紅外遙控

紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，光波的波長範圍為0.01um~1000um。根據波長的不同可分為可見光和不可見光，波長為0.38um~0.76um的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為0.01um~0.38um的光波為紫外光(線)，波長為0.76um~1000um的光波為紅外光(線)。紅外光按波長範圍分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為0.76um~1.5um。用近紅外作為遙控光源，是因為紅外發射器件(紅外發光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池)的發光與受光峯值波長一般為0.8um~0.94um，在近紅外光波段內，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性 ^[1]  。

紅外遙控的發射電路是採用紅外發光二極管來發出經過調製的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發射器發射的紅外光轉換為相應的電信號，再送後置放大器。

發射機一般由指令鍵(或操作杆)、指令編碼系統、調製電路、驅動電路、發射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作杆時，指令編碼電路產生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進行調製，再由驅動電路進行功率放大後由發射電路向外發射經調製定的指令編碼信號。

接收電路一般由接收電路、放大電路、調製電路、指令譯碼電路、驅動電路、執行電路(機構)等幾部分組成。接收電路將發射器發出的已調製的編碼指令信號接收下來，並進行放大後送解調電路，解調電路將已調製的指令編碼信號解調出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最後由驅動電路來驅動執行電路實現各種指令的操作控制（機構） ^[2]  。

應用中的各種紅外遙控系統的原理都大同小異，區別只是在於各系統的信號編碼格式不同。

紅外遙控發射器組成了鍵掃描、編碼、發射電路。當按下遙控器上任一按鍵時，TC9012即產生一串脈衝編碼。

遙控編碼脈衝對 40kHz 載波進行脈衝幅度調製(PAM)後便形成遙控信號，經驅動電路由紅外發射管發射出去。紅外遙控接收頭接收到調製後的遙控信號，經前置放大、限幅放大、帶通濾波、峯值檢波和波形整形，從而解調出與輸入遙控信號反相的遙控脈衝。

一次按鍵動作的遙控編碼信息為 32 位串行二進制碼。對於二進制信號“0”，一個脈衝佔 1.2ms；對於二進制信號“1”，一個脈衝佔 2.4ms，而每一脈衝內低電平均為 0.6ms。從起始標誌到 32 位編碼脈衝發完大約需80ms，此後遙控信號維持高電平。若按鍵未釋放，則從起始標誌起每隔 108ms 發出 3 個脈衝的重複標誌。

在 32 位的編碼脈衝中，前 16 位碼不隨按鍵的不同而變化，我們稱之為用户碼。它是為了表示特定用户而設置的一個辨識標誌，以區別不同機種和不同用户發射的遙控信號，防止誤操作。後 16 位碼隨着按鍵的不同而改變，我們就是要讀取這 16 位按鍵編碼，經解碼得到按鍵鍵號，轉而執行相應控制動作。

那麼，不同的按鍵編碼脈衝是怎樣和遙控器上不同的按鍵一一對應的呢？我們藉助於邏輯分析儀記錄下來遙控器上每一個按鍵的編碼脈衝序列，破譯出了各按鍵的編碼。截取 16位鍵碼的 8 位（比如後 8 位）就可達到識別按鍵的目的。當然，要加強遙控系統的抗干擾能力，還需接收全 16 位鍵碼甚至 16 位用户碼加以識別。

紅外遙控接收頭解調出的編碼是串行二進制碼，包含着遙控器按鍵信息。但它還不便於CPU 讀取識別，因此需要先對這些串行二進制碼進行解碼。下面所講的紅外遙控信號解碼電路，它主要包括遙控編碼脈衝串並轉換電路與 PLD 解碼電路。

遙控編碼脈衝的串並轉換如下所述: 紅外遙控接收頭解調出的遙控編碼脈衝經一非門反相後引入計數器 4020 的復位端(RST)，4020 的腳 10(CP)端引入 1MHz 計數脈衝。遙控信號（已反相）中每一正脈衝到來時其高電平對 4020 復位，經過 0.6ms 遙控信號變為低電平，4020 復位結束，開始以 1MHz 的頻率計數，直到下一個正脈衝到來時為止。二進制碼“0”每一脈衝週期低電平時間為 0.6ms，二進制碼“1”每一脈衝週期低電平時間為 1.8ms，4020 的 Q11 端即可以區分二進制碼“0”或“1”。每一遙控編碼正脈衝上升沿到來時，若 Q11 端為“1”，説明前一位遙控碼為“1”；若 Q11端為“0”，説明前一位遙控碼為“0”。

將 4020 的 Q11 端作為 74HCS9S 的串行移位輸入端(SER)，便可在每一個遙控編碼脈衝上升沿到來時並在 4020 復位之前，將 74HC595 中的數據沿 Q0 到 Q7 方向依次移一位，且4020 的 Q11 端數據移入 74HC595 的 Q0 端。對於一組遙控編碼脈衝，共有 33 次上升沿（包括起標誌），而 74HC595 僅為 8 位移位寄存器，所以移位的最終結果，只有遙控編碼脈衝的最後 8 位保留在 74HC595 中。

當一組遙控編碼脈衝（反相後）來到時，其起始標誌的上跳沿觸發了雙單穩 74HC123的 1B，在 1Q 上產生了一個寬度為 120ms 的正脈衝。1Q 同時又觸發了 74HC123 的 2B，在產生一個寬度為 80ms 的負脈衝，1Q 和相與後作為鎖存信號送至 74HC595 的 RCLK 端，即一組遙控編碼脈衝到來 80ms 後，產生一個鎖存信號。此時 74HC595 已經移過了一組遙控碼，芯片中保留的是最後 8 位遙控碼，鎖存信號將這最後 8 位遙控碼鎖存 ^[3]  。

由於紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，所以，在設計家用電器的紅外線遙控器時，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會隔牆控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現遙控信號“串門”的情況。這對於大批量生產以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方便。由於紅外線為不可見光，因此對環境影響很小，再由紅外光波動波長遠小於無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設備。