翟祥林，王景成

0 引言

紅外遙控技術是70年代發(fā)展起來的新興電子技術，它具有價廉、非接觸控制等特點，在普通的環(huán)境下，可靠性高。目前，紅外遙控技術已經(jīng)取得了非常廣泛的應用。不僅很多家電，像電視、影碟機、空調(diào)等都采用紅外遙控，而且在很多工業(yè)設備中，為了克服一些惡劣的工作環(huán)境，也紛紛采用紅外遙控器來控制設備。另外，為了方便使用，許多儀器也都采用紅外遙控器來遙控操作。

一套完整的紅外遙控系統(tǒng)，都由紅外發(fā)送器和紅外接收器兩部分組成。紅外發(fā)送器的功能是把它上面的按鍵的功能編碼，以 30～60kHz的載波調(diào)制后加到近紅外線發(fā)光二極管上發(fā)送出去。通常采用的近紅外線發(fā)光二極管所發(fā)出的近紅外線光的中心波長在 940nm左右。紅外接收器的功能是將發(fā)送端的調(diào)制波解調(diào)，得出發(fā)送端所發(fā)送的功能編碼，遙控設備再根據(jù)功能編碼來進行相應的動作，從而達到遙控的目的。

1 紅外遙控編碼的基本原則

隨著技術的不斷發(fā)展，采用紅外遙控的電器設備逐漸增多。為了防止誤操作，不同廠家不同種類遙控設備的遙控系統(tǒng)編碼方式各不相同，互不兼容，但是它們基本都遵循如下方式：

圖1 紅外遙控系統(tǒng)的編碼方式

引導碼信號是必須的，不可省略，不同廠家所定的信號寬度略有不同。引導碼的信號需要一段較長的信號時間，在此時間內(nèi)來設定紅外接收器內(nèi)光電路的增益，大小隨輸入信號的強度而不同，這樣動作可較為穩(wěn)定。

編碼輸出可分為兩部分，前面是用戶碼（custom code），后面是數(shù)據(jù)碼（data code）。一般將不同的custom code當成不同的產(chǎn)品來分類，而data code則代表功能設定。custom code 及data code的長度，就是傳送的bit數(shù)，不同的產(chǎn)品也會有所不同。有時為了抗干擾的需要，分別將custom code及data code的反碼再一起傳送出去。

編碼輸出的調(diào)制方式一般采用 PPM 方式（Pulse Position Modulation），即利用脈沖之間的大小作為傳送信號的“0”與“1”，一般采取間隔短的代表“1”，間隔短的代表“0”。

重復碼是表示使用者按下按鍵（在按下按鍵時就開始發(fā)送），間隔一段時間以后，若使用者仍未將按鍵放開，為了減少電源的功耗，不再傳送完整的編碼輸出，發(fā)射器改為發(fā)送重復碼，表示按鍵仍在按著。重復碼不是必須的。重復碼的時間與引導碼的時間、“0”和“1”的時間都應不同。

在完整的編碼輸出后，應該再輸出一個停止位，這樣，在接收器的接收處理程序中才可以確定編碼輸出的最后一個bit的時間。同理，在重復碼的最后也必須加上一個停止位。

2 紅外發(fā)送的原理

紅外發(fā)射器應用電路的一般形式如下：

圖2 紅外遙控系統(tǒng)發(fā)送部分的原理圖

紅外發(fā)射器的工作流程：首先，發(fā)射器中的MCU以掃描方式檢測是否有按鍵按下；其次，有按鍵按下后，查找該按鍵對應的功能編碼；然后，就開始傳送，把引導碼，用戶碼及其反碼，按鍵的功能編碼及其反碼，停止位依次傳送出去。所有的信息傳送完之后，若按鍵仍持續(xù)按著，每超過一段時間（一般取100ms左右）后就傳送一次重復碼。

整個流程如下框圖所示：

圖3 紅外遙控系統(tǒng)發(fā)送部分的流程圖

紅外發(fā)送的最佳發(fā)射頻率為38kHz。采用I/O口傳送方式來發(fā)送時，可利用定時器中斷或空指令延時來產(chǎn)生38kHz的頻率。其中空指令延時與MCU的晶振頻率有關，空指令執(zhí)行次數(shù)計算公式如下：

空指令執(zhí)行次數(shù) = 晶振頻率 / 空指令的指令周期 /38000

如果發(fā)送單片機上有PWM口時，采用PWM口傳送方式傳送則更為方便，因為可利用PWM口來產(chǎn)生38kHz的頻率，PWM口的具體使用方法可參閱相關單片機的使用手冊。

假如用戶碼為0110 1110B（二進制表示法），按鍵對應的編碼為0110 0000B，采用I/O口傳送方式發(fā)送，則從此I/O口輸出的波形如下所示：

圖4 紅外遙控系統(tǒng)信號發(fā)送波形示例

其中，高電平部分由 38kHZ的脈沖組成，從而輸出38kHZ的紅外載波。

現(xiàn)在市面上已有專用的紅外發(fā)送單片機，只要加上少量的外圍電路和按鍵，即可組成一個紅外遙控器。如 Holtech公司（臺灣盛揚半導體）的八位 OTP載波遙控單片機HT48RA0A ，它是八位高性能精簡指令集的單片機，專為多輸入/輸出口的產(chǎn)品而設計的，特別適用于作紅外遙控器中的控制器。

3 紅外接收的原理

紅外接收器的接收模塊收到紅外線光后，由光電二極管做光電轉換，經(jīng)過放大、帶通濾波器濾波，再經(jīng)過檢波、整波即可將發(fā)送端的調(diào)制波解調(diào)。現(xiàn)在市面上已有將上述接收過程的電路整合成單一元件的器件，如日本光電子公司的PIC-12043、西門子公司的SFH506-38。

紅外接收器應用電路的一般形式如下：

圖5 紅外遙控系統(tǒng)接收部分的原理圖

經(jīng)解調(diào)處理以后，紅外接收模塊輸出的信號為源發(fā)射信號的反向。假如按上述紅外發(fā)送部分發(fā)送信號，則紅外接收模塊的輸出信號應為如下形式：

圖6 紅外遙控系統(tǒng)信號接收波形示例

紅外接收器中的MCU至少有一個定時器和一個外部中斷。其中定時器以特定的頻率計數(shù)，來確定信號的一個脈沖的時間。紅外接收模塊的輸出信號應接在外部中斷源的引腳上，此外部中斷應設置為下降沿觸發(fā)方式，如果不能設置為此方式，在紅外接收模塊的輸出后面還要加上反向電路或反向器。在定時器中斷服務程序中，每執(zhí)行一次就將計數(shù)值加1，在外部中斷服務程序中，檢查定時器中的計數(shù)值大小，從而確定接收信號的某個脈沖的內(nèi)容：引導碼、0，1、重復碼，并且清除計數(shù)值內(nèi)容。

在接收端來說，假如引導碼的低電平和高電平時間分別為 8.8ms、4.4ms，“1” 的低電平和高電平時間分別為 0.55ms、1.65ms，“1” 的低電平和高電平時間分別為 0.55ms，“0” 的低電平和高電平時間都為 0.55ms，重復碼的低電平和高電平時間分別為8.8ms、2.2ms。若定時器以8kHz的頻率計數(shù)，則各階段的計數(shù)值都可以計算出來：

引導碼：（8.8ms+4.4ms）/（1/8000）＝105.6

“0”： 1.1ms /（1/8000）＝8.8

“1”： 2.2ms /（1/8000）＝17.6

重復碼：（8.8ms+2.2ms）/（1/8000）＝89.6

為提高抗干擾的能力，可以理論的計數(shù)值為中心給定一范圍，只要定時器中的計數(shù)值落在相應的范圍，就確定此脈沖為相應的值。

紅外接收的整個判斷流程如下：

圖7 紅外遙控系統(tǒng)接收部分的流程圖

下面是一個紅外遙控系統(tǒng)中的接收模塊源代碼，使用對象是Windbond公司的51系列單片機W78E52，經(jīng)在產(chǎn)品中長期使用，證明可以高效無誤的實現(xiàn)遙控功能。下面僅給出了接收模塊部分的源代碼，其他部分均已略去（包括調(diào)用的子函數(shù)、中斷的初始化等），給出部分采用C51語言編寫。詳細源代碼如下：

4 結論

在實際使用的紅外遙控系統(tǒng)中，紅外發(fā)送部分即為常說的遙控器，它一般只作發(fā)送遙控指令用，功能較為單一。由于遙控器基本上都使用電池供電，因此，編制紅外發(fā)送部分MCU的控制程序時，一定要遵循節(jié)省電源的原則。紅外接收部分一般只是在產(chǎn)品中接收外部操作指令，并不是產(chǎn)品的核心功能。目前，使用紅外遙控的產(chǎn)品有兩種方式來完成紅外接收功能，一種方式是直接在產(chǎn)品的主控MCU中加上紅外接收模塊，另外一種方式是產(chǎn)品中兩個MCU，其中一個負責人機接口，完成紅外接收解碼等工作，再通過一定的接口傳輸給另外一個MCU，即完成產(chǎn)品主要功能的MCU。

目前，帶有紅外遙控的電器設備逐漸增多。如果在同一環(huán)境下需要遙控多臺設備，由于不同廠家不同種類的遙控設備與其遙控系統(tǒng)一一對應，互不兼容，操作就十分不方便，有時還會因為拿錯遙控器而不能及時操作?，F(xiàn)在市面上出現(xiàn)的一種既具有通用性又能適應每個用戶的特殊要求，并能隨時更新內(nèi)容的通用型學習式紅外遙控器，就能很好的解決這類問題。這種遙控器具有自我學習功能，它能夠學習并存儲不同種類的遙控器所發(fā)出的各種控制信號，然后重發(fā)出來，從而實現(xiàn)一臺遙控器同一控制多種設備。

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