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红外遥控的工作原理

[日期:2012-07-05] 来源:  作者:陈阳海 [字体: ]

 

  1.红外线的特性
  
  红外线是介于可见光与微波之间的一种电磁波,其波长为0.76μm~1OOOμm,波谱范围很宽。红外线分为近红外、中红外和远红外三个区,兼具可见光和微波的某些特性:在与可见光相邻的在近红外区,具有可见光的直线传播、反射、折射、散射、衍射、可以被某些物体吸收,以及可以被透镜聚焦等特性;在与微波相邻的远红外区,则具有较强的穿透能力和能够贯穿某些不透明物体的能力等。实际上,凡是温度高于绝对零度(即-273℃)的物体,均会片刻不停地发出红外线,只是温度越高,其发出的红外线越强。
  
  基于以上特点,再加上红外线传感器制作容易、成本低,因此诸如红外线遥控、红外线加热、红外线通信、红外线摄像、红外线医疗器械等应用产品几乎是随处可见。
  
  2.红外遥控的四个重要环节
  
  红外线遥控装置包括红外线发射(即遥控器)和红外线接收两部分。既然几乎所有的物体都在不停地发射红外线,那么怎样才能保证指定遥控器发射的控制信号既能准确无误地被接收装置所接收,又不会受到其他信号的干扰呢,这就需要从以下四个环节上加以控制。
  
  (1)红外传感器的配套使用红外发射传感器和红外接收传感器配套使用,就组成了一个红外线遥控系统。
  
  遥控用的红外发射传感器,也就是红外发光二极管,采用砷化镓或砷铝化镓等半导体材料制成,前者的发光效率低于后者。峰值波长是红外发光二极管发出的最大红外光强所对应的发光波长,红外发光二极管的峰值波长通常为0.88μm~O.951Am。遥控用红外接收传感器有光敏二极管光敏三极管两种,响应波长(亦称峰值波长)反映了光敏二极管和光敏三极管的光谱响应特性。可见,要提高按收效率,遥控系统所用红外发光二极管的峰值波长与红外接收传感器的响应波长必须一致或相近是十分重要的。
  
  (2)信号的调制解调红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码。为了使其在无线传输过程中免受其他红外信号的干扰,通常都是先将其调制在特定的载波频率上,然后再经红外发光二极管发射出去,红外线接收装置则会滤除其他杂波只接收该特定频率的信号并将其还原成二进制脉冲码,也就是解调。下图是红外线发射与接收的示意图。图1中没有信号发出的状态称为空号或0状态,按一定频率以脉冲方式发出信号的状态称为传号或1状态。在消费类电子产品的红外遥控系统中,红外信号的载波频率通常为30kHz--OkHz,标准的频率有30kHz33kHz36KHz、36.7kHz、38kHz、40kHz和56kHz,此范围内的其他频率也能被识别。

  (3)编码解码
  
  既然红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码,那么,用什么样的空号和传号的组合来表示二进制数的“0”和“1”,即信号传输所采用的编码方式,也是红外遥控信号的发送端和接收端需要事先约定的。通常,红外遥控系统中所采用的编码方式有三种:
  
  1)FSK(移频键控)方式
  
  移频键控方式用两种不同的脉冲频率分别表示二进制数的“0”和“1',下图是用移频键控方式对“0”和“1”进行编码的示意图。

  2)PPM(脉冲位置编码)方式
  
  在脉冲位置编偶方式下,每一位二进制数所占用的时间是一样的,只是传号脉冲的位置有所不同。空号在前、传号在后的表示“1”,传号在前、空号在后的表示“0”。下图是采用脉冲位置编码方式对“0”和“1”进行编码的示意图。

  3)PWM(脉冲宽度编码)方式
  
  脉冲宽度编码方式是根据传号脉冲的宽度来区别二进制数的“0”和“1”的。
  
  传号脉冲宽的是“1”,传号脉冲窄的是“0”,而每位二进制数之间则用等宽的空号来进行分隔。下图是用脉冲宽度编码方式对“0”和“1”进行编码的示意图。

  在上述三种方式中,PPM(脉冲位置编码)和PWM(脉冲宽度编码)两种方式是红外遥控系统中最常用的。
  
  4)红外线信号传输协议
  
  红外线信号传输协议除了规定红外遥控信号的载波频率、编码方式、空号和传号的宽度等外,还对数据传输的格式进行了严格的规定,以确保发送端和接收端之间数据传输的准确无误。红外线信号传输协议是为逃行红外信传输所制定的标准,儿乎所有的红外遥控系统都是按照特定的红外线信专传输协议来进行信号传输的。因此,要紫握红外遥控技术,首先要熟悉红外线信号传输协议以及与之机关的红外线发射和接收芯片。
  
  红外遥控传输协很多,不少大的电气公司,如NEC、Pliilips、Sharp、Sony 等,均制定有自己的红外线信号传输协议

  3、红外线接收的解调专用电路--一体化的红外线接收头

  前面曾经谈到,红外遥控信号是一连串的二进制脉冲码。为了使其在无线传输过棍中免受其他红外信号的干扰,通常都是先将其调制在特定的载波频率上,然后再经红外发光二极管发射出去,而红外线接收装置则要滤除其他杂波,只接收该特定频率的信号并将其还原成二进制脉冲码,也就是解调。
  
  目前,对于这种进行了调制的红外线遥控信号,通常是采用一体化红外线接收头进行解调。一体化红外线接收头将红外光电二极管(即红外接收传感)、低噪声前置放大器、限幅器、带通滤波器解调器,以及整形驱动电路等集成在一起,其外形及引脚定义如下图(不同型号的一体化红外线接收头的引脚排列顺序有所不同,具体请参考相关的产品手册)。一体化红外线接收头体积小(类似塑封三极管)、灵敏度高、外接元件少(只需接电源退藕元件)、抗干扰能力强,使用十分方便。


  
  一体化红外线接收头的型号很多,如SFH506-xx、TFMS5xxO和TK16xx、TSOPl2xx/48xx/62xx(其中“xx”代表其适用载频)、HSOO38等。HSOO38的响应波长为0.94?m,可以接收载波频率为38kHz的红外线遥控信号,其输出可与微处理器直接接口,应用十分普遍。上图、中图、下图分别是HD0038的电路框图、应用电路及引脚图。

 


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