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)。

　　當家里的電視或者VCD、DVD較多時，有時候用遙控器遙控它們，會產(chǎn)生沖突，發(fā)生誤操作。本來只想遙控當中的一臺機器，但是兩臺電視機或者一臺VCD（DVD）和一臺電視機同時受到遙控。仔細分析，這兩個設(shè)備產(chǎn)生沖突是由紅外編碼的問題引起的，由于它們有相同的地址編碼，所以會同時發(fā)生動作，這就造成了上述麻煩。解決問題的關(guān)鍵在于，給每個電器設(shè)置不同的地址編碼，當遙控時，先發(fā)送地址編碼，地址相同的才能接受動作，接受后續(xù)發(fā)來的數(shù)據(jù)，先選擇要遙控的對象，而后再按鍵執(zhí)行相應(yīng)的動作。

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

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

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、指令信號產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動電路及紅外線發(fā)射器組成。當指令鍵被按下時，指令信號產(chǎn)生電路便產(chǎn)生所需要的控制信號，控制指令信號經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后，最終由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外線發(fā)射器，發(fā)出紅外線遙控指令信號。

　　接收器由紅外線接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號檢出電路、記憶及驅(qū)動電路、執(zhí)行電路組成。當紅外接收器件收到發(fā)射器的紅外指令信號時，它將紅外光信號變成電信號并送到前置放大電路進行放大，再經(jīng)過解調(diào)器后，由信號檢出電路將指令信號檢出，最后由記憶電路和驅(qū)動電路驅(qū)動執(zhí)行電路，實現(xiàn)各種操作。

　　控制信號一般以某些不同的特征來區(qū)分，常用的區(qū)分指令信號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代表不同的指令信號來實現(xiàn)遙控。所以紅外遙控系統(tǒng)通常按照產(chǎn)生和區(qū)分控制指令信號的方式和特征分類，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)射器由鍵盤矩陣、遙控專用集成電路、驅(qū)動電路和紅外發(fā)光二極管三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　當有鍵按下時，系統(tǒng)延時一段時間防止干擾，然后啟動振蕩器，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)動紅外發(fā)射管發(fā)射出940nm的紅外光。當發(fā)送結(jié)束時振蕩器也關(guān)閉，系統(tǒng)處于低功耗休眠狀態(tài)。載波的頻率、調(diào)制頻率在不同的場合會有不同，不過家用電器多采用的是38kHz的，也就是用455kHz的振蕩器經(jīng)過12分頻得到的。

　　遙控發(fā)射器的信號是由一串0和1的二進制代碼組成的，不同的芯片對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。但是在實際應(yīng)用中，以上所有的電路都集成在一個電路中，也就是我們常說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，型號也不一樣。由于與CPU的接口的問題，大部分接收電路都是反碼輸出，也就是說當沒有紅外信號時輸出為1，有信號輸出時為0，它只有三個引腳，分別是+5V電源、地、信號輸出。

系統(tǒng)的設(shè)計

　　1 單片機編碼發(fā)射部分

　?、?鍵盤部分

　　紅外遙控器的發(fā)射器電路比較簡單，由一個4×4矩形鍵盤、一個PNP驅(qū)動三極管、一個紅外線發(fā)光二極管和兩個限流電阻組成。要遙控哪臺接收器由鍵盤輸入，即由鍵盤輸入要紅外遙控的地址，地址經(jīng)過編碼、調(diào)制后通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。

矩陣鍵盤部分由16個輕觸按鍵按照4行4列排列，將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的作為輸入。當沒有鍵被按下時，所有輸出端都是高電平，代表沒有鍵按下。有鍵按下時，則輸入線就會被拉抵，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可以知道是否有鍵被按下。

　　鍵盤的列線接到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
● 檢測當前是否有鍵被按下。檢測的方法是使P1.4～P1.7輸出為0，讀取P1.0～P1.3的狀態(tài)，若P1.0～P1.3為全1，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。

　　● 去除鍵抖動。當檢測到有鍵按下后，延時一段時間再做下一步檢測判斷。

　　● 若有鍵按下，應(yīng)該識別出是哪一個鍵閉合。方法是對鍵盤的行線進行掃描。P1.4～P1.7按下面4種組合依次輸出1110，1101，1011，0111，在每組行輸出時讀取P1.0～P1.3，若全為1，則表示0這行沒有鍵輸入，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后采用計算的方法或者查表的方法將閉合鍵的行值和列值轉(zhuǎn)換成所定義的值。

　　● 為了保證每閉合一次CPU僅作一次處理，必須去除鍵釋放時的抖動。產(chǎn)生的鍵值放在發(fā)送數(shù)據(jù)庫區(qū)，30H存放的是產(chǎn)生的鍵值，即要遙控的8位地址共1字節(jié)，31H放的是和30H中的相同的8位地址，地址碼重發(fā)了一次，主要是加強遙控器的可靠性，如果兩次地址碼不相同，則說明本幀數(shù)據(jù)有錯，應(yīng)該丟棄。32H放的是00H（為了編程簡單），33H放的是0FFH，一共32位數(shù)據(jù)。要發(fā)送數(shù)據(jù)時，只要到那里讀取數(shù)據(jù)即可，然后調(diào)用發(fā)射子程序發(fā)送。

　?、谳d波部分

　　根據(jù)前面介紹的紅外遙控的基本原理，紅外遙控器編碼調(diào)制的方法其實很簡單，只要生成一定時間長的電平就可以。再通過一個38kHz載波調(diào)制便可以發(fā)射編碼。載波的產(chǎn)生方法有多種，可以由CMOS門電路RC振蕩器構(gòu)成，或者由555時基電路構(gòu)成等。

　　在此次設(shè)計中采用的是CPU延時，即用定時器中斷完成，用單片機的T0定時產(chǎn)生38kHz載波。設(shè)定定時器為方式2，即自動恢復(fù)初值的8位計數(shù)器。TL0作為8位計數(shù)器，TH0作為計數(shù)初值寄存器，當TL0計數(shù)溢出時，一方面置1溢出標志位TF0，向CPU請求中斷，同時將TH0內(nèi)容送入TL0，使TL0從初值開始重新加1計數(shù)。因此，T0工作于方式2，定時精度比較高。根據(jù)計算，設(shè)定38KHz的定時初值，采用12kHz晶振的定時初值為0F3H，用11.0592kHz晶振時的初值為0F4H，設(shè)定好定時器中斷，在中斷程序中只寫入取反P2.0（CPL P2.0），當要發(fā)送數(shù)據(jù)1時，前面560μs高電平發(fā)送時，先打開定時器中斷，再啟動定時器，允許定時器工作，延時560μs再關(guān)定時器，后面1690μs的低電平因為不發(fā)送信號，所以可以直接置P2.0高電平后，延時1690μs即可；數(shù)據(jù)0前面的560μs高電平和數(shù)據(jù)1的一樣，后面560μs的低電平因為不發(fā)送信號，所以可以直接置P2.0高電平后，延時560μs即可。

      2 紅外接收解碼電路

　　紅外遙控接收采用一體化紅外接收頭，它將紅外接收二極管、放大器、解調(diào)、整形等電路安裝在一起，只有三個引腳。紅外接收頭的信號輸出端接單片機的INT0端，單片機中斷INT0在紅外脈沖下降沿時產(chǎn)生中斷。電路如圖3.3所示，圖中增加一只PNP三極管對輸出信號放大，R和C組成去耦電路抑制電源干擾。

　　圖3 一體化接收頭示意圖

　　3 遙控信號的解碼算法

　　平時，遙控器無鍵按下時，紅外發(fā)射二極管不發(fā)出信號，遙控接收頭輸出信號1，有鍵按下時，0和1的編碼的高電平經(jīng)遙控接收頭反相后會輸出信號0，由于與單片機的中斷腳相連，將會引起單片機中斷（單片機預(yù)先設(shè)定為下降沿產(chǎn)生中斷）。

　　遙控碼發(fā)射時由9ms的高電平和 4.5ms的低電平表示引導(dǎo)碼，用560μs的高電平和560μs的低電平表示數(shù)據(jù)“0”，用560μs的高電平和1690μs的低電平表示數(shù)據(jù)“1”，引導(dǎo)碼后面是4字節(jié)的數(shù)據(jù)。接收碼是發(fā)射碼的反向，所以判斷數(shù)據(jù)中的高電平的長度是讀出數(shù)據(jù)的要點，在這里用882μs（560～ 1690μs之間）作為標尺，如果882μs之后還是高電平則表示是數(shù)據(jù)1，將1寫入寄存器即可（數(shù)據(jù)為1時還需要再延時一段時間使電平變低，用來檢測下一個低電平的開始）。882μs后電平為低電平則表示是數(shù)據(jù)0，則將0寫入寄存器中，之后再等待下一個低電平的到來。

　　繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù)，當接收到32位數(shù)據(jù)時，說明一幀數(shù)據(jù)接收完畢，然后判斷本次接收是否有效，如果兩次地址碼相同并且等于本系統(tǒng)的地址碼，數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼之和等于0FFH，則接收的本幀數(shù)據(jù)有效，點亮一只發(fā)光二極管，否則丟棄本次接收到的數(shù)據(jù)。

　　接收完畢后，初始化本次接收到的數(shù)據(jù)，準備下次遙控接收。

      結(jié)束語

　　本文設(shè)計的通用多址遙控系統(tǒng)達到了預(yù)先想到的性能要求，在實際應(yīng)用中，可以在這個系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計紅外遙控信號自學(xué)習(xí)系統(tǒng)。首先要對設(shè)備的紅外遙控信號進行識別并存儲（自學(xué)習(xí)），然后在需要時進行還原。制成自學(xué)習(xí)系統(tǒng)后可以實現(xiàn)對錄相機和投影機、電視機遙控信號的自學(xué)習(xí)和還原，從而在多媒體遠程教學(xué)系統(tǒng)中實現(xiàn)可紅外遙控設(shè)備的控制。