全面了解红外遥控(中文版)

全面了解红外遥控作者：SanBergmansPS：本文由百度网友xuexi51翻译，本人整理，仅供参考IR(红外)遥控原理在可视范围内遥控设备最廉价的方式是通过红外线。目前几乎所有的视频和音频设备都可以通过这种方式遥控。由于该技术应用广泛，相应的应用器件都十分廉价，因此红外遥控是我们日常设备控制的理想方式。这部分的知识将解释红外遥控的原理，以及一些我们日常使用到的消费类电器红外控制协议。红外光红外光实际上就是一种特殊颜色的普通光。我们不能看到这种特殊的颜色是因为它的波长大于950nm，位于可见光谱之下。这就是我们使用红外光遥控的目地之一：我们要利用它，但我们不希望能看到它。另一个原因就红外LED（发光二极管）十分容易制作，制作成本很低。尽管我们看不到从遥控器上发射出来的红外光，但并不意味着我们不能使它可见。如图，通过摄影机和数码照相机，我们都能“看到”红外光。对我们不利的是，红外光的发光源实在是太多了。太阳光是其中最强的一个光源，其它的有诸如：白炽灯、蜡烛、热系统中心（如散热器件），甚至我们的身体。实际上，只要有发热的物体，都会发出红外光。因此，我们需要注意保证我们的红外遥控传送的信息准确无误的发射到接收器上。调制调制是我们使需要的信号区别于噪音方法。通过调制我们可以使红外光以特定的频率闪烁。红外接收器会适配这个频率，其它的噪音信号都将被忽略。你可以认为这种闪烁是引起接收器“注意”方法，正如我们人类特别容易被黄色的灯光引起注意一样，甚至在白天。上图左边，调制信号通过驱动放大由红外LED发射；上图右边，信号通过接收器检测输出。在串行通讯里，我们经常谈及‘marks’和‘spaces’标记。‘spaces’是个默认信号，是指发射管关闭状态，在‘spaces’期间，红外光不被发射。反之在‘marks’状态期间，红外光以特定的频率脉冲形式发射。在消费类电子产品里，脉冲频率普遍采用30KHz到60KHz这个频段。在接收端，一个‘space’信号以高电平的重现方式输出。反之一个‘mark’信号便是以低电平方式重现。请注意，这里的‘marks’和‘spaces’不是我们需要发送的状态1和0。‘marks’和‘spaces’以及1和0之间的真正关系取决于被应用的协议。更多关于协议的信息，下面的协议部分将继续介绍。发射机发射机通常是一个带电池的手持装置。它设计成尽可能减少功耗，以及发射的信号尽可能强以致发射的距离更远。更甚之是，它可以经受震动。已经有很多现成的红外发射芯片，较老版本的芯片仅支持单一的协议。现在很多低功耗芯片用于红外发射的一个根本原因是它们可以更灵活的运用在这方面。当没有遥控按钮按下时，它们处于几乎不消耗电能的低功耗待机模式，而当按钮按下时，它们会马上唤醒发射相应红外命令。石英晶振很少使用在这些手持发射装置。它们极度脆弱以致在发射装置掉在地上时损坏。而陶瓷晶振更适合在这些设备上使用，因为它们可以承受很大机械震动，而它们较低的精确性应用在这里并不重要。通过红外LED的电流范围在100mA到达1A！为了使遥控的距离更远，通过红外LED的电流尽可能高。而实际设计时应结合LED的参数、电池寿命和遥控距离适中选取。通过红外LED的电流可以达到这么高时因为驱动LED的脉冲时间很短。红外LED的平均功耗不应该超过最大值。你也需要注意红外LED的峰值电流不能超标。所有这些参数都可以参阅LED的数据表。一个简单晶体三极管放大电路就可以用来驱动红外LED。选择三极管时应该考虑的是合适的HFE和频率响应参数。图中的限流电阻可以简单地通过欧姆定律计算（U=IR）。而在红外LED的压降低至1.1V。如上说提及的驱动电路，有个缺点：当电池电压下降时，通过LED的电流也跟着下降，最终导致遥控的距离更短。而一个射极跟随器可以解决这个问题。两个二极管串联和三极管的的基极并联可以三极管的基极电压箝位在1.2V左右，因而三极管基极到射极的电压箝位在0.6V左右，使得发射极电压始终保持在0.6V左右。所以恒定的放大倍数通过恒定的限流电阻最终仍得到一个较为恒定的大射极电流。仍然可以通过欧姆定律计算通过红外LED的电流。接收器市场上有很多现成的接收器。最重要的选择条件便是调制频率和你所在区域的可行性。上图为一个典型的红外接收器模块图。当你对此图表模块的描述不了解时，请不要慌张，因为如此复杂的电路已经集成到一个简单的器件中。红外信号由接收器的检波二极管接收，信号通过放大和限幅2个环节处理。限幅模块如同一个AGC（自动增益控制电路），使信号有稳定的脉冲电平，因而可以忽略由于遥控距离不同接收信号强弱引起的问题。图中，很好理解只有AC（交流）信号可以通过带通滤波器。带通滤波器用于调谐发射极调制发射频率。在一般的消费类电子产品中，这个频率的范围为30KHz到60KHz。接下来的模块是检波，积分和比较。这三个模块用于检出调整频率：若有调制频率信号，则比较器输出低电平。如作者之前所说，所有这些功能模块都集成到单一的电子器件（红外接收头）。市场上有很多生产商的现成的产品，大多数的产品都针对特定的频率有多种型号。请注意，接收头的增益都设置到很大，因而接收系统很容易振荡。一个大于22uF电容接到接收头的电源端由着有效地退偶作用。很多数据表建议串联一个330欧姆再接退偶电容的RC滤波方法。欧洲较著名的接收头生产商家有：西门子，Vishay（威世），Telefunken。西门子SFH508-XX系列，调制频率为30，33，36，38，40和56KHz。在亚洲，夏普、厦门华联及日本电子是最主要的三个生产商。结束了？没有！现在才刚刚开始。以上介绍了用于消费电子作准备的红外遥控系统操作原理。作者已知悉另外使用红外遥控的可行方式，但因为其中一点是机密，所以在上述中没有提及。如果你想简单地控制一个收放机或者电视机，那就没有什么机密可言。但当谈及到防盗门或汽车防盗方面，真是一个敏感的问题。可能作者会谈到这些问题，但不是现在。上面生产商名单没有全部列出，要全部罗列出来不太可能~以上仅是简单描述了基础的红外遥控原理，没有谈到发射和接收之间的通讯协议。各个生产商都设计了各自的通讯协议。ITTProtocolITT红外协议是很早出现的协议，它不使用调制信号直接发送是区别于其他协议的重要特点。每个信号都是由14个10us时间间隔的脉冲信号组成来发送，解码则是根据脉冲的间隔进行。这个协议非常实用，并耗能很低，大大提高了电池寿命。在欧洲，很多消费电子品牌都使用这个协议。例如：ITT,Greatz,Schaub-Lorenz,Finlux,luxor,salora,Oceanic以及后来的Nokia等。特征z每个信号仅有14个很短的脉冲z脉冲间隔解码技术z长电池寿命z4位地址码，6位命令码z定时自校正，发射容许简单的RC振荡器z通讯快速，一个信号发送仅使用1.7ms到2.7ms的时间一个红外信号通过14个脉冲发送，每个脉冲都是10us长。通常使用三个不同的时间间隔去区分一个信号：100us表示逻辑0；200us表示逻辑1；300us则表示起始条件脉冲（lead-in）和结束条件脉冲（lead-out）（请参阅下图）。Preliminary（我们记作预备脉冲）脉冲信号被接收头用作设置内部放大器的增益参数。当开始脉冲（Start）发送后，紧接着的300us时长的起始条件脉冲（lead-in），被发送的第一位总是100us时长的逻辑0，而开始位（Start）可以用于校正接收头的时间参数。开始位发送完毕便是信号的高4位有效地址位（Adressbits），接着是高6位有效位的命令位和结尾位（Controlbits）。最后发送的是另一个300us时长用作结束条件的脉冲（lead-out）。解码软件简单，很容易就能从接受的信号里检测出有效的信息。结束条件脉冲（lead-out）的时间间隔应该大于开始位（Start）间隔（100us）的3倍。每位脉冲时间不能超出逻辑0时间的20%，或者是逻辑1的40%。接收部分在接收最后的脉冲信号360us后，应软件设置不再等待信号（即进入待机状态）。正如发送被中断或者没有信号发送时，就不需要继续等待了。预备脉冲信号仅用于AGC目的，一些接收解码软件可能忽略这些脉冲信号，这时解码需要从开始脉冲（Start）算起。地址和命令一个控制信息被分为两组，4位地址位和6位命令位，地址范围从1到16（2^4），而命令范围为1到64（2^6）。地址位和命令位发送时，习惯上是从0的下标开始（0到15和0到63）。地址总是成双数使用，如数值从1到8（实际上时0到7）。较低地址值在第一次按键时发送。直到按键松开，后续信号的地址值都是开始地址值的反相值。这样接收部分便会合理地处理重复的地址码。当一直按下按键时，信号将每130ms重复发送一次。发射Intermetall公司已经开发了一些专门用于手持发射器的IC，之后这些微控制器都用于电视机，收放机和SAT遥控发射器上。SAA1250是首个发布的红外控制器IC，它可设置产生3组不同的地址。16地址中1/4的都没有发送，这些部分很少使用，因为掉电之后需要重新人工设置参数。第二代发布的红外控制IC是ITR1250和IRT1260。这两个芯片功能相同，区别于工作电压大小。ITR1250设计工作电压是9V，而IRT1260则是3V，两个芯片的印制图纸尺寸一样。两芯片在寻址能力和驱动电流能力上也有区别。芯片有两个地址选择引脚用于设置地址组。A1A2AddressesHH1&16LH3&14HL4&10LL4&13地址组1和16总是用于电视机，其他的地址组则没有指定用于哪些特殊的家庭电器。接收ITT协议使调制载波毫无用武之地，因而前面讲述的红外接收头不能用在这里。所以Intermetall公司专为这个协议设计了TBA2800接收芯片。这个接收系统有着很高灵敏度的红外接收电路，所以整个接收系统电路除了红外接收二极管外，都需要屏蔽在一个金属盒子里，并接地。对于这个IC，没有什么可谈的，按照上面得原理图接线，便可以工作了。你可以根据你的设计思路设置高电平输出或是低电平输出。为防止接收能力过于灵敏，可以在IC的6脚处加一个10K的电阻到地。预设命令64个命令中的大部分都预设了对应的功能，但所预设命令的功能并不清楚。下表中可以找到大部分的用于电视机的预设命令。电视机用1和16的地址组。NEC协议以下要介绍的是由NEC开发的NEC红外协议。这与在网络上流行一种名为日本格式的协议非常相近，其实就是这个协议。特征|8位地址码，8位命令码|完整发射两次地址码和命令码，以提高可靠性|脉冲时间长短调制方式|38KHz载波频率|位时间1.12ms或2.25ms调制NEC协议根据脉冲时间长短解码。每个脉冲为560us长的38KHz载波(约21个载波周期)。逻辑”1”脉冲时间为2.25ms，逻辑”0”脉冲时间为1.12ms。推荐的载波周期为1/4或者1/3。协议上图所示为NEC协议的典型脉冲链。协议规定低位首先发送，如上图所示的情况，发送的地址码为”59”，命令码为”16”。每次发送的信息首先是用于调整红外接收器增益的9msAGC(自动增益控制)高电平脉冲，接着是4.5ms的低电平，接下来便是地址码和命令码。地址码和命令码发送两次，第二次发送的是反码(如：11110000的反码为00001111)，用于验证接收的信息的准确性。因为每位都发送一次它的反码，所以总体的发送时间是恒定的(即每次发送时，无论是1或0，发送的时间都是它及它反码发送时间总和)。这种以发送反码验证可靠性的手段，如果你不在意，则你可以忽略它，或者是扩展你的地址码和命令码为16位，这样就可以扩展整个系统的命令容量。尽管你一直按住那个按键，一串信息只能发送一次。如果一直按着按键，发送的则是以110ms为周期的重复码，重复码是由9ms的AGC高电平和4.5ms的低电平及一个560us的高电平组成。命令码例子下面表格所列的是一个FISHER530VCR遥控器发送的信息。NokiaNRC17协议顾名思义，Nokia协议使用17位比特发送红外指令。