【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 較?。唬?）采用一定的調(diào)制方法可以有高的抗干擾性；（5）在僅有一個(gè)載波頻率的情況下可以有高的穩(wěn)定性。正因?yàn)榧t外線傳輸有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了很大的發(fā)展。借助于紅外線具有直線傳播的特性，利用紅外傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快和光譜范圍窄的性能，同時(shí)利用單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、速度快、功耗小、成本低的特點(diǎn)，可以制作靈敏度高、抗干擾性能優(yōu)良的紅外遙控裝置。由于紅外線遙控器具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其他小型電器裝置也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅安全可靠，而且能有效地隔離電氣干擾 [22]。下面就紅外遙控技術(shù)的特點(diǎn)做下簡(jiǎn)單的介紹。紅外遙控技術(shù)是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，其相應(yīng)的軟件和硬件技術(shù)都已比較成熟。它在技術(shù)上的主要優(yōu)點(diǎn)是：；、功率低的特點(diǎn)；；，傳輸準(zhǔn)確度高；。它的缺點(diǎn)是：由于它是一種視距傳輸技術(shù)，采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，具有方向性，兩個(gè)設(shè)備之間如果傳輸數(shù)據(jù)，中間就不能有阻擋物；而且通訊距離較短，此外紅外 LED 不是一種十分耐用的器件。4 紅外遙控系統(tǒng)紅外遙控電路的結(jié)構(gòu)形式一般分為 3 種，即：?jiǎn)瓮ǖ肋b控開(kāi)關(guān)電路、單通道步進(jìn)式遙控電路和多通道遙控電路。下面分別加以介紹。 單通道遙控開(kāi)關(guān)電路 這種電路的紅外發(fā)射控制電路是利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高頻脈沖方波驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管，使其發(fā)射出一系列等幅的紅外方波脈沖 [8]。方波的占空比用 1：1或 1 比幾。其目的是在一定的電源電壓下，達(dá)到盡可能高的脈沖峰值，提高發(fā)射機(jī)效率，以增大控制距離，而且節(jié)省電源。在接收機(jī)方面，由光電二極管或光電三極管將接收到的紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的脈沖電信號(hào)，由電壓放大級(jí)將這個(gè)微弱的信號(hào)加以放大，使其能夠可靠地觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路的翻轉(zhuǎn)，有的電路還加以限幅放大，以削去干擾尖脈沖。最后將雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大并驅(qū)動(dòng)繼電器，達(dá)到控制開(kāi)關(guān)的目的。 在接收電路中，大部分采用集成電路，以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，還有的使用專用的紅外接收集成電路，這種電路內(nèi)部具有相當(dāng)完善的功能，而外圍電路卻十分簡(jiǎn)單，如圖 所示。 單通道步進(jìn)式遙控電路 它的發(fā)射器和接收器均為單通道式，和單通道開(kāi)關(guān)相同，不同的是，接收機(jī)在進(jìn)行電壓放大后，將信號(hào)輸入記數(shù)電路（或脈沖分配器） ，而不是雙穩(wěn)電路，使其按需要輸出控制信號(hào)，按照順或斷開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。如圖 所示 [8]。 圖 單通道步近式結(jié)構(gòu) 多通道紅外遙控電路 多通道遙控電路是通過(guò)對(duì)紅外遙控信號(hào)實(shí)行頻道編碼而實(shí)現(xiàn)的。通常編碼方式可分兩種形式，一是按頻率的不同劃分頻道；二是按照脈沖的個(gè)數(shù)，脈沖的寬度以及間隔的不同而進(jìn)行的編碼方式。 頻率編碼一般采用頻道編碼開(kāi)關(guān)，通過(guò)改變振蕩電路參數(shù)而改變發(fā)射電路的振蕩頻率，使電路發(fā)射出按頻道不同而不同頻道的紅外脈沖信號(hào)。接收端在接到紅外控制信號(hào)后，經(jīng)過(guò)紅外電脈轉(zhuǎn)換，并加以電壓放大后，通過(guò)選頻回路的選擇，使不同頻率的信號(hào)進(jìn)入各自的控制通道，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)。原理如圖 所示 [8]。圖 采用頻率編碼的遙控系統(tǒng) 脈沖編碼常用數(shù)字電路和專用集成編碼電路，這種電路結(jié)構(gòu)能夠按照不同頻道的編碼要求。每次發(fā)出不同結(jié)構(gòu)的紅外脈沖。在接收端通過(guò)譯碼電路解碼后控制相應(yīng)的通道。工作原理如圖 所示 [8]。圖 采用脈沖編解碼遙控系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用多通道遙控電路，多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端按下某一鍵時(shí)，相應(yīng)的在接收端有不同的輸出狀態(tài)。接收端的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式[12]。 “脈沖” 輸出是當(dāng)發(fā)射端按鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)“有效脈沖” ，寬度一般在 100ms 左右。 “電平”輸出是指發(fā)射端按下鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出“有效電平” ，發(fā)射端松開(kāi)鍵時(shí)，接收端“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電平” ，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時(shí)為低，則“高”為有效；如靜態(tài)為高時(shí)，則“低”為有效。大多數(shù)情況下“高”為有效。 “自鎖”輸出指的發(fā)射端每按一次某個(gè)鍵，接收端對(duì)應(yīng)輸出端改變一次狀態(tài)，即原來(lái)為高電平變?yōu)榈碗娖?，原?lái)為低電平變?yōu)楦唠娖?。此種輸出適合用做電源開(kāi)關(guān)、靜音控制等。有時(shí)亦稱這種輸出形式為“反相” 。 “互鎖”輸出是指多個(gè)輸出互相清除，在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)輸出有效。電視機(jī)的選臺(tái)就是屬此種情況，其它如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等。 “數(shù)據(jù)”輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號(hào)碼，利用接收端的幾個(gè)輸出形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，來(lái)代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應(yīng)有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便后級(jí)適時(shí)地來(lái)取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口。除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式 [12]。所謂“鎖存”輸出是指對(duì)發(fā)射端每次發(fā)的信號(hào)，接收端對(duì)應(yīng)輸出予以“儲(chǔ)存” ，直到收到新的信號(hào)為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”類似。這種遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射和接收兩大部分組成，下面分別加以介紹。 紅外遙控信號(hào)發(fā)射器及編碼紅外發(fā)射器由指令鍵、指令信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路以及紅外發(fā)射器件組成（示意圖如圖 所示） [14]。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料的不同而區(qū)別與普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見(jiàn)光。發(fā)射端對(duì)不同的按鍵進(jìn)行編碼、調(diào)制并驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（或三極管）發(fā)射信號(hào)。圖 紅外發(fā)射器組成紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)幾個(gè)基本部分的功能分別是：? 指令鍵及其代碼產(chǎn)生電路 產(chǎn)生表示控制信號(hào)的 BCD 碼。? 編碼電路 對(duì)控制信號(hào)代碼和地址碼進(jìn)行編碼，并轉(zhuǎn)換成串行發(fā)送數(shù)據(jù)。? 調(diào)制振蕩電路 產(chǎn)生頻率信號(hào)，并由發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行脈沖調(diào)制，形成發(fā)射信號(hào)。? 紅外發(fā)射電路 將發(fā)射信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成紅外光信號(hào)。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生所需要的控制指令信號(hào)，這些不同的指令信號(hào)由調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制后，最后驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射器件（LED） ，發(fā)出遙控指令信號(hào) [15]。遙控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般如下 [2]：引導(dǎo)脈沖（頭）識(shí)別碼（用戶碼）鍵碼鍵碼的反碼其引導(dǎo)脈沖為寬度是 10ms 左右的一個(gè)脈沖和一個(gè)低脈沖的組合，用來(lái)標(biāo)志指令碼的開(kāi)始。識(shí)別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表示。 “0”和“1”均由 ms 量級(jí)數(shù)的高低脈沖的組合代表。識(shí)別碼（即用戶碼）是對(duì)每個(gè)遙控系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)。通過(guò)對(duì)識(shí)別碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，有效的防止了多個(gè)設(shè)備動(dòng)作，有效的防止了多個(gè)設(shè)備之間的串?dāng)_。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來(lái)檢驗(yàn)鍵碼接收的正確性，防止誤動(dòng)作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這些指令信號(hào)由調(diào)制電路調(diào)制成 32～40KHZ 的信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后輸出，最后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件（LED）發(fā)出紅外遙控信號(hào)?，F(xiàn)以 181。PD6121G 組成發(fā)射電路為例說(shuō)明編碼原理 [15]。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 ，間隔為 ，周期為 的組合表示二進(jìn)制“0” ；以脈寬為 ，間隔為 ，周期為 組合表示二進(jìn)制“1” 。上述“0”和“1”組成的 32 位二進(jìn)制碼經(jīng) 38KHZ 的載頻進(jìn)行調(diào)制，提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后，再通過(guò)紅外發(fā)射二極管進(jìn)行二次調(diào)制，產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖 所示。181。PD6121G 產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的 32 位二進(jìn)制組，其中前 16 位為 8 位用戶識(shí)別碼其反碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識(shí)別碼固定為十六進(jìn)制01H，后 16 位為 8 位操作碼（功能碼）及其反碼。181。PD6121G 最多有 128 種組合的編碼。遙控器在按鍵按下后，周期性的發(fā)出同一種 32 位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨他所包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在 45～63ms 之間，圖 為發(fā)射波形圖。圖 遙控信號(hào)的周期波形 紅外遙控信號(hào)接收器及其解碼紅外遙控接收器由紅外接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號(hào)解出電路組成 [15]（示意圖如圖 所示）圖 紅外接收器組成接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用中要 給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能工作，亦即紅外接收二極管在電路中的應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。當(dāng)紅外接收器收到發(fā)射器的紅外指令信號(hào)時(shí)，它將紅外光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，并通過(guò)前置放大，再經(jīng)解調(diào)后，由指令檢出電路檢出，最后用該信號(hào)控制其他設(shè)備。紅外接收系統(tǒng)幾個(gè)基本部分的功能分別是：? 紅外接收電路 將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并放大、解調(diào)出串行數(shù)據(jù)。? 解碼電路 將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制代碼。? 控制電路 對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行開(kāi)/關(guān)控制解碼就是識(shí)別二進(jìn)制碼“0”和“1”以及遙控信號(hào)起始位，有硬件解碼和軟件解碼兩種方式。下面以某著名彩電的紅外遙控系統(tǒng)為例，分別介紹硬件和軟件編碼方案。 硬件解碼電路圖 給出了一種硬件解碼電路 [16]。紅外遙控編碼脈沖經(jīng)一非門(mén)反相后引入計(jì)數(shù)器 4020 復(fù)位斷（RST）4020 的腳 10（CP）斷引入 1MHZ 計(jì)數(shù)脈沖。遙控信號(hào)（已反相）每一正脈沖到來(lái)時(shí)，其高電頻對(duì) 4020 進(jìn)行復(fù)位，經(jīng)過(guò) 遙控信號(hào)變?yōu)榈碗婎l，4020 復(fù)位結(jié)束，開(kāi)始以 1MHZ 的頻率計(jì)數(shù)，直到下一個(gè)正脈沖到來(lái)為止。二進(jìn)制“0”每一脈沖周期低電平時(shí)間為 ,二進(jìn)制“1”每一脈沖周期低電平時(shí)間為 ，4020 的 Q11 端即可以區(qū)分二進(jìn)制“0”或“1” 。每一編碼脈沖正脈沖上升沿到來(lái)時(shí)，若 Q11 端為“1” ，說(shuō)明前一位遙控碼為“0” ；若 Q11 端為“0” ，說(shuō)明前一位遙控碼為“1” 。 將 4020 的 Q11 端作為 74HC595 的串行移位輸入端（SER） ，便可在每一遙控編碼脈沖上升沿到來(lái)時(shí)并在 4020 復(fù)位之前，將 74HC595 的數(shù)據(jù)沿 Q0～Q7 方向依次移一位，切 4020 的 Q11 端數(shù)據(jù)移入 74HC595 的 Q0 端。對(duì)于一組遙控編碼脈沖，共有 17 次上升沿（包括起標(biāo)志） ，而 74HC595 僅為 8 位移位寄存器，所以移位的最終結(jié)果，只有遙控編碼脈沖的最后 8 位保留在 74HC595 中。 當(dāng)一組遙控編碼脈沖（反相后）到來(lái)時(shí)，其起始標(biāo)志的上升沿觸發(fā)了雙單穩(wěn) 74HC123 的 1B，在 1Q 上產(chǎn)生了一個(gè)寬度為 120ms 的正脈沖，1Q 同時(shí)又觸發(fā)了 74HC123 的 2B，在 產(chǎn)生一個(gè)寬度為 80ms 的負(fù)脈沖，1Q 和 相與后做為Q2 Q2所存信號(hào)送至 74HC595 的 RCLK 端，即一組遙控編碼脈沖到來(lái) 80ms 后，產(chǎn)生一個(gè)所存信號(hào)。此時(shí) 74HC595 已經(jīng)移過(guò)了一組遙控碼，芯片中 保留的是最后 8位遙控碼，所存信號(hào)將這最后 8 位遙控碼所存。圖 紅外遙控硬件解碼電路原理圖 軟件解碼方案軟件編碼則由 AT89C52 單片機(jī)的中斷 0、定時(shí)器 2 及軟件構(gòu)成一個(gè)紅外遙控接收系統(tǒng) [15]。定時(shí)器 2 用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的間隔，設(shè)定于工作方式 0，定時(shí)時(shí)間為 1ms。中斷 2 由紅外接收電路輸出的負(fù)脈沖觸發(fā) AT89C52 響應(yīng)中斷后啟動(dòng)定時(shí)器 2。考慮到發(fā)射器和接收器中斷響應(yīng)的延遲以及接收器信號(hào)接收延遲的影響，接收器允許脈沖間隔的最大誤差為 100181。s，即二進(jìn)制數(shù)“0”的脈沖有效間隔范圍 400～600181。s，二進(jìn)制數(shù)“1”的脈沖有效間隔范圍為900～1100181。s，不在此范圍內(nèi)的脈沖被認(rèn)為是干擾信號(hào)或誤碼。當(dāng)紅外接收電路收到頻帶內(nèi)的紅外信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)負(fù)脈沖并觸發(fā)中斷 0，AT89C52 響應(yīng)中斷后先讀定時(shí)器 2 的記數(shù)值，然后重新啟動(dòng)定時(shí)器。對(duì)數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)脈沖信號(hào)，讀出的記數(shù)值無(wú)意義。收到第二個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，AT89C52 計(jì)算出該信號(hào)與前一個(gè)脈沖信號(hào)之間的間隔。設(shè)定當(dāng)中斷處理程序讀得定時(shí)溢出標(biāo)志數(shù)值超過(guò) 20 時(shí)，認(rèn)為是新的按鍵。來(lái)一個(gè)下降沿，進(jìn)入中斷。首先判斷是否為新按鍵，若為新按鍵則進(jìn)行相應(yīng)的初始化然后出中斷；若不是新按鍵則判斷是否已接收了 16 位，若是則出中斷，否則計(jì)數(shù)寄存器加 1，判斷該位是“0”還是“1” ，移入鍵值寄存器。當(dāng)中斷處理程序接收滿 16 位數(shù)據(jù)后，根據(jù)“0”和“1”的組合情況就可以知道對(duì)應(yīng)的按鍵。中斷處理程序如圖 所示。 圖 中斷處理程序流程圖 未知信號(hào)格式遙控器信號(hào)碼的識(shí)別在應(yīng)用系統(tǒng)中，要完成對(duì)遙控器信號(hào)的解碼并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的控制，必