原创 「硬见小百科」一文详解红外遥控模块工作原理

2020-8-7 10:14 590 23 6 分类: PCB 文集: 硬见小百科

红外遥控是一种无线、非接触控制技术,具有抗干扰能力强,信息传输可靠,功耗低,成本低,易实现等显著优点,被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用,并越来越多的应用到计算机和手机系统中。本文首先介绍了红外遥控模块的基本原理,其次详解阐述了红外遥控模块工作原理,最后介绍了红外遥控的重要环节及应用。


红外遥控的基本原理

  红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波;红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成,它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号,再送后置放大器。

 发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时,指令编码电路产生所需的指令编码信号,指令编码信号对载波进行调制,再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。

  接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来,并进行放大后送解调电路,解调电路将已调制的指令编码信号解调出来,即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码,最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制(机构)。

 红外遥控模块工作原理

  按下遥控器的某一个键,遥控器会发出一连串经过调制后的信号,这个信号经过红外一体化模块接收后,输出解调后的数字脉冲,每个按键对应不同的脉冲,故识别出不同的脉冲就能识别出不同的按键。

  

  上图就是很常见的车载MP3遥控器,比较小巧,很好用。下面是红外发射和接受原理:

  

  到此读者可能会有疑惑,那么不同的调制解调方法那么出来的脉冲规则是不一样的?是的,的确如此。

  遥控发射器专用芯片很多,根据编码格式可以分成两大类,这里我们以运用比较广泛,解码比较容易的一类来加以说明,现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理(一般家庭用的DVD、VCD、音响都使用这种编码方式)。当发射器按键按下后,即有遥控码发出,所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征:

  采用脉宽调制的串行码,以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”;以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”,其波形如图所示。

  

  如图可见,0与1前端的低电平持续都是0.56ms,那么就是后面的高电平持续时间不同,0为0.56ms,1为1.685ms,找到不同之处,编程时就有识别的依据了!

  上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率,达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射,如图所示。

  

  UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组,其中前16位为用户识别码,能区别不同的电器设备,防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H;后16位为8位操作码(功能码)及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。

  请看下图,来自网络:

  

  当一个键按下超过36ms,振荡器使芯片激活,将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个引导码(9ms),一个结果码(4.5ms),低8位地址码(9ms~18ms),高8位地址码(9ms~18ms),8位数据码(9ms~18ms)和这8位数据的反码(9ms~18ms)组成。如果键按下超过108ms仍未松开,接下来发射的代码(连发码)将仅由起始码(9ms)和结束码(2.25ms)组成。(实际上人手的动作是很慢的,即使你快速的按下按键,可能对于芯片来说还是超过108ms,所以如何处理连发码是很关键的)

  遥控器在按键按下后,周期性地发出同一种32位二进制码,周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同,大约在45~63ms之间,图为发射波形图。

  

  红外遥控的重要环节

  红外线遥控装置包括红外线发射(即遥控器)和红外线接收两部分。既然几乎所有的物体都在不停地发射红外线,那么怎样才能保证指定遥控器发射的控制信号既能准确无误地被接收装置所接收,又不会受到其他信号的干扰呢,这就需要从以下四个环节上加以控制。

  1、红外传感器的配套使用红外发射传感器和红外接收传感器配套使用,就组成了一个红外线遥控系统。

  遥控用的红外发射传感器,也就是红外发光二极管,采用砷化镓或砷铝化镓等半导体材料制成,前者的发光效率低于后者。峰值波长是红外发光二极管发出的最大红外光强所对应的发光波长,红外发光二极管的峰值波长通常为0.88μm~O.951Am。遥控用红外接收传感器有光敏二极管和光敏三极管两种,响应波长(亦称峰值波长)反映了光敏二极管和光敏三极管的光谱响应特性。可见,要提高按收效率,遥控系统所用红外发光二极管的峰值波长与红外接收传感器的响应波长必须一致或相近是十分重要的。

  2、信号的调制与解调红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码。为了使其在无线传输过程中免受其他红外信号的干扰,通常都是先将其调制在特定的载波频率上,然后再经红外发光二极管发射出去,红外线接收装置则会滤除其他杂波只接收该特定频率的信号并将其还原成二进制脉冲码,也就是解调。下图是红外线发射与接收的示意图。图1中没有信号发出的状态称为空号或0状态,按一定频率以脉冲方式发出信号的状态称为传号或1状态。在消费类电子产品的红外遥控系统中,红外信号的载波频率通常为30kHz--OkHz,标准的频率有30kHz33kHz36KHz、36.7kHz、38kHz、40kHz和56kHz,此范围内的其他频率也能被识别。

  3、编码与解码

  既然红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码,那么,用什么样的空号和传号的组合来表示二进制数的“0”和“1”,即信号传输所采用的编码方式,也是红外遥控信号的发送端和接收端需要事先约定的。通常,红外遥控系统中所采用的编码方式有三种:

  1)FSK(移频键控)方式

  移频键控方式用两种不同的脉冲频率分别表示二进制数的“0”和“1‘,下图是用移频键控方式对“0”和“1”进行编码的示意图。

  2)PPM(脉冲位置编码)方式

  在脉冲位置编偶方式下,每一位二进制数所占用的时间是一样的,只是传号脉冲的位置有所不同。空号在前、传号在后的表示“1”,传号在前、空号在后的表示“0”。下图是采用脉冲位置编码方式对“0”和“1”进行编码的示意图。

  3)PWM(脉冲宽度编码)方式

  脉冲宽度编码方式是根据传号脉冲的宽度来区别二进制数的“0”和“1”的。

  传号脉冲宽的是“1”,传号脉冲窄的是“0”,而每位二进制数之间则用等

  

红外遥控的应用范围

  由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力,所以,在设计家用电器的红外线遥控器时,不必要像无线电遥控器那样,每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则,就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器),所以同类产品的红外线遥控器,可以有相同的遥控频率或编码,而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。由于红外线为不可见光,因此对环境影响很小,再由红外光波动波长远小于无线电波的波长,所以红外线遥控不会影响其他家用电器,也不会影响临近的无线电设备。

来源:硬件十万个为什么

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