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红外遥控的发射和接收

2013-12-30

光谱位于红色光之外, 波长为0.76~1.5μm,比红色光的波长还长,这样的光被称为红外线。
红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统,红外遥控具有抗干扰,电路简单,编码
及解码容易,功耗小,成本低的优点,目前几乎所有的视频和音频设备都支持这种控制方式。

一、红外遥控系统结构
红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分,如图1 所示:

图1 红外遥控系统

1.调制

红外遥控发射数据时采用调制的方式,即把数据和一定频率的载波进行“与”操作,这样可以提高发射效率和降低电源
功耗。

调制载波频率一般在30khz到60khz之间,大多数使用的是38kHz,占空比1/3的方波,如图2所示,这是由发射端所使用的
455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12,所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。

图2 载波波形

1.发射系统

目前有很多种芯片可以实现红外发射,可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电,这就要求芯片
的功耗要很低,芯片大多都设计成可以处于休眠状态,当有按键按下时才工作,这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有
足够的耐物理撞击能力,不能选用普通的石英晶体,一般是选用陶瓷共鸣器,陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高,但通常
一点误差可以忽略不计。

红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去,红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同,在其两端施加一定电压时,
它发出的是红外线而不是可见光。
                   
图3a 简单驱动电路                        图3b 射击输出驱动电路


如图3a和图3b是LED的驱动电路,图3a是最简单电路, 选用元件时要注意三极管的开关速度要快,还要考虑到LED的正向
电流和反向漏电流,一般流过LED的最大正向电流为100mA,电流越大,其发射的波形强度越大。

图3a电路有一点缺陷,当电池电压下降时,流过LED的电流会降低,发射波形强度降低,遥控距离就会变小。图3b所示的
射极输出电路可以解决这个问题,两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右,因此三级管发射极电压固定在0.6V左右,
发射极电流IE基本不变,根据IE≈IC,所以流过LED的电流也基本不变,这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥
控距离。

1.一体化红外接收头
   红外信号收发系统的典型电路如图1所示,红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中,成为一体化红外接收头。

内部电路包括红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比较器等。红外监测二极管监测到红外信号,
然后把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平,而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流
信号进入带通滤波器,带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波,通过解调电路和积分电路进入比较器,比较器输出
高低电平,还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的,这样的目的是为了提高接收的灵敏度。
一体化红外接收头,如图5所示:

图5 红外接收头
    红外接收头的种类很多,引脚定义也不相同,一般都有三个引脚,包括供电脚,接地和信号输出脚。根据发射端调制
载波的不同应选用相应解调频率的接收头。

     红外接收头内部放大器的增益很大,很容易引起干扰,因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容,一般在22uf以上。
有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻,进一步降低电源干扰。

    红外发射器可从遥控器厂家定制,也可以自己用单片机的PWM产生,推荐使用超小封装(TSSOP20)的STC12C4052AD
或STC12C5406AD,可产生37.91KHz的PWM, PWM占空比设置为1/3, 通过简单的定时中断开关PWM, 即可产生发射波形。

    接收部分电路和程序比较简单,这里不一一赘述。

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