[科普中国]-红外遥控系统

红外遥控系统的优势

远程遥控技术又称为遥控技术，该技术的作用对指定目标进行远程的控制，其应用的领域涉及到工业、农业、海陆空以及家电产业等。该技术的可以使得遥控实现无线化和非接触性，红外遥控的优势在于具备良好的抵御干扰能力、信息数据传输安全有效、消耗的能量较少，投入的成本相对较少而且应用范围广泛等。由于该技术的硬件接口构造简单且使用比较方便，软件系统的编程又灵活，其操作码可以根据需要设定，所以它能在人们生产和日常生活中得到广泛的采用，其中最为常见的应用就是家用电器。无线电波相比，红外线的波长较短，所以这两种电波同时存在的环境下也不会影响其使用设备的正常工作；此外，由于红外线不能穿透墙壁，所以各个房间之间的遥控器工作时也互不干扰；只要电路连接正常红外线电路在不用调试的情况下就能工作，加之其编解码较为简单，实现多路遥控也是可行的1。

红外遥控系统的组成结构通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编码/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1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。

红外遥控器的编码及其发送红外遥控器的编码红外遥控器是通过发送一定的控制信号来实现对电器的控制，这个控制信号就是一串红外脉冲编码信号。通过发送的不同编码脉冲来表示不同的功能按键信号，电器通过红外接收系统接收到编码脉冲，并进行相应的解码执行相应的功能，这样就实现了红外遥控家用电器的目的。由此可见编码在红外遥控系统中的重要性，不过编码方式目前还没有一个统一的国际标准，每个生产厂家所使用的编码格式各不相同。目前使用的编码标准主要有RC5、NEC、SONY、REC80、SAMSWNG等，主要是欧洲和日本生产厂家所使用的编码格式。国内家用电器的生产厂家，其编码方式多数是按照上述的各种编码方式进行编码的，应用较多的是NEC型编码方式。下面介绍最常用的NEC编码标准。

NEC编码格式的特征为：

（1）使用38kHz载波频率；

（2）引导码间隔是9ms+4.5ms；

（3）使用16位客户代码；

（4）使用8位数据代码和8位取反的数据代码；

编码脉冲序列如图2所示。

NEC 协议通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制（ Pulse PositionModulation: PPM）。以脉宽为0.56 ms、间隔0.56 ms、周期为1.12 ms的组合表示二进制的“0”； 以脉宽为0.56ms、间隔1.68 ms、周期为2.24 ms的组合表示二进制的“1”。图2-4所示的是位“0”和位“1”的波形图。上述由“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制后可提高发射率, 从而达到降低电源功耗的目的。

由图2和图3可以看出NEC的编码方式，脉冲波形开始以高电平9ms和低电平4.5ms的引导码进行发射，依次是客户码、数据码和数据反码。

红外遥控器的红外编码发送红外遥控器是通过发送红外编码信号，来实现对电器的控制的，但是红外编码信号是以什么方式发送出去，是红外遥控系统中一个很重要的部分。目前，大多数厂家采用码流传输方式，就是当遥控器的一个按键按下在松开之前，遥控器向外发送遥控码的方式。如果在一个完整的编码控制信号发送完成之后依然按着按键，遥控器将发送什么样的信号，这个问题仍然以应用最广泛的NEC标准为例进行介绍。

NEC标准编码信号传输方式是这样的：起始部分是一个前导码，由一个9ms的高电平（起始码）和一个4.5ms的低电平（结果码）组成，作为接收数据的准备脉冲。在前导码之后是16位用户码，8位操作码以及8位操作码的反码，如果当一个完整编码脉冲发送完成后仍然按着按键，遥控器接下来发射的代码将仅有起始码（9ms）和结束码(2.5ms)组成2。

红外发射部分基本的红外光发射部分主要是由操作键盘、红外发射电路组成。如图4所示。首先通过操作键盘将按键信号发送给编码芯片，编码芯片再将按键相应的编码脉冲发给发射电路，发射电路将编码脉冲调制之后发射出去2。

红外接收部分红外接收的基本原理红外遥控接收器是将接收到的红外光遥控信号，解调出功能指令操作码，然后再将其送到微处理器去识别和处理。红外接收系统主要包括光电转换器件，放大器、解调和解码等电路。光电转换器件用来将接收到的红外脉冲编码信号转换成相应的电信号。转换的电信号较弱，经高增益电压放大器放大、选频电路、检波电路、整形电路还原成代码波形，最后送给微处理器进行信息识别和处理，从而完成红外数据的采集。

红外光电转换器件红外接收部分需要用到传感器，来实现光信号转换为电信号，常用的红外光电转换器件有光电二极管、光敏三极管等。

红外光电转换电路红外线遥控接收部分，主要包括红外光电检测和接收系统。红外接收系统信号的检测和接收，由红外光电二极管、光敏三极管将接收到的红外指令信号转换成相应的电信号。由于红外光信号比较微弱，因此为了实现对红外光信号进行检测和转换，除了要求高性能的红外光电转换器件外，还需要设计性能优良的电路形式。常见的转换电路如图5所示。由图中可以看到，光信号转化为电信号并且通过电压信号的形式输出。

红外接收集成电路红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。系统中采用的是直射式。

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、限幅器、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。常用的红外接收集成电路是一体化红外接收头HS00382。