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2023-11-04
红外遥控器工作原理解析，附51单片机初级入门实战教程
【摘要】：通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。图21-2 红外线遥控系统框图遥控发射器专用芯片很多，本系统采用的红外遥控器是NEC的UPD6121编码。图21-3 遥控码“0”和“1”编码上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。UPD6121最多可有128种不同组合的编码。红外遥控最常用的载波频率为38kHz，这是由于发射端使用的455kHz晶振决定的。
在很多单片机应用系统中，常常利用非电信号（如光信号、超声波信号等）传送控制信息和数据信息，以实现遥控或遥测的功能。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉位调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉冲信号转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。红外线遥控器的系统框图如图21-2所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED发送器；红外接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
图21-2 红外线遥控系统框图
遥控发射器专用芯片很多，本系统采用的红外遥控器是NEC的UPD6121编码（一般家庭用的DVD、VCD、音响都使用这种编码方式）。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，按键值不同，遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。其波形如图21-3所示。
图21-3 遥控码“0”和“1”编码
上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图21-4所示。
图21-4 遥控信号编码波形图
UPD6121产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121最多可有128种不同组合的编码。
遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间，图21-5为遥控连发信号波形图。(www.chuimin.cn)
当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲，这108ms发射代码由一个引导码（9ms），一个结果码（4.5ms），低8位地址码（9～18ms），高8位地址码（9～18ms），8位数据码（9～18ms）和这8位数据的反码（9～18ms）组成如图21-6和21-7所示。如果按键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。
图21-5 遥控连发信号波形
图21-6 引导码
图21-7 连发码
接收电路使用的是一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，它的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封晶体管大小一样，它适合于各红外线遥控和红外线数据传输。但在使用时要注意成品的红外接收头的载波频率。红外遥控最常用的载波频率为38kHz，这是由于发射端使用的455kHz晶振决定的。接收器对外只有3个引脚：OUT、GND、VCC与单片机连接非常方便，其内部结构框图如图21-8所示。
图21-8 红外接收模块内部结构框图
接收模块的工作原理：首先，通过红外光敏元件将接收到的载波频率为38kHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号，再由前置放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后，通过带通滤波器进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调。最后，由输出级电路进行反向放大输出。为保证红外接收模块接收的准确性，要求发送端载波信号的频率应尽可能接近38kHz，因此在设计脉冲振荡器时，要选用精密元件并保证电源电压稳定。
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