一文詳解紅外遙控模塊工作原理

紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計算機(jī)和手機(jī)系統(tǒng)中。本文首先介紹了紅外遙控模塊的基本原理，其次詳解闡述了紅外遙控模塊工作原理，最后介紹了紅外遙控的重要環(huán)節(jié)及應(yīng)用。

紅外遙控的基本原理

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波;紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。

發(fā)射機(jī)一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號。

接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路(機(jī)構(gòu))等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進(jìn)行譯碼，最后由驅(qū)動電路來驅(qū)動執(zhí)行電路實(shí)現(xiàn)各種指令的操作控制(機(jī)構(gòu))。

紅外遙控模塊工作原理

按下遙控器的某一個鍵，遙控器會發(fā)出一連串經(jīng)過調(diào)制后的信號，這個信號經(jīng)過紅外一體化模塊接收后，輸出解調(diào)后的數(shù)字脈沖，每個按鍵對應(yīng)不同的脈沖，故識別出不同的脈沖就能識別出不同的按鍵。

上圖就是很常見的車載MP3遙控器，比較小巧，很好用。下面是紅外發(fā)射和接受原理：

到此讀者可能會有疑惑，那么不同的調(diào)制解調(diào)方法那么出來的脈沖規(guī)則是不一樣的?是的，的確如此。

遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運(yùn)用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本NEC的uPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理(一般家庭用的DVD、VCD、音響都使用這種編碼方式)。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：

采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”;以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，其波形如圖所示。

如圖可見，0與1前端的低電平持續(xù)都是0.56ms，那么就是后面的高電平持續(xù)時間不同，0為0.56ms，1為1.685ms，找到不同之處，編程時就有識別的依據(jù)了!

上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖所示。

UPD6121G產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為十六進(jìn)制01H;后16位為8位操作碼(功能碼)及其反碼。UPD6121G最多額128種不同組合的編碼。

請看下圖，來自網(wǎng)絡(luò)：

當(dāng)一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖，這108ms發(fā)射代碼由一個引導(dǎo)碼(9ms)，一個結(jié)果碼(4.5ms)，低8位地址碼(9ms~18ms)，高8位地址碼(9ms~18ms)，8位數(shù)據(jù)碼(9ms~18ms)和這8位數(shù)據(jù)的反碼(9ms~18ms)組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼(連發(fā)碼)將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.25ms)組成。(實(shí)際上人手的動作是很慢的，即使你快速的按下按鍵，可能對于芯片來說還是超過108ms，所以如何處理連發(fā)碼是很關(guān)鍵的)

遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在45～63ms之間，圖為發(fā)射波形圖。

紅外遙控的重要環(huán)節(jié)

紅外線遙控裝置包括紅外線發(fā)射(即遙控器)和紅外線接收兩部分。既然幾乎所有的物體都在不停地發(fā)射紅外線，那么怎樣才能保證指定遙控器發(fā)射的控制信號既能準(zhǔn)確無誤地被接收裝置所接收，又不會受到其他信號的干擾呢，這就需要從以下四個環(huán)節(jié)上加以控制。

1、紅外傳感器的配套使用紅外發(fā)射傳感器和紅外接收傳感器配套使用，就組成了一個紅外線遙控系統(tǒng)。

遙控用的紅外發(fā)射傳感器，也就是紅外發(fā)光二極管，采用砷化鎵或砷鋁化鎵等半導(dǎo)體材料制成，前者的發(fā)光效率低于后者。峰值波長是紅外發(fā)光二極管發(fā)出的最大紅外光強(qiáng)所對應(yīng)的發(fā)光波長，紅外發(fā)光二極管的峰值波長通常為0.88μm~O.951Am。遙控用紅外接收傳感器有光敏二極管和光敏三極管兩種，響應(yīng)波長(亦稱峰值波長)反映了光敏二極管和光敏三極管的光譜響應(yīng)特性?？梢?，要提高按收效率，遙控系統(tǒng)所用紅外發(fā)光二極管的峰值波長與紅外接收傳感器的響應(yīng)波長必須一致或相近是十分重要的。

2、信號的調(diào)制與解調(diào)紅外遙控信號是一連串的二進(jìn)制脈沖碼。為了使其在無線傳輸過程中免受其他紅外信號的干擾，通常都是先將其調(diào)制在特定的載波頻率上，然后再經(jīng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去，紅外線接收裝置則會濾除其他雜波只接收該特定頻率的信號并將其還原成二進(jìn)制脈沖碼，也就是解調(diào)。下圖是紅外線發(fā)射與接收的示意圖。圖1中沒有信號發(fā)出的狀態(tài)稱為空號或0狀態(tài)，按一定頻率以脈沖方式發(fā)出信號的狀態(tài)稱為傳號或1狀態(tài)。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品的紅外遙控系統(tǒng)中，紅外信號的載波頻率通常為30kHz--OkHz，標(biāo)準(zhǔn)的頻率有30kHz33kHz36KHz、36.7kHz、38kHz、40kHz和56kHz，此范圍內(nèi)的其他頻率也能被識別。

3、編碼與解碼

既然紅外遙控信號是一連串的二進(jìn)制脈沖碼，那么，用什么樣的空號和傳號的組合來表示二進(jìn)制數(shù)的“0”和“1”，即信號傳輸所采用的編碼方式，也是紅外遙控信號的發(fā)送端和接收端需要事先約定的。通常，紅外遙控系統(tǒng)中所采用的編碼方式有三種：

1)FSK(移頻鍵控)方式

移頻鍵控方式用兩種不同的脈沖頻率分別表示二進(jìn)制數(shù)的“0”和“1‘，下圖是用移頻鍵控方式對“0”和“1”進(jìn)行編碼的示意圖。

2)PPM(脈沖位置編碼)方式

在脈沖位置編偶方式下，每一位二進(jìn)制數(shù)所占用的時間是一樣的，只是傳號脈沖的位置有所不同?？仗栐谇?、傳號在后的表示“1”，傳號在前、空號在后的表示“0”。下圖是采用脈沖位置編碼方式對“0”和“1”進(jìn)行編碼的示意圖。

3)PWM(脈沖寬度編碼)方式

脈沖寬度編碼方式是根據(jù)傳號脈沖的寬度來區(qū)別二進(jìn)制數(shù)的“0”和“1”的。

傳號脈沖寬的是“1”，傳號脈沖窄的是“0”，而每位二進(jìn)制數(shù)之間則用等

紅外遙控的應(yīng)用范圍

由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，所以，在設(shè)計家用電器的紅外線遙控器時，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發(fā)射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號“串門”的情況。這對于大批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方便。由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影響很小，再由紅外光波動波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。