉冲的后面是 4 位地址码 高位在前 接着是 6 位命令码 高位在前 命令码 后面紧跟着一个尾脉冲 最后是 300us 的引出延时及结束脉冲 接收软件从两方面来验证接收信息的有效性 一是引出延时必须是起始脉冲的周 期的 3 倍 而起始脉冲的周期为 10us 二是逻辑 0 的空号时间误差不得超过起始脉冲的 周期的 20 逻辑 1 的空号时间是起始脉冲的周期的 2 倍 另外 接收尾脉冲到收到结 束脉冲的等待时间不超过 360us 超过 360us 则可能是信号传送中断或没传送 预备 脉冲仅作自动增益调整用 接收软件可以对其不予理会 信息的解码从起始脉冲开始 控制信息分成 4 位地址和 6 位命令两部分 地址范围从 0 15 命令范围从 0 63 地址成对使用 一组地址从 0 7 一组是其反码 1 5 8 按键时第一次发出的信息中的地 址是低地址 而后续发送的信息中的地址则是第一次所发地址的反码 直到该按键被释 放 这就允许接收器中止对重复码的接收 在按键没有释放之前 每 130ms 将重复发 送一次控制信息 2 5 Sharp 协议 Sharp协议用于Sharp的VCR中 1 主要特性 8位命令 5位地址 PWM脉冲宽度编码方式 载波频率38kHz 一位用时1ms或2ms 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 11 页 共 4 页 2 协议 协议采用PWM脉冲宽度编码方式 传号时间320us 载波频率38kHz 约12个周期 推荐的载波占空比为1 4或1 3 逻辑 1 占用时间为2ms 逻辑 0 占用时间为 1ms 如图所示 图是其传送命令的格式示意图 5位地址码和8位命令码 均是低位在 前 命令码后面是扩展位 Exp 和检测位 Chk 分别用逻辑 1 和逻辑 0 表示 最后是一个320us的尾脉冲 图中的地址码和命令码分别是03H和11H 2ms 320us 1ms 320us320us 逻辑 1 逻辑 0 图 2 9 sharp 红外编码协议图 图 2 10 sharp 红外编码协议格式图 如图17所示 每条完整的遥控命令由两部分信息组成 两部分信息之间间隔40ms 两者的地址码完全相同 但后者传的命令码 扩展位 检测位则是前者的反码 接收 器可以据此判断所接收的数据是否有效 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 12 页 共 4 页 第三章 红外遥控发射电路 3 1 HT6221 芯片介绍 本设计选用的红外发射芯片为 HT6221 该芯片特征如下 特征 工作电压 1 8V 3 5V Dout 输出 38KHz 最小发射字 一个字 一个 455KHz 的陶瓷或晶体 16 位地址码 8 位数据码 最大活动键 HT6221 32 键 HT6222 64 键 主要应用场景 电视和录像录音机控制器 夜盗警报系统 烟火警报系统 车门控制器 汽车警报系统 安全系统 其它遥控系统 HT6221 HT6222 能编码 16 位地址码和 8 位数据码 HT6221 HT6222 包含 32 键 K1 K32 和 64 键 K1 K64 P S D 9 8 7 6 5 4 N N S 1 2 3 4 5 6 7 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 13 页 共 4 页 图 3 1 HT6221 引脚图 HT6221 内部结构图如下所示 图 3 2 HT6221 内部结构图 HT6221 引脚说明如下所示 表 3 1 红外引脚说明表 引脚号引脚名称I 0描述 1 6R3 R8输入键盘行控制 高电平有效 7DOUT输出串行数据输出引脚 38KHz 发射频率 8VDD输入1 8V 3 5V 9DT输入最重要数据位 DT 代码设置 10X2输出455KHz 振荡器输出 11X1输入455KHz 振荡器输入 12VSS输入地 13LED输出发射输出 14 21C8 C1输入 输出键盘列控制 22AIN输入低 8 位地址码输入 23 24R1 R2输入键盘行控制 高电平有效 3 2 HT6221 应用电路 HT6221 芯片在实际使用时 需要接入 455KHZ 的时钟信号 为此需要需要采用 455KHZ 的晶振提供时钟振荡源 同时 该芯片还需要接入电源 本设计采用 3V 纽扣电 池供电 实现芯片正常工作 在正常工作模式下 按下一个按键 HT6221 获取按键按 r r s t r D D S N 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 14 页 共 4 页 下信息 并输出与之配套的红外发射数据 通过红外发射管发射出去 HT6221 实际电路如下所示 图 3 3 HT6221 典型电路图 图 3 4 HT6221 遥控实物图 内蒙古电子信息职业技术学院毕业设计 论文 红外遥控发射电路设计 第 15 页 共 4 页 3 3 HT6221 键码生成方式 3 3 1 HT6221 键码的形成 当一个键按下超过 36ms 振荡器使芯片激活 如果这个键按下且延迟大