红外遥控原理及应用-大赛培训2013夏

1、红外遥控原理及应用一、红外遥控漫谈一、红外遥控漫谈在讲红外遥控之前，首先讲一讲什么是红外线。我们知道，在讲红外遥控之前，首先讲一讲什么是红外线。我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m；紫光的波长范围为；紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为线遥控就是利用波长为0.761.5m之

2、间的近红外线来传之间的近红外线来传送控制信号的。送控制信号的。 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由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、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

3、而且能有效地隔离电境下，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。气干扰。二、红外遥控系统二、红外遥控系统常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。应用常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。应用编编/解解码专用集成电路芯片码专用集成电路芯片来进行控制操作，如下图所示。发射部来进行控制操作，如下图所示。发射部分包括键盘矩阵、分包括键盘矩阵、编码编码调制、调制、LED红外发送器；接收部分包红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、括光、电转换放大器、解调、解码解码电路。电路。 发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特

4、殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为出的红外线波长为940nm左右。左右。红外线遥控系统框图红外线遥控系统框图 遥控器的基本组成如图所示。它主要由形成遥控信号的微遥控器的基本组成如图所示。它主要由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二极管处理器芯片、晶体振荡器、放大晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组

5、成。以及键盘矩阵组成。 微处理器芯片微处理器芯片IC1内部的振荡器通过内部的振荡器通过2、3脚与外部的振荡晶脚与外部的振荡晶体体X组成一个高频振荡器，产生高频振荡组成一个高频振荡器，产生高频振荡 信号。此信号送入定信号。此信号送入定时信号发生器后进行分频产生正弦信号和定时脉冲信号。正弦时信号发生器后进行分频产生正弦信号和定时脉冲信号。正弦信号送入编码调制器作为载波信号；定时脉冲信号送致扫描信信号送入编码调制器作为载波信号；定时脉冲信号送致扫描信号发生器、键控输入编码器和指令编码器作为这些电路的时间号发生器、键控输入编码器和指令编码器作为这些电路的时间标准信号。标准信号。注解：注解： IC1内部

6、的扫描信号发生器产生五种不同时间的扫描脉冲信内部的扫描信号发生器产生五种不同时间的扫描脉冲信号，由号，由59脚输出送至键盘矩阵电路。当按下某一键时，相应脚输出送至键盘矩阵电路。当按下某一键时，相应于该功能按键的控制信号分别由于该功能按键的控制信号分别由1014脚输入到键控编码器，脚输入到键控编码器，输出相应功能的数码信号。然后由指令编码器输出指令编码信输出相应功能的数码信号。然后由指令编码器输出指令编码信号，经过调制器调制在载波信号上，形成包含有功能信息的高号，经过调制器调制在载波信号上，形成包含有功能信息的高频脉冲串，由频脉冲串，由17脚输出经过晶体管脚输出经过晶体管BG放大，推动红外线发光

7、二放大，推动红外线发光二极管极管D发射出脉冲调制信号。发射出脉冲调制信号。 红外接收头的载波频率红外接收头的载波频率/多路控制的红外发射控制功能多路控制的红外发射控制功能 红外接遥控的载波频率红外接遥控的载波频率1、为什么要有载波频率、为什么要有载波频率 红外遥控的部分使用最重要的是红外遥控的部分使用最重要的是“红外红外”。但是，一般。但是，一般环境下红外的成分相当的普遍，最显著的例子就是太阳光，环境下红外的成分相当的普遍，最显著的例子就是太阳光，太阳包含全波长范围的光线，红外的成分也是一个非常重太阳包含全波长范围的光线，红外的成分也是一个非常重要的组成部分；阴天的时候，由于云层较厚，可见光无

8、法要的组成部分；阴天的时候，由于云层较厚，可见光无法穿透云层，但是红外的穿透能力较强，所以在阴天人们会穿透云层，但是红外的穿透能力较强，所以在阴天人们会感觉较热，这就是因为红外较强的缘故，同样的例子还可感觉较热，这就是因为红外较强的缘故，同样的例子还可以在黄昏时候感受到，黄昏时候可见光已经减弱，但是红以在黄昏时候感受到，黄昏时候可见光已经减弱，但是红外的成分还是比较强；普通的照明灯来比较白炙灯的红外外的成分还是比较强；普通的照明灯来比较白炙灯的红外成分就大大高于日光灯。为了很好的成分就大大高于日光灯。为了很好的减少一般环境下红外减少一般环境下红外光的干扰光的干扰，就需要对编码信号载波。，就需要

9、对编码信号载波。关联：关联： 另外经过载波的二次调制还可以另外经过载波的二次调制还可以提高发射效率提高发射效率，达到降，达到降低电源功耗的目的。低电源功耗的目的。2、载波频率的确定、载波频率的确定 在制定遥控器（发射部分）的时候，接收头的载波频率在制定遥控器（发射部分）的时候，接收头的载波频率已经由发射端的晶振已经由发射端的晶振/振荡部分和定时信号发射器的分频部分振荡部分和定时信号发射器的分频部分确定下来了。在对晶振进行整数分频的时候一般分频系数选确定下来了。在对晶振进行整数分频的时候一般分频系数选12。 举例说明：举例说明： 最常见的最常见的38KHz载波频率，实际是由发射端载波频率，实际是

10、由发射端455KHz的的晶振在由晶振在由12分频时候：分频时候： 455/12=37.9KHz38KHz 最常见的最常见的40KHz载波频率，实际是由发射端载波频率，实际是由发射端480KHz的的晶振在由晶振在由12分频时候：分频时候： 480/12=40KHz多路控制的红外遥控系统多路控制的红外遥控系统 普通的家用遥控器实际上已属多路控制红外遥控系统。普通的家用遥控器实际上已属多路控制红外遥控系统。 多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地接收端有不控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地接收端有

11、不同地输出状态。接收端的输出状态大致可分为同地输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、脉冲、电平、自锁、互锁、数据自锁、互锁、数据五种形式。五种形式。 “脉冲脉冲” 输出是当按发射端按键时，接收端对应输出输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个端输出一个“有效脉冲有效脉冲”。比如说调台、音量调节等等；。比如说调台、音量调节等等； “电平电平” 输出是指发射端按下键时，接收端对应输出输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出端输出“有效电平有效电平”消失。此处的消失。此处的“有效脉冲有效脉冲”和和“有效有效电平电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静，可能是高、也可能

12、是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则态状况，如静态时为低，则“高高”为有效；为有效； 如静态时为高，则如静态时为高，则 “低低”为有效。大多数情况下为有效。大多数情况下“高高”为有效。比如字幕，语言等等；为有效。比如字幕，语言等等； “自锁自锁” 输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为时亦称这种输出形式

13、为“反相反相”。 “互锁互锁” 输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其他如调光、调速、音响的输入选择等。速、音响的输入选择等。 “数据数据” 输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效数据有效”输出端，以便以后适时

14、地来取数据。这种输出形式一般用于与输出端，以便以后适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。比如单片机或微机接口。比如DVD的定时收看；的定时收看； 除以上输出形式外，除以上输出形式外，还有还有“锁存锁存”和和“暂存暂存”两种形式两种形式。所谓所谓“锁存锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以出予以“储存储存”，直至收到新的信号为止；，直至收到新的信号为止；“暂存暂存”输出与上输出与上述介绍的述介绍的“电平电平”输出类似。输出类似。 当然这个部分主要是由解码后单片机部分来进行分析处理，当然这个部分主要是由解码后单片机部分来进

15、行分析处理，遥控器发射端只是需要发出各个按键的对应编码即可。遥控器发射端只是需要发出各个按键的对应编码即可。红外线遥控接收器的作用是将接收到的红外线遥控信号，红外线遥控接收器的作用是将接收到的红外线遥控信号，经过放大、解调和整形后输出功能指令信号，送至微处理经过放大、解调和整形后输出功能指令信号，送至微处理器进行识别和处理。器进行识别和处理。其实红外线接收头部分的功效可以简单归纳为消除发射时其实红外线接收头部分的功效可以简单归纳为消除发射时候的载波波形也不失真的还原遥控器发射的指令，下面的候的载波波形也不失真的还原遥控器发射的指令，下面的图非常明确的显示了它的作用：图非常明确的显示了它的作用：

16、接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率一般都得较高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小并且需要长距离动作，所以红外接收二极管接收到的较小并且需要长距离动作，所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。接收器的基本组成

17、如下图所示，它是由一个红外线光电二接收器的基本组成如下图所示，它是由一个红外线光电二极管、前置放大器与解调电路极管、前置放大器与解调电路 IC及外围元件所组成。及外围元件所组成。注解：注解： 当红外线接收管当红外线接收管D接收到红外线光照射时，所产生的电流接收到红外线光照射时，所产生的电流经过经过IC的的7脚送入放大器形成信号电压。脚送入放大器形成信号电压。遥控接收器的基本组成遥控接收器的基本组成 ABLC（自动电平限制）电路用来限制输入到放大器信号（自动电平限制）电路用来限制输入到放大器信号的电平幅度，防止过载；的电平幅度，防止过载；IC的的3脚外接的脚外接的LC谐振回路可以设置谐振回路可以

18、设置频率（为频率（为40KHz），可将一定频率误差范围之外的频率（为），可将一定频率误差范围之外的频率（为30KHz50KHz）范围以外的干扰信号滤除，提高高频信号的）范围以外的干扰信号滤除，提高高频信号的增益。放大后的高频信号经限幅后进入峰值检波器，把已经调增益。放大后的高频信号经限幅后进入峰值检波器，把已经调制的高频信号重新还原为指令信号，再经过整形放大后由制的高频信号重新还原为指令信号，再经过整形放大后由IC的的1脚送入微处理器进行处理。脚送入微处理器进行处理。其他注意事项：其他注意事项：1、载波频率一般选用、载波频率一般选用50占空比，也有选占空比，也有选1/3或者或者1/4的但是不建

19、议选的但是不建议选1/4因为载波太短，因为载波太短，功率就相对减弱很多容易收到干扰功率就相对减弱很多容易收到干扰2、遥控器选用红外线发射管由于用量大，功率要求低，常常离散性差异较大，直接导致、遥控器选用红外线发射管由于用量大，功率要求低，常常离散性差异较大，直接导致遥控距离有差异遥控距离有差异3、遥控器故障、遥控器故障a）电源故障）电源故障 当遥控器发生故障时，应该首先检查电源。一般遥控器都使用当遥控器发生故障时，应该首先检查电源。一般遥控器都使用3V电源，用万用表测量电源，用万用表测量电压在电压在2.2V以下时，应该更换新电池。如果更换电池后还不能正常工作，就是其它电以下时，应该更换新电池。

20、如果更换电池后还不能正常工作，就是其它电路的问题。路的问题。b）键盘矩阵电路故障）键盘矩阵电路故障当发现一个或几个按键不能使用时，可以判断是键盘矩阵电路的问题。键盘是当发现一个或几个按键不能使用时，可以判断是键盘矩阵电路的问题。键盘是 由印刷由印刷电路板和导电橡胶组成。如果它们之间接触不良，就会导致上述情况发生。电路板和导电橡胶组成。如果它们之间接触不良，就会导致上述情况发生。 一般是有一般是有灰尘杂物，清除时可用无水酒精进行清洗，凉干后使用。灰尘杂物，清除时可用无水酒精进行清洗，凉干后使用。c）微处理器集成电路故障）微处理器集成电路故障 当集成电路内部发生故障时，内部的编码脉冲信号没有输出，

21、这时可以用示波器测量当集成电路内部发生故障时，内部的编码脉冲信号没有输出，这时可以用示波器测量脉冲的输出端。一般故障多发生在微处理器外接的晶体振荡器。可用示波器测量出脉冲的输出端。一般故障多发生在微处理器外接的晶体振荡器。可用示波器测量出450500KHz的振荡波形。如果晶振损坏，微处理器是不会工作的。的振荡波形。如果晶振损坏，微处理器是不会工作的。d）驱动放大电路和红外线发光管故障）驱动放大电路和红外线发光管故障当发光管或驱动放大电路发生故障时，指令脉冲信号就无法发射。一般是放大管被击当发光管或驱动放大电路发生故障时，指令脉冲信号就无法发射。一般是放大管被击穿或者发光管损坏。可以用万用表测量

22、它们的好坏。穿或者发光管损坏。可以用万用表测量它们的好坏。4、遥控部分设计时候还要充分考虑到周边干扰状况，做好结构部分的设计；、遥控部分设计时候还要充分考虑到周边干扰状况，做好结构部分的设计；三、通用编解码芯片三、通用编解码芯片PT2262/2272 PT2262/2272 芯片原理简介：芯片原理简介： PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有最多可有12位位(A0-A11)三态地址端管脚三态地址端管脚(悬空悬空,接接高电平高电平,接接低电平低电平),

23、任任意组合可提供意组合可提供531441地址码地址码,PT2262最多可有最多可有6位位(D0-D5)数数据端管脚据端管脚,设定的地址码和数据码从设定的地址码和数据码从17脚脚串行输出串行输出，可用于无，可用于无线或红外遥控发射电路。线或红外遥控发射电路。 三、通用编解码芯片三、通用编解码芯片PT2262/2272 PT2262/2272 PT2262/2272特点：特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元工艺制造，低功耗，外部元器件少，器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：振荡电阻，工作电压范围宽：2.615v ，数据，数据最多可达最多可达6位，地址码最多可达位，地址码最多可达531441种。

24、应用范围：种。应用范围：车辆车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。 名称名称 管脚管脚说说 明明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； Dout17编码输出端（正常时为低电平）PT2262PT2262各引脚功能

25、各引脚功能名称名称 管脚管脚说说 明明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码 D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态

26、）PT2272PT2272各引脚功能各引脚功能 PT2262/PT2272电气参数电气参数参数名称符号工作条件最小值典型值最大值单位工作电压VDD-3-15V工作电流IDDVDD=12V停振A0-A11开路-0.020.03uA输出驱动电流(Dout)IOHVDD=5V，VOH=3VVDD=8V，VOH=4VVDD=12V，VOH=6V3610-mA输出驱动电流(Dout)IOLVDD=5V，VOL=3VVDD=8V，VOL=4VVDD=12V，VOL=6V259-mAPT/2262/PT2272PT/2262/PT2272静态电气参数静态电气参数PT2262/PT2272工作原理：工作原理：

27、PT2262-IR发射芯片发射芯片地址编地址编码输入码输入有有“1”、“0”和和“悬空悬空”三种状态，数据输入有三种状态，数据输入有“1”和和“0”两种状态。由各地址、两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编数据的不同接脚状态决定，编码从码从输出端输出端Dout串行输出串行输出，通过红外发射管发射出去。其通过红外发射管发射出去。其编码时序波形如图编码时序波形如图2所示。所示。 Dout输出的编码信号调制在输出的编码信号调制在38kHz载波上，载波上，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k470k之间选之间选择即可。择即可。(后缀

28、后缀“IR”表示红外发射专用芯片。表示红外发射专用芯片。)地址码必须一致地址码必须一致振荡电阻匹配振荡电阻匹配PT2262/2272组成编解码收发传输系统组成编解码收发传输系统 编码芯片编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平， 地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉地址码和

29、数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示冲表示“0”；两个宽脉冲表示；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示冲表示“F”也就是地址码的也就是地址码的“悬空悬空”。 PT2262每次发射时至少发射每次发射时至少发射4组字码组字码，PT2272只有在只有在连续两次检测到连续两次检测到相同的地址码加数据码后，才会把数据码中相同的地址码加数据码后，才会把数据码中的的“1”驱动相应的数据输出端为高电平，和驱动驱动相应的数据输出端为高电平，和驱动VT端同步端同步为高电平。为高电平。 PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有解码芯片有不同的后缀，表示不同的功

30、能，有L4/M4/L6/M6之分，其中之分，其中L表示锁存输出表示锁存输出，数据只要成功接，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。化时改变。M表示非锁存输出表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的后缀的6和和4表示有几路并行表示有几路并行的控制通道，当采用的控制通道，当采用4路并行数路并行数据时（据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是，对应的地址编码应该是8位，

31、如果采用位，如果采用6路的并行数据时路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是，对应的地址编码应该是6位。位。 设置地址码的原则是：设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致同一个系统地址码必须一致；不；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。的地址码完全随客户喜欢。编码发射芯片编码发射芯片编码接收芯片编码接收芯片PT2262PT2260SC2260SC2262CS5211PT2272/SC2272/CS52121.2M无无3.3M1.1M1.3M200K1.5M无无4.3M1.4M1.

32、6M270K2.2M无无6.2M2M2.4M390K3.3M无无9.1M3M3.6M680K4.7M1.2M12M4.3M5.1M820K振荡电阻的匹配阻值表振荡电阻的匹配阻值表 2262 IR是是2262系列系列用于红外遥控用于红外遥控的专用芯片，可以按照的专用芯片，可以按照下面的图纸进行接线，可以通过调整发射端下面的图纸进行接线，可以通过调整发射端Rosc电阻的大电阻的大小使接收距离最远，发射端电阻的调整范围小使接收距离最远，发射端电阻的调整范围390420K。 红外发射和接收的典型应用原理电路红外发射和接收的典型应用原理电路,为了能正确解调为了能正确解调出调制的编码信号出调制的编码信号,接收端需加一级前置放大级接收端需加一级前置放大级,保证输入保证输入PT2272的信号幅度足够大的信号幅度足够大.PT2272各输出端通过各种接口即各输出端通过各种接口即可