[科普中国]-红外遥控

红外线

红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um~1000um。根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光(线)，波长为0.76um~1000um的光波为红外光(线)。红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性1。

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）2。

红外遥控编码目前应用中的各种红外遥控系统的原理都大同小异，区别只是在于各系统的信号编码格式不同。

红外遥控发射器组成了键扫描、编码、发射电路。当按下遥控器上任一按键时，TC9012即产生一串脉冲编码。

遥控编码脉冲对 40kHz 载波进行脉冲幅度调制(PAM)后便形成遥控信号，经驱动电路由红外发射管发射出去。红外遥控接收头接收到调制后的遥控信号，经前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和波形整形，从而解调出与输入遥控信号反相的遥控脉冲。

一次按键动作的遥控编码信息为 32 位串行二进制码。对于二进制信号“0”，一个脉冲占 1.2ms；对于二进制信号“1”，一个脉冲占 2.4ms，而每一脉冲内低电平均为 0.6ms。从起始标志到 32 位编码脉冲发完大约需80ms，此后遥控信号维持高电平。若按键未释放，则从起始标志起每隔 108ms 发出 3 个脉冲的重复标志。

在 32 位的编码脉冲中，前 16 位码不随按键的不同而变化，我们称之为用户码。它是为了表示特定用户而设置的一个辨识标志，以区别不同机种和不同用户发射的遥控信号，防止误操作。后 16 位码随着按键的不同而改变，我们就是要读取这 16 位按键编码，经解码得到按键键号，转而执行相应控制动作。

那么，不同的按键编码脉冲是怎样和遥控器上不同的按键一一对应的呢？我们借助于逻辑分析仪记录下来遥控器上每一个按键的编码脉冲序列，破译出了各按键的编码。截取 16位键码的 8 位（比如后 8 位）就可达到识别按键的目的。当然，要加强遥控系统的抗干扰能力，还需接收全 16 位键码甚至 16 位用户码加以识别。

红外遥控解码红外遥控接收头解调出的编码是串行二进制码，包含着遥控器按键信息。但它还不便于CPU 读取识别，因此需要先对这些串行二进制码进行解码。下面所讲的红外遥控信号解码电路，它主要包括遥控编码脉冲串并转换电路与 PLD 解码电路。

遥控编码脉冲的串并转换如下所述: 红外遥控接收头解调出的遥控编码脉冲经一非门反相后引入计数器 4020 的复位端(RST)，4020 的脚 10(CP)端引入 1MHz 计数脉冲。遥控信号（已反相）中每一正脉冲到来时其高电平对 4020 复位，经过 0.6ms 遥控信号变为低电平，4020 复位结束，开始以 1MHz 的频率计数，直到下一个正脉冲到来时为止。二进制码“0”每一脉冲周期低电平时间为 0.6ms，二进制码“1”每一脉冲周期低电平时间为 1.8ms，4020 的 Q11 端即可以区分二进制码“0”或“1”。每一遥控编码正脉冲上升沿到来时，若 Q11 端为“1”，说明前一位遥控码为“1”；若 Q11端为“0”，说明前一位遥控码为“0”。

将 4020 的 Q11 端作为 74HCS9S 的串行移位输入端(SER)，便可在每一个遥控编码脉冲上升沿到来时并在 4020 复位之前，将 74HC595 中的数据沿 Q0 到 Q7 方向依次移一位，且4020 的 Q11 端数据移入 74HC595 的 Q0 端。对于一组遥控编码脉冲，共有 33 次上升沿（包括起标志），而 74HC595 仅为 8 位移位寄存器，所以移位的最终结果，只有遥控编码脉冲的最后 8 位保留在 74HC595 中。

当一组遥控编码脉冲（反相后）来到时，其起始标志的上跳沿触发了双单稳 74HC123的 1B，在 1Q 上产生了一个宽度为 120ms 的正脉冲。1Q 同时又触发了 74HC123 的 2B，在产生一个宽度为 80ms 的负脉冲，1Q 和相与后作为锁存信号送至 74HC595 的 RCLK 端，即一组遥控编码脉冲到来 80ms 后，产生一个锁存信号。此时 74HC595 已经移过了一组遥控码，芯片中保留的是最后 8 位遥控码，锁存信号将这最后 8 位遥控码锁存3。

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。