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红外遥控器的基本原理


红外遥控器的基本原理 红外线的特点人的眼睛能看到的可见光, 若按波长排列, 依次(从 长到短)为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,红光的波长范围为 0.62μm~0.7μm,比红光波 长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长 0.76μm~1.5μm 之间的近红外线来传 送控制信号的。 红外线的特点是不干扰其他电器设备工作,也不会影响周边环境。电路调试简单,若对 发射信号进行编码,可实现多路红外遥控功能。 红外线发射和接收 人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。 发射部分的发射元件为红外发光二极 管,它发出的是红外线而不是可见光。 常用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右,外形与普通φ5mm 发光二 极管相同,只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝等三种。判断红外发光二极管的好坏与 判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约 100mW。红外发光二极管 的发光效率需用专用仪器测定,而业余条件下,只能凭经验用拉距法进行粗略判定。 接收电路的红外接收管是一种光敏二极管, 使用时要给红外接收二极管加反向偏压, 它 才能正常工作而获得高的灵敏度。 红外接收二极管一般有圆形和方形两种。 由于红外发光二 极管的发射功率较小, 红外接收二极管收到的信号较弱, 所以接收端就要增加高增益放大电 路。然而现在不论是业余制作或正式的产品,大都采用成品的一体化接收头。红外线一体化 接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块,性能稳定、可靠。所以,有了一 体化接收头, 人们不再制作接收放大电路, 这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。 红外遥控器的协议 鉴于家用电器的品种多样化和用户的使用特点, 生产厂家对红外遥控 器进行了严格的规范编码,这些编码各不相同,从而形成不同的编码方式,统一称为红外遥 控器编码传输协议。 了解这些编码协议的原理, 不仅对学习和应用红外遥控器是必备的知识, 同时也对学习射频(一般大于 300MHz)无线遥控器的工作原理有很大的帮助。 到目前为止, 笔者从外刊收集到的红外遥控协议已多达十种, 如: RC5、 SIRCS、 SONy、 RECS80、Denon、NEC、Motorola、Japanese、SAMSWNG 和 Daewoo 等。我国 家用电器的红外遥控器的生产厂家, 其编码方式多数是按上述的各种协议进行编码的, 而用 得较多的有 NEC 协议。 红外遥控器的结构特征 红外遥控发射器由键盘矩阵、 遥控专用集成电路、 激励器和红外 发光二极管组 成。 遥控专用集成电路(采用 AT89S52 单片机)是发射系统的核心部分, 其内 部由振 荡电路、定时电路、扫描信号发生器、键输入编码器、指令译码器、用户码转换器、 数码调制电路及缓冲放大器等组成。它能产生键位扫描脉冲信号,并能译出按键的 键码, 再经遥控指令编码器得到某键位的遥控指令(遥控编码脉冲),由 38KHZ 的载 波进行脉冲 幅度调制,载有遥控指令的调制信号激励红外二极管发出红外遥控信号。 在红外接收器中,光电转换器件(一般是光电二极管或光电三极管,我们这里 用的是 PIN 光电二极管)将接收到的红外光指令信号转换成相应的电信号 。此时的信号非常微弱 而且干扰特别大,为了实现对信号准确的检测和转换, 除了高性能的红外光电转换器件, 还应合理地选择并设计性能良好的电路形式。 最常用的光电转换器件是光电二极管,当光 电二极管 PN 结的光敏面受到光照射 后,PN 结的半导体材料吸收光能,并将光能转换为 电能。当光电二极管上加有反向 电压时,二极管中的反向电流将随入射光照强度的变化而 变化,光的辐照强度越大, 其反向电流越大。也就是说,光电二级管的反向电流随入射的 光脉冲作同频率的变 化。 红外遥控器的应用 红外遥控器由于受遥控距离、角度等影响,使用效果不是很好, 如 采用调频或调幅发射接收编码,则可提高遥控距离,并且没有角度影响。红外遥 控发射和 接收模块可以用在室内红外遥控中,它不影响周边环境、不干扰其它电器 设备。由于其无

法穿透墙壁, 所以不同房间的家用电器可使用通用遥控器而不会产 生相互干扰;电路调试简 单,只要按给定电路连接无误,一般不需任何调试即可投入 工作;编解码容易,可进行多路 遥控。现在红外遥控在家用电器、室内近距离遥控中 得到了广泛的应用。另外模块还可以 用在其他红外遥控系统中,应用前景十分广阔。 在家用电器和工业控制系统中红外线遥控器已得到广泛应用,了解他们的工作原理和性能、 进一步自制红外遥控系统,也并非难事。 1.红外线的特点: 人的眼睛能看到的可见光,若按波长排列,依次(从长到短)为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫, 如图 1 所示。 由图可见,红光的波长范围为 0.62μm~0.76μm,比红光波长还长的光叫红外线。红外 线遥控器就是利用波长 0.76μm~1.5μm 之间的近红外线来传送控制信号的。 红外线的特点是不干扰其他电器设备工作,也不会影响周边环境。电路调试简单,若对发射 信号进行编码,可实现多路红外遥控功能。 2.红外线发射和接收 人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管, 它发出的是红外线而不是可见光,如图 2 所示。 常用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右,外形与普通?准 5mm 发光二极管 相同,只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断 普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约 100mW。红外发光二极管的发 光效率需用专用仪器测定,而业余条件下,只能凭经验用拉距法进行粗略判定。 接收电路的红外接收管是一种光敏二极管, 使用时要给红外接收二极管加反向偏压, 它才能 正常工作而获得高的灵敏度。 红外接收二极管一般有圆形和方形两种。 由于红外发光二极管 的发射功率较小,红外接收二极管收到的信号较弱,所以接收端就要增加高增益放大电路。 然而现在不论是业余制作或正式的产品,大都采用成品的一体化接收头,如图 3 所示。红外 线一体化接收头是集红外接收、 放大、 滤波和比较器输出等的模块, 性能稳定、 可靠。 所以, 有了一体化接收头, 人们不再制作接收放大电路, 这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大 大提高。 图 3 是常用两种红外接收头的外形,均有三只引脚,即电源正 VDD、电源负(GND)和数据 输出(Out)。接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同,图 3 列出了因接收头的外形不同而 引脚的区别。 红外接收头的主要参数如下: 工作电压:4.8~5.3V 工作电流:1.7~2.7mA 接收频率:38kHz 峰值波长:980nm 静态输出:高电平 输出低电平:≤0.4V 输出高电平:接近工作电压 3.红外线遥控发射电路 红外线遥控发射电路框图如图 4 所示。 框图 4 是目前所有红外遥控器发射电路的功能组成, 其中的编码器即调制信号, 按遥控器用

途的编码方式可以很简单、也可以很复杂。例如用于电视机、VCD、DVD 和组合音响的遥 控发射的编码器,因其控制功能多达 50 种以上,此时的编码器均采用专用的红外线编码协 议进行严格的编程,然而对控制功能少的红外遥控器,其编码器是简单而灵活。前者编码器 是由生产厂家的专业人员按红外遥控协议进行编码, 而后者适用于一般电子技术人员和电子 爱好者的编码。图 4 中的 38kHz 振荡器即载波信号比较简单,但专业用的和业余用的也有 区别,专业用的振荡器采用了晶振,而后者一般是 RC 振荡器。例如彩电红外遥控器上的发 射端用了 455kHz 的晶振,是经过整数分频的,分频系数为 12,即 455kHz÷12=37.9kHz。 当然也有一些工业用的遥控系统,采用 36kHz、40kHz 或 56kHz 等的载波信号。 因红外遥控器的控制距离约 10 米远,要达到这个指标,其发射的载波频率(38kHz)要求十分 稳定,而非专业用的 RC(38kHz)载波频率稳定性差,往往偏离 38kHz 甚至很远,这就大大 缩短了遥控器的控制距离。因晶振频率十分稳定,所以专业厂家的遥控器全部采用晶振的 38kHz 作遥控器的载波发送信号。 图 4 中编码器的编码信号对 38kHz 的载波信号进行调制,再经红外发射管 D 向空间发送信 号供遥控接收端一体化接收头接收、解调输出、再作处理。


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