【正文】 譯 文 學(xué) 院 ： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué) 號： 0840206126 姓 名： 楊武俊 指導(dǎo)教師： 沈澤洪 江 蘇 科 技 大 學(xué) 2021 年 5 月 10 日 紅外線遙控系統(tǒng) 內(nèi) 容 摘 要 ：目前在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無線連接技術(shù)是紅外線數(shù)據(jù) 通 信 技 術(shù) ，其 得 到 許 多 的 軟 硬 件 平 臺 支 持 。紅 外 收 發(fā) 器 產(chǎn) 品 的 特 點(diǎn) 有 成 本 低 ，尺寸小，數(shù)據(jù)傳輸速度快，點(diǎn)對點(diǎn) SSL 安 全 傳 輸 ， 防 電 磁 干 擾 等 ， 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 不同 產(chǎn) 品 間 快 速 、 方 便 、 安 全 地 進(jìn) 行 信 息 交 換 和 傳 送 ， 在 近 距 離 無 線 傳 輸 方 面 有著 相 當(dāng) 明 顯 的 優(yōu) 勢 。 紅 外 遙 控 收 發(fā) 系 統(tǒng) 具 有 很 強(qiáng) 的 實(shí) 用 意 義 ， 目 前 紅 外 收 發(fā) 器產(chǎn) 品 在 便 攜 式 產(chǎn) 品 中 有 著 很 大 的 應(yīng) 用 潛 力 。 隨 著 紅 外 數(shù) 據(jù) 傳 輸 技 術(shù) 更 加 成 熟 、成本下降，紅外收發(fā)器在短距離通訊領(lǐng)域必將得到更廣泛的應(yīng)用。 設(shè) 計(jì) 本 系 統(tǒng) 的 目 的 是 ， 用 紅 外 線 作 為 傳 輸 載 體 來 攜 帶 用 戶 的 操 作 信 息 并 由接 收 電 路 接 受 并 解 調(diào) 出 原 始 操 作 信 號 ， 主 要 使 用 編 碼 芯 片 和 解 碼 芯 片 對 信 號 進(jìn)行 調(diào) 制 和 解 調(diào) 。其 中 編 碼 芯 片 使 用 的 是 PT2262，解 碼 芯 片 使 用 是 PT2272，他 們都 由 臺 灣 生 產(chǎn) 。其 主 要 工 作 機(jī) 理 是 ：我 們 使 用 編 碼 鍵 盤 為 PT2262 輸 入 信 息 ，輸入的信息被 PT2262 編碼并加載到 38KHZ 的 載 波 上 ，并 調(diào) 制 紅 外 發(fā) 射 二 極 管 ，輻射 到 空 間 。 然 后 ， 接 收 系 統(tǒng) 接 收 到 發(fā) 射 的 信 號 并 解 調(diào) 出 原 始 信 息 。 原 始 信 號 由PT2272 進(jìn)行解碼，以此驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的電路完成用戶的操作請求。 關(guān)鍵字： 紅外線；編碼；譯碼； LM386；紅外收發(fā)器。 1 簡介 1． 1 研究的背景及意義 紅外數(shù)據(jù)通信技術(shù)是目前世界范圍內(nèi)被廣泛采用的的一種無線連接技術(shù)，得到廣大的硬件和軟件平臺支持。其屬于一種通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間進(jìn) 行轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)接受和發(fā)送的技術(shù)。 紅外收發(fā)器產(chǎn)品的特點(diǎn)有成本低，尺寸小，數(shù)據(jù)傳輸速度快，點(diǎn)對點(diǎn) SSL安全傳輸，防電磁干擾等，能夠?qū)崿F(xiàn)不同產(chǎn)品間快速、方便、安全地進(jìn)行信息交換和傳送，在近距離無線傳輸方面有著相當(dāng)明顯的優(yōu)勢。紅外收發(fā)器產(chǎn)品在便攜式產(chǎn)品中的應(yīng)用潛力巨大。目前，全世界有 150,000,000 臺設(shè)備采用了紅外技術(shù)，廣泛使用電子產(chǎn)品和工業(yè)裝 備、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。比如有 95％的便攜式電腦就安裝了紅外收發(fā)器接口 ,現(xiàn)在絕大部分手機(jī)上也配置了紅外收發(fā)器接口。隨著文檔數(shù)據(jù)交換的普及，紅外數(shù)據(jù)通訊將使手機(jī)的數(shù) 據(jù)傳輸越來越方便。隨著紅外數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)越來越成熟、完善、低成本，紅外收發(fā)器在近距離通訊領(lǐng)域中將取得更為廣泛的應(yīng)用。 本節(jié)首先闡明了紅外線收發(fā)集成電路設(shè)計(jì)課題的背景和重要性，進(jìn)而簡明扼要地介紹了紅外數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用方向以及紅外收發(fā)器產(chǎn)品的特點(diǎn)、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，最后根據(jù)紅外遙控收發(fā)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性確定了課題的設(shè)計(jì)目的。 1． 2 紅外遙控收發(fā)系統(tǒng) 紅外 遙控系統(tǒng)被劃分為單頻道遙控和多頻道遙控。只有一個(gè)指令信號傳輸通道的稱為單通道遙控系統(tǒng)，具有兩個(gè)以上指令信號傳輸通道的稱為多通道遙控系統(tǒng)。相對而言，單通 道遙控一般來說其發(fā)射器僅有一個(gè)指令鍵 ,接收器也只有一個(gè)執(zhí)行電路。雖然在接收電路中加入可以根據(jù)按動(dòng)發(fā)射器指令鍵的次數(shù)的多穩(wěn)態(tài)記憶電路 ,使接收電路中的多穩(wěn)態(tài)記憶電路的狀態(tài)多次改變 ,實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能的控制 ,然而這種狀態(tài)的改變是順序進(jìn)行的。如果我們要實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)自由隨機(jī)控制 ,需要依靠采用多通道遙控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。多通道遙控可以實(shí)現(xiàn)對被控對象的多功能任意遙控。根據(jù)具體實(shí)際情況 (如被控對象、操作要求及成本核算等 )來決定選用幾個(gè)通道及何種控制方式。 通常何情況下，紅外遙控收發(fā)系統(tǒng)由紅外遙控信號編碼發(fā)送器、紅外遙控信號接收器 和解碼器（解碼芯片 MCU）及其外部電路等三個(gè)部分組成。信號發(fā)送器用來產(chǎn)生紅外遙控編碼脈沖，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，而接收器則需要完成對信號的放大、檢波、整波并解調(diào)出編碼脈沖。紅外遙控編碼脈沖是一組一組連續(xù)的，串行的二進(jìn)制碼，對于大多數(shù)的紅外收發(fā)系統(tǒng)，此串行碼可以用作微控制器的遙控輸入信號，完成對遙控指令的解碼是在 CPU 內(nèi)部，對于其它紅外遙控收發(fā)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者而言，前面提到的微控制器內(nèi)部解碼出的遙控指令是不易深入的。所以，人們利用紅外編碼芯片 /解碼芯片及微控制器研制出許多種通用紅外遙控收發(fā)系統(tǒng)，在各 種各樣的收發(fā)設(shè)備之間進(jìn)行紅外信號的傳輸。 通常情況下遙控收發(fā)系統(tǒng)是由發(fā)射器和接收器這兩部分組成。發(fā)射器一般由方向鍵、指令編碼回路、激勵(lì)電路、驅(qū)動(dòng)電路、啟動(dòng)電路等幾部分組合而成。當(dāng)某鍵被按下時(shí) ,指令編碼回路產(chǎn)生對應(yīng)的指令編碼信號 ,編碼指令信號對載波進(jìn)行調(diào)制 ,通過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大之后，通過發(fā)射電路向外發(fā)射已經(jīng)過調(diào)制的指令編碼信號。接收器一般由接收電路、放大電路、檢波電路、指令譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、啟動(dòng)執(zhí)行電路等幾 部分組合而成。接收電路接收發(fā)射器發(fā)射的已調(diào)制的編碼指令信號 ,并對其進(jìn)行放大后送到解調(diào)電路。 解調(diào)電路將送來的已調(diào)制的編碼信號進(jìn)行解調(diào) ,進(jìn)而還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進(jìn)行譯碼 ,最后由驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路去實(shí)現(xiàn)各種各樣的指令的操作控制。 1． 3 紅外遙控收發(fā)器產(chǎn)品介紹 一般地紅外收發(fā)器依照工作模式和傳輸速率可分為四種類型：串行模式，最高傳輸速率為 ；中速率模式：最高傳輸速率為 ；高速率模式：最高傳輸速率為 16Mbps。 此外按芯片能量功耗又可分成低功耗型和標(biāo)準(zhǔn)型兩種類型，低功耗型一般使用 3V電源供電，傳輸距離較近介于 030cm之間，標(biāo)準(zhǔn)型通常使用 5V作為電源，傳輸距離較遠(yuǎn)，最少 1m以上。 在紅外通信技術(shù)的早期發(fā)展階段，有幾個(gè)紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，在不同標(biāo)準(zhǔn)之間紅外設(shè)備不能夠進(jìn)行紅外通信。為了使各種紅外設(shè)備能夠互相通信，在 1993 年， 20 多個(gè)大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（ IRDA），統(tǒng)一了紅外通信的標(biāo)準(zhǔn)，也就是目前被廣泛采用的紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)議及規(guī)范，也就所熟知的 IRDA 標(biāo)準(zhǔn)。 自 1993 年 IRDA 成立到今天， IRD 的會(huì)員已經(jīng)發(fā)展到 150 多個(gè)。 IRDA 的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng) 獲得了廣泛的認(rèn)同和支持。已經(jīng)開發(fā)出來的具備紅外通訊能力的設(shè)備已經(jīng)有一百多種。紅外模塊的年裝機(jī)數(shù)目已經(jīng)達(dá)到 150000000 套。盡管目前有同樣也屬于近距離無線通訊的藍(lán)牙技術(shù)，但紅外通訊技術(shù)憑借低廉的成本和廣泛兼容性的優(yōu)勢，紅外數(shù)據(jù)通訊在未來很長一段時(shí)間內(nèi)仍舊會(huì)在短距離的無線數(shù)據(jù)通訊領(lǐng)域中扮演重要角色。 紅外收發(fā)器產(chǎn)品開發(fā)趨勢 對于各種各樣的紅外收發(fā)器產(chǎn)品，雖然傳輸速率、傳輸距離等特性不同，但紅外收發(fā)器產(chǎn)品一直朝著提高傳輸速率，增大傳輸距離，降低功率消耗，增大發(fā)射接收角度等方向發(fā)展。尤其是隨著技術(shù)發(fā)展 和成熟，數(shù)據(jù)傳送方式正朝著點(diǎn)對多點(diǎn)方向發(fā)展。所以紅外遙控收發(fā)器產(chǎn)品還有更加廣闊的發(fā)展前景。 2 紅外通訊的知識 2． 1 紅外線基礎(chǔ)知識 紅外線概述 紅外線本質(zhì)上是一種電磁波。分析自然界中各種電磁波的組成可知，波譜是由 ：射線，ｘ射線、紫外線、可見光、紅外線、微波和無線電波組成。從構(gòu)成方式的觀點(diǎn)來看，它們之間似乎沒有關(guān)系，但如果按照它們的波長依次進(jìn)行排列，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)無處不在的可見光只占了整個(gè)波譜中 m 長的這么一點(diǎn)范圍，而和可見光相鄰的紅外線 （包括遠(yuǎn)紅外線、中紅外線和近紅外線 外）卻占了波譜中 m1000μ m 的一大段。其中，微米波長范圍內(nèi)又包括了紫外光 、可見光、近紅外、中紅外 、遠(yuǎn)紅外、微波。 由上面的分析可知，紅外線是一種十分豐富的波譜資源，目前它己廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)、生活、軍事、醫(yī)療等多方面，例如紅外加熱、紅外線醫(yī)療、紅外線通信、紅外攝像、紅外遙控等。紅外線遙控只是紅外線眾多應(yīng)用中的一部分，目前廣泛應(yīng)用在家用電器中的彩色電視遙控器、錄像機(jī)遙控器、 VCD 遙控器、高保真音響遙控器等，它使這些電器用具的控制變得十分簡單方便。 紅外線特性 紅外線介于可見光和微波 之間，因此它具有相鄰波段的波的某些特性。在靠近紅外區(qū)的地方，它比鄰可見光，所以具有可見光的某些特性，如直線傳播、反射、折射、散射、衍射、可被某些物體吸收以及能夠通過透鏡將其聚焦等。在遠(yuǎn)離紅外區(qū)的地方，它比鄰微波區(qū)，因此它具有微波的某些特性，如較強(qiáng)的透射能力和可以貫穿某些不透明物質(zhì)等。在自然界中，不論任何物體，也不論其自身是否發(fā)光 （指可見光）， 只要其溫度超過絕對零度 （ 273℃），都會(huì)一刻不停地向周圍輻射紅外線。只不過是溫度較高的物體輻射較強(qiáng)的紅外線，溫度低的物體輻射較弱的紅外線。因此紅外線普遍存在于自 然界，又叫做熱輻射線簡稱熱輻射。紅外線攝像、紅外線夜市、熱電電紅外探測以及某些導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)等就是利用紅外線的這一特性工作的。 紅外線和可見光比較起來的另一個(gè)特性是色彩的豐富多樣。因?yàn)榭梢姽獾淖铋L波長是最短波長的數(shù)倍（ 780nm380nm），所以也叫作一倍頻程。而紅外線的最長波長是最短波長的 1 倍，而紅外線的最長波長是最短波長的 10 倍，也就是 10 倍頻程。所以，如果可見光能用 7 色光表現(xiàn)，那么紅外線便能夠用 70 種顏色表現(xiàn)，展示了豐富的色彩。紅 外線的透霧性能好，這是它的又一個(gè)特性。 由于紅外線不可 見 ,因此對環(huán)境色彩 影響很小。紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長 ,所以紅外線遙控不會(huì)影響鄰近的無線電設(shè)備。另外波長小于 m 的近紅外光 ,在透明大氣中的傳播特性要比可見光好得 ,并且由于它靠近可見光的紅光附近 ,他的直線傳播、反射、折射和被物質(zhì)吸收等物理特性與可見光非常類似。因此 ,它可以使用與可見光類似的聚焦透鏡等光學(xué)裝置。由于紅外線遙控不能像無線電遙控那樣可以穿過障礙去控制被控制對象 ,因此在設(shè)計(jì)家用電器的紅外線遙控器時(shí) ,不必和無線電遙控一樣 ,給每一套 (發(fā)射器和接收器 )不同的遙控頻率或編碼 (不然的話 ,就會(huì)干擾妨礙 鄰居的家用電器 ) ,所有相似產(chǎn)品的紅外線遙控器 ,允許有相同的控制頻率或編碼 ,而不會(huì)出現(xiàn)遙控信號“串門”的問題。紅外線遙控的普及帶來了很大的便利。紅外線不可見 ,具有很好的隱蔽性和保密性 ,因此 ,被廣泛地應(yīng)用于防盜、警戒等安全保衛(wèi)裝置。紅外線遙控具有結(jié)構(gòu)簡單、低成本、防干擾能力強(qiáng)、可靠的工作性能等一系列優(yōu)點(diǎn) ,特別適合近距離遙控、特別是室內(nèi)遙控的控制方式。 紅外線不可見，肉眼眼是無法察覺。電子技術(shù)中是利用紅外發(fā)光二極管（俗稱紅外發(fā)光二極管）來產(chǎn)生紅外線。 紅外遙控收發(fā)是利用近 紅外光搭載波長為 m～ 1. 5μ m的遙控指令。使用近紅外光作為遙控光源 ,是因?yàn)槟壳凹t外發(fā)光 二極 管與紅外接收器件 (光敏二極管、三極管及光電池 ) 的發(fā)光與接受光峰值波長一般為 m～ 0. 94μ m ,在鄰近紅外光的波段內(nèi) ,二者的光譜恰好重合 ,可以很好地匹配 ,可獲得比較高的傳輸效率和比較高的可靠性。 通常用的紅外發(fā)光二極管，外形和發(fā)光二極管 LED 相似，它的基本電路如圖 22 所示。如圖三極管作為賄賂開關(guān)，當(dāng)基極加上驅(qū)動(dòng)信號，三極管飽和導(dǎo)通，紅外發(fā)光管 D也正向?qū)üぷ?，發(fā)射紅外光（近紅外 線約 m）。 D 的管端電壓降約 ，工作電流 通常為 10－20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓要求， D 端回路中常串有限流電阻為紅外發(fā)光二極管限流。 當(dāng)發(fā)射電路發(fā)射紅外線去控制相 應(yīng) 的 受控 裝置時(shí)，控制的距離正比于 D的發(fā)射功率。 為 了 增大 紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管 D 應(yīng) 工 作于 工 作電流是脈動(dòng)的脈沖狀態(tài)。因?yàn)槊}動(dòng)光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的最大峰值電流成正比例，所以只需盡量增大峰值電流 Ip，就可以加大紅外光的發(fā)射距離。 Ip 增加是一種降低脈沖責(zé) 任周期 ,這是壓縮脈沖寬度 τ 一些電視紅外遙控控制 ,其紅外發(fā)光的脈沖責(zé) 任周期約 1/41/3；對于一些電氣產(chǎn)品紅外遙控器，他們的占空比是 1/10。減小脈沖占空比也可以使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離明顯增加。普通的紅外發(fā)光二極管，功率分為小功率（ 1mW— 10mW）、中等功率（ 20mW－ 50mW）和大功率（ 50mW－ 100mW以上）三大類。在使用不同功率的紅外發(fā)光二極管時(shí)，應(yīng)配置相應(yīng)功率的驅(qū)動(dòng)電路。由圖 22 中指出的，只需在驅(qū)動(dòng)管上加上一定頻率的脈沖電壓，紅外發(fā)光二極管就能產(chǎn)生調(diào)制光。 紅外線發(fā)射與接收有兩種方式，一種是直射式，第二種是反射式。直射式意思是發(fā)光管和接收管相對安置 于發(fā)射與受控物的兩邊，中間有一定距離；反射式則是發(fā)光管和接收管并列一起，通常接收管始終無光照，只