紅外遙控的基本原理及通用多址遙控系統(tǒng)介紹

紅外遙控在家用電器、安全保衛(wèi)、工業(yè)控制以及人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛應(yīng)用，特別是家用電器、安全保衛(wèi)。

　　當(dāng)家里的電視或者VCD、DVD較多時(shí)，有時(shí)候用遙控器遙控它們，會(huì)產(chǎn)生沖突，發(fā)生誤操作。本來(lái)只想遙控當(dāng)中的一臺(tái)機(jī)器，但是兩臺(tái)電視機(jī)或者一臺(tái)VCD（DVD）和一臺(tái)電視機(jī)同時(shí)受到遙控。仔細(xì)分析，這兩個(gè)設(shè)備產(chǎn)生沖突是由紅外編碼的問(wèn)題引起的，由于它們有相同的地址編碼，所以會(huì)同時(shí)發(fā)生動(dòng)作，這就造成了上述麻煩。解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于，給每個(gè)電器設(shè)置不同的地址編碼，當(dāng)遙控時(shí)，先發(fā)送地址編碼，地址相同的才能接受動(dòng)作，接受后續(xù)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，先選擇要遙控的對(duì)象，而后再按鍵執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

在本文介紹的設(shè)計(jì)中，用單片機(jī)模擬紅外遙控器編碼，從矩陣鍵盤(pán)輸入要遙控的地址，然后通過(guò)紅外發(fā)光二極管發(fā)射編碼信號(hào)，接收部分先把發(fā)射部分發(fā)射的編碼信號(hào)接收下來(lái)，再和自己本身的地址作比較，如果地址相同，則點(diǎn)亮一只二極管，表示地址相同，遙控成功；否則二極管仍舊是熄滅的。

　　此設(shè)計(jì)是根據(jù)紅外線遙控的原理設(shè)計(jì)的，可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出解決家用電器“打架”現(xiàn)象的電路系統(tǒng)，應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，因此具備一定的實(shí)用性。

紅外遙控的基本原理

　　紅外線遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射器和接收器兩部分組成。發(fā)射器由指令鍵、指令信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路及紅外線發(fā)射器組成。當(dāng)指令鍵被按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生所需要的控制信號(hào)，控制指令信號(hào)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后，最終由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射器，發(fā)出紅外線遙控指令信號(hào)。

　　接收器由紅外線接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號(hào)檢出電路、記憶及驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路組成。當(dāng)紅外接收器件收到發(fā)射器的紅外指令信號(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào)變成電信號(hào)并送到前置放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)解調(diào)器后，由信號(hào)檢出電路將指令信號(hào)檢出，最后由記憶電路和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，實(shí)現(xiàn)各種操作。

　　控制信號(hào)一般以某些不同的特征來(lái)區(qū)分，常用的區(qū)分指令信號(hào)的特征是頻率和碼組特征，即用不同的頻率或者編碼的電信號(hào)代表不同的指令信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控。所以紅外遙控系統(tǒng)通常按照產(chǎn)生和區(qū)分控制指令信號(hào)的方式和特征分類(lèi)，常分為頻分制紅外線遙控和碼分制紅外線遙控。

　　圖1 遙控發(fā)射部分組成

　　1 紅外遙控系統(tǒng)發(fā)射部分

　　紅外遙控發(fā)射器由鍵盤(pán)矩陣、遙控專(zhuān)用集成電路、驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光二極管三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　當(dāng)有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)一段時(shí)間防止干擾，然后啟動(dòng)振蕩器，鍵編碼器取得鍵碼后從ROM中取得相應(yīng)的指令代碼（由0和1組成的代碼），遙控器一般采用電池供電，為了節(jié)省電量和提高抗干擾能力，指令代碼都是經(jīng)32～56kHz范圍內(nèi)的載波調(diào)制后輸出到放大電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射出940nm的紅外光。當(dāng)發(fā)送結(jié)束時(shí)振蕩器也關(guān)閉，系統(tǒng)處于低功耗休眠狀態(tài)。載波的頻率、調(diào)制頻率在不同的場(chǎng)合會(huì)有不同，不過(guò)家用電器多采用的是38kHz的，也就是用455kHz的振蕩器經(jīng)過(guò)12分頻得到的。

　　遙控發(fā)射器的信號(hào)是由一串0和1的二進(jìn)制代碼組成的，不同的芯片對(duì)0和1的編碼有所不同，現(xiàn)有的紅外遙控包括兩種方式：脈沖寬度調(diào)制（PWW）和脈沖位置調(diào)制（PPM或曼徹斯特編碼）。兩種形式編碼的代表分別是NEC和PHILIPS的RC-5。

　　2 紅外遙控系統(tǒng)接收部分

　　接收部分是由放大器、限幅器、帶通濾波器、解調(diào)器、積分器、比較器等組成的，比如采用較早的紅外接收二極管加專(zhuān)用的紅外處理電路的方法，如CXA20106，此種方法電路復(fù)雜，現(xiàn)在一般不采用。但是在實(shí)際應(yīng)用中，以上所有的電路都集成在一個(gè)電路中，也就是我們常說(shuō)的一體化紅外接收頭。一體化紅外接收頭按載波頻率的不同，型號(hào)也不一樣。由于與CPU的接口的問(wèn)題，大部分接收電路都是反碼輸出，也就是說(shuō)當(dāng)沒(méi)有紅外信號(hào)時(shí)輸出為1，有信號(hào)輸出時(shí)為0，它只有三個(gè)引腳，分別是+5V電源、地、信號(hào)輸出。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　1 單片機(jī)編碼發(fā)射部分

　?、?鍵盤(pán)部分

　　紅外遙控器的發(fā)射器電路比較簡(jiǎn)單，由一個(gè)4×4矩形鍵盤(pán)、一個(gè)PNP驅(qū)動(dòng)三極管、一個(gè)紅外線發(fā)光二極管和兩個(gè)限流電阻組成。要遙控哪臺(tái)接收器由鍵盤(pán)輸入，即由鍵盤(pán)輸入要紅外遙控的地址，地址經(jīng)過(guò)編碼、調(diào)制后通過(guò)紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。

矩陣鍵盤(pán)部分由16個(gè)輕觸按鍵按照4行4列排列，將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的作為輸入。當(dāng)沒(méi)有鍵被按下時(shí)，所有輸出端都是高電平，代表沒(méi)有鍵按下。有鍵按下時(shí)，則輸入線就會(huì)被拉抵，這樣，通過(guò)讀入輸入線的狀態(tài)就可以知道是否有鍵被按下。

　　鍵盤(pán)的列線接到P1口的低4位，行線接到P1口的高4位，列線P1.0～P1.3設(shè)置為輸入線，行線P1.4～P1.7設(shè)置為輸出線。

　　圖2 載波調(diào)制示意圖