紅外遙控系統

遠程遙控技術又稱為遙控技術，該技術的作用對指定目標進行遠程的控制，其應用的領域涉及到工業、農業、海陸空以及家電產業等。該技術的可以使得遙控實現無線化和非接觸性，紅外遙控的優勢在於具備良好的抵禦干擾能力、信息數據傳輸安全有效、消耗的能量較少，投入的成本相對較少而且應用範圍廣泛等。由於該技術的硬件接口構造簡單且使用比較方便，軟件系統的編程又靈活，其操作碼可以根據需要設定，所以它能在人們生產和日常生活中得到廣泛的採用，其中最為常見的應用就是家用電器。無線電波相比，紅外線的波長較短，所以這兩種電波同時存在的環境下也不會影響其使用設備的正常工作；此外，由於紅外線不能穿透牆壁，所以各個房間之間的遙控器工作時也互不干擾；只要電路連接正常紅外線電路在不用調試的情況下就能工作，加之其編解碼較為簡單，實現多路遙控也是可行的 ^[1]  。

通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成。應用編碼/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖1所示。發射部分包括鍵盤矩陣、編碼調製、LED紅外發送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。

紅外遙控器是通過發送一定的控制信號來實現對電器的控制，這個控制信號就是一串紅外脈衝編碼信號。通過發送的不同編碼脈衝來表示不同的功能按鍵信號，電器通過紅外接收系統接收到編碼脈衝，並進行相應的解碼執行相應的功能，這樣就實現了紅外遙控家用電器的目的。由此可見編碼在紅外遙控系統中的重要性，不過編碼方式還沒有一個統一的國際標準，每個生產廠家所使用的編碼格式各不相同。使用的編碼標準主要有RC5、NEC、SONY、REC80、SAMSWNG等，主要是歐洲和日本生產廠家所使用的編碼格式。國內家用電器的生產廠家，其編碼方式多數是按照上述的各種編碼方式進行編碼的，應用較多的是NEC型編碼方式。下面介紹最常用的NEC編碼標準。

NEC編碼格式的特徵為：

（1）使用38kHz載波頻率；

（2）引導碼間隔是9ms+4.5ms；

（3）使用16位客户代碼；

（4）使用8位數據代碼和8位取反的數據代碼；

編碼脈衝序列如圖2所示。

NEC 協議通過脈衝串之間的時間間隔來實現信號的調製（ Pulse PositionModulation: PPM）。以脈寬為0.56 ms、間隔0.56 ms、週期為1.12 ms的組合表示二進制的“0”； 以脈寬為0.56ms、間隔1.68 ms、週期為2.24 ms的組合表示二進制的“1”。圖3所示的是位“0”和位“1”的波形圖。上述由“0”和“1”組成的32位二進制碼經38kHz的載頻進行二次調製後可提高發射率, 從而達到降低電源功耗的目的。

由圖2和圖3可以看出NEC的編碼方式，脈衝波形開始以高電平9ms和低電平4.5ms的引導碼進行發射，依次是客户碼、數據碼和數據反碼。

紅外遙控器是通過發送紅外編碼信號，來實現對電器的控制的，但是紅外編碼信號是以什麼方式發送出去，是紅外遙控系統中一個很重要的部分。大多數廠家採用碼流傳輸方式，就是當遙控器的一個按鍵按下在鬆開之前，遙控器向外發送遙控碼的方式。如果在一個完整的編碼控制信號發送完成之後依然按着按鍵，遙控器將發送什麼樣的信號，這個問題仍然以應用最廣泛的NEC標準為例進行介紹。

NEC標準編碼信號傳輸方式是這樣的：起始部分是一個前導碼，由一個9ms的高電平（起始碼）和一個4.5ms的低電平（結果碼）組成，作為接收數據的準備脈衝。在前導碼之後是16位用户碼，8位操作碼以及8位操作碼的反碼，如果當一個完整編碼脈衝發送完成後仍然按着按鍵，遙控器接下來發射的代碼將僅有起始碼（9ms）和結束碼(2.5ms)組成 ^[2]  。

基本的紅外光發射部分主要是由操作鍵盤、紅外發射電路組成。如圖4所示。首先通過操作鍵盤將按鍵信號發送給編碼芯片，編碼芯片再將按鍵相應的編碼脈衝發給發射電路，發射電路將編碼脈衝調製之後發射出去 ^[2]  。

紅外遙控接收器是將接收到的紅外光遙控信號，解調出功能指令操作碼，然後再將其送到微處理器去識別和處理。紅外接收系統主要包括光電轉換器件，放大器、解調和解碼等電路。光電轉換器件用來將接收到的紅外脈衝編碼信號轉換成相應的電信號。轉換的電信號較弱，經高增益電壓放大器放大、選頻電路、檢波電路、整形電路還原成代碼波形，最後送給微處理器進行信息識別和處理，從而完成紅外數據的採集。

紅外接收部分需要用到傳感器，來實現光信號轉換為電信號，常用的紅外光電轉換器件有光電二極管、光敏三極管等。

紅外線遙控接收部分，主要包括紅外光電檢測和接收系統。紅外接收系統信號的檢測和接收，由紅外光電二極管、光敏三極管將接收到的紅外指令信號轉換成相應的電信號。由於紅外光信號比較微弱，因此為了實現對紅外光信號進行檢測和轉換，除了要求高性能的紅外光電轉換器件外，還需要設計性能優良的電路形式。常見的轉換電路如圖5所示。由圖5中可以看到，光信號轉化為電信號並且通過電壓信號

的形式輸出。

紅外線發射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發光管和接收管相對安放在發射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發光管與接收管並列一起，平時接收管始終無光照，只在發光管發出的紅外光線遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。系統中採用的是直射式。

紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內部電路包括紅外監測二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。紅外監測二極管監測到紅外信號，然後把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈衝幅度控制在一定的水平，而不論紅外發射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30kHz到60kHz的負載波，通過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。常用的紅外接收集成電路是一體化紅外接收頭HS0038 ^[2]  。