红外遥控原理及应用-遥控发射部分

红外遥控原理及应用
一、红外遥控漫谈


在讲红外遥控之前，首先讲一讲什么是红外线。我们知道，人的眼睛能看到的可见光 按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为 0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比 红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线 来传送控制信号的。 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积 小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响 设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中， 在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效 地隔离电气干扰。
其他注意事项： 1、载波频率一般选用50％占空比，也有选1/3或者1/4的但是不建议选1/4因为载波太短， 功率就相对减弱很多～～容易收到干扰 2、遥控器选用红外线发射管由于用量大，功率要求低，常常离散性差异较大，直接导致遥 控距离有差异 3、遥控器故障 a）电源故障 当遥控器发生故障时，应该首先检查电源。一般遥控器都使用3V电源，用万用表测量 电压在2.2V以下时，应该更换新电池。如果更换电池后还不能正常工作，就是其它电 路的问题。 b）键盘矩阵电路故障 当发现一个或几个按键不能使用时，可以判断是键盘矩阵电路的问题。键盘是 由印刷 电路板和导电橡胶组成。如果它们之间接触不良，就会导致上述情况发生。 一般是有 灰尘杂物，清除时可用无水酒精进行清洗，凉干后使用。 c）微处理器集成电路故障 当集成电路内部发生故障时，内部的编码脉冲信号没有输出，这时可以用示波器测量 脉冲的输出端。一般故障多发生在微处理器外接的晶体振荡器。可用示波器测量出 450～500KHz的振荡波形。如果晶振损坏，微处理器是不会工作的。 d）驱动放大电路和红外线发光管故障 当发光管或驱动放大电路发生故障时，指令脉冲信号就无法发射。一般是放大管被击 穿或者发光管损坏。可以用万用表测量它们的好坏。 4、遥控部分设计时候还要充分考虑到周边干扰状况，做好结构部分的设计；
多路控制的红外遥控系统
普通的家用遥控器实际上已经是多路控制红外遥控系统。 多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应 地接收端有不同地输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。 “脉冲” 输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”。比如说跳台、音量调 节 等等； “电平” 输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”消失。此处的“有效脉冲” 和“有效电 平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有 效； 如静态时为高，则 “低”为有效。大多数情况下“高”为有效。比如字幕，语言等等； “自锁” 输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为 低 电平，原来低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出 形式为“反相”。 “互锁” 输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况， 其他如调光、调速、音响的输入选择等。 “数据” 输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的 按 键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以 后适 时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。比如DVD的定时收看； 除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的 信号，接 收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。 当然这个部分主要是由解码后单片机部分来进行分析处理，遥控器发射端只是需要发出各个按键的

遥控器的基本组成如图所示。它主要由形成遥控信号的微处理器芯片、晶体振荡器、放大 晶体管、红外发光二极管以及键盘矩阵组成。
注解：微处理器芯片IC1内部的振荡器通过2、3脚与外部的振荡晶体X组成一个高频振荡器，产生高频振荡 信号。源自文库信号送入定时信号发生器后进行分频产生正弦信号和定时脉冲信号。正弦信号送入编码调 制器作为载波信号；定时脉冲信号送致扫描信号发生器、键控输入编码器和指令编码器作为这些电 路的时间标准信号。IC1内部的扫描信号发生器产生五中不同时间的扫描脉冲信号，由5～9脚输出送 至键盘矩阵电路。当按下某一键时，相应于该功能按键的控制信号分别由10～14脚输入到键控编码 器，输出相应功能的数码信号。然后由指编码器输出指令码信号，经过调制器调制在载波信号上， 形成包含有功能信息的高频脉冲串，由17脚输出经过晶体管BG放大，推动红外线发光二极管D发射 出脉冲调制信号

红外线遥控接收器的作用是将接收到的红外线遥控信号，经过放大、解调和整形后输出 功能指令信号，送至微处理器进行识别和处理。 其实红外线接收头部分的功效可以简单归纳为消除发射时候的载波波形也不失真的还原 遥控器发射的指令，下面的图非常明确的显示了它的作用：


接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏 压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得 较高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小并且需要长距离动作，所以 红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。 接收器的基本组成如下图所示，它是由一个红外线光电二极管、前置放大器与解调电路 IC及外围元件所组成。
二、红外遥控系统

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控 制操作，如下图所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包 括光、电转换放大器、解调、解码电路。
红外线遥控系统框图

发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部 材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是 可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右。
遥控接收器的基本组成
注解：当红外线接收管D接收到红外线光照射时，所产生的电流经过IC的7脚送入放大器形成信号电压。 ABLC（自动电平限制）电路用来限制输入到放大器信号的电平幅度，防止过载；IC的3脚外接 的LC谐振回路可以设置频率（为40KHz），可将一定频率误差范围之外的频率 （为30KHz~50KHz）范围以为的干扰信号滤除，提高高频信号的增益。放大后的高频信号经限 幅后进入峰值检波器，把已经调制的高频信号重新还原为指令信号，再经过整形放大后由IC的1 脚送入微处理器进行处理。

关联：红外接收头的载波频率/多路控制的红外发射控制功能
红外接遥控的载波频率
1、为什么要有载波频率 红外遥控的部分使用最重要的是“红外”但是一般环境下红外的成分相当的普遍，最显著的例子就 是太阳光，太阳包含全波长范围的光线，红外的成分也是一个非常重要的组成部分；阴天的时候， 由于云层较厚，可见光无法穿透云层，但是红外的穿透能力较强，所以在阴天人们会感觉较热，这 就是因为红外较强的缘故，同样的例子还可以在黄昏时候感受到，黄昏时候可见光已经减弱，但是 红外的成分还是比较强；普通的照明灯来比较白炙灯的红外成分就大大高于日光灯。为了很好的减 少环境红外对使用产品的影响，就需要载波的定义。 另外经过载波的二次调制还可以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。 2、载波频率的确定 在制定遥控器（发射部分）的时候，接收头的载波频率已经由发射端的晶振/振荡部分和定时信号发 射器的分频部分确定下来了。在对晶振进行整数分频的时候一般分频系数选12。 举例说明： 最常见的38KHz载波频率，实际是由发射端455KHz的晶振在由12分频时候： 455/12=37.9KHz≈38KHz 最常见的40KHz载波频率，实际是由发射端480KHz的晶振在由12分频时候： 480/12=40KHz