【正文】 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。只有一個指令信號傳輸通道的稱為單通道遙控系統(tǒng)，具有兩個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)射器僅有一個指令鍵 ,接收器也只有一個執(zhí)行電路。雖然在接收電路中加入可以根據(jù)按動發(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、激勵電路、驅(qū)動電路、啟動電路等幾部分組合而成。當(dāng)某鍵被按下時 ,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)動電路、啟動執(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)動電路來驅(qū)動執(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 多個大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會（ 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 的會員已經(jīng)發(fā)展到 150 多個。 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間內(nèi)仍舊會在短距離的無線數(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，我們會發(fā)現(xiàn)無處不在的可見光只占了整個波譜中 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 ,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，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 工作電流是脈動的脈沖狀態(tài)。因?yàn)槊}動光 （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，應(yīng)配置相應(yīng)功率的驅(qū)動電 路。由圖 22 中指出的，只需在驅(qū)動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，只是在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物的時候，接收管收到反射的紅外線才工作。 2． 2 紅外通信基本原理 紅外通信技術(shù)的工作原理 紅外 通信 技術(shù) 是利用波長 介于 900nm1000nm 的紅外波為信息的載體， 通過 紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距 離 秘密信息交換 和信息 的傳送 。 紅外通信系統(tǒng) 組成結(jié)構(gòu) 包含 :發(fā)射器，信道， 接收器 。 發(fā)射器把信源發(fā)出的二進(jìn)制信號經(jīng)過高頻調(diào)制后，通過紅外發(fā)光二極管發(fā)送出去，接收器把接收的紅外高頻信號通過接收管接收后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換再解調(diào)為原