紅外遙控通信原理

在實(shí)際的通信領(lǐng)域，發(fā)出來(lái)的信號一般有較寬的頻譜，而且都是在比較低的頻率段分布大量的能量，所以稱(chēng)之為基帶信號，這種信號是不適合直接在信道中傳輸的。為便于傳輸、提高抗干擾能力和有效的利用帶寬，通常需要將信號調制到適合信道和噪聲特性的頻率范圍內進(jìn)行傳輸，這就叫做信號調制。在通信系統的接收端要對接收到的信號進(jìn)行解調，恢復出原來(lái)的基帶信號。這部分通信原理的內容，大家了解一下即可。

我們平時(shí)用到的紅外遙控器里的紅外通信，通常是使用 38K 左右的載波進(jìn)行調制的，下面我把原理大概給大家介紹一下，先看發(fā)送部分原理。

調制：就是用待傳送信號去控制某個(gè)高頻信號的幅度、相位、頻率等參量變化的過(guò)程，即用一個(gè)信號去裝載另一個(gè)信號。比如我們的紅外遙控信號要發(fā)送的時(shí)候，先經(jīng)過(guò) 38K 調制，如圖 16-4 所示。

圖 16-4 紅外信號調制

原始信號就是我們要發(fā)送的一個(gè)數據“0”位或者一位數據“1”位，而所謂 38K 載波就是頻率為 38K 的方波信號，調制后信號就是最終我們發(fā)射出去的波形。我們使用原始信號來(lái)控制 38K 載波，當信號是數據“0”的時(shí)候，38K 載波毫無(wú)保留的全部發(fā)送出去，當信號是數據“1”的時(shí)候，不發(fā)送任何載波信號。

那在原理上，我們如何從電路的角度去實(shí)現這個(gè)功能呢?如圖 16-5 所示。

圖 16-5 紅外發(fā)射原理圖

38K 載波，我們可以用 455K 晶振，經(jīng)過(guò) 12 分頻得到 37.91K，也可以由時(shí)基電路 NE555來(lái)產(chǎn)生，或者使用單片機的 PWM 來(lái)產(chǎn)生。當信號輸出引腳輸出高電平時(shí)，Q2 截止，不管38K 載波信號如何控制 Q1，右側的豎向支路都不會(huì )導通，紅外管 L1 不會(huì )發(fā)送任何信息。當信號輸出是低電平的時(shí)候，那么 38K 載波就會(huì )通過(guò) Q1 釋放出來(lái)，在 L1 上產(chǎn)生 38K 的載波信號。這里要說(shuō)明的是，大多數家電遙控器的 38K 的占空比是 1/3，也有 1/2 的，但是相對少一些。

正常的通信來(lái)講，接收端要首先對信號通過(guò)監測、放大、濾波、解調等等一系列電路處理，然后輸出基帶信號。但是紅外通信的一體化接收頭 HS0038B，已經(jīng)把這些電路全部集成到一起了，我們只需要把這個(gè)電路接上去，就可以直接輸出我們所要的基帶信號了，如圖 16-6所示。

圖 16-6 紅外接收原理圖

由于紅外接收頭內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭供電引腳上必須加上濾波電容，官方手冊給的值是 4.7uF，我們這里直接用的 10uF，手冊里還要求在供電引腳和電源之間串聯(lián) 100 歐的電阻，進(jìn)一步降低干擾。

圖 16-6 所示的電路，用來(lái)接收圖 16-5 電路發(fā)送出來(lái)的波形，當 HS0038B 監測到有 38K的紅外信號時(shí)，就會(huì )在 OUT 引腳輸出低電平，當沒(méi)有 38K 的時(shí)候，OUT 引腳就會(huì )輸出高電平。那我們把 OUT 引腳接到單片機的 IO 口上，通過(guò)編程，就可以獲取紅外通信發(fā)過(guò)來(lái)的數據了。

大家想想，OUT 引腳輸出的數據是不是又恢復成為基帶信號數據了呢?那我們單片機在接收這個(gè)基帶信號數據的時(shí)候，如何判斷接收到的是什么數據，應該遵循什么協(xié)議呢?像我們前邊學(xué)到的 UART、I2C、SPI 等通信協(xié)議都是基帶通信的通信協(xié)議，而紅外的 38K 僅僅是對基帶信號進(jìn)行調制解調，讓信號更適合在信道中傳輸。

由于我們的紅外調制信號是半雙工的，而且同一時(shí)刻空間只能允許一個(gè)信號源，所以紅外的基帶信號不適合在 I2C 或者 SPI 通信協(xié)議中進(jìn)行的，我們前邊提到過(guò) UART 雖然是 2 條線(xiàn)，但是通信的時(shí)候，實(shí)際上一條線(xiàn)即可，所以紅外可以在 UART 中進(jìn)行通信。當然，這個(gè)通信也不是沒(méi)有限制的，比如在 HS0038B 的數據手冊中標明，要想讓 HS0038B 識別到 38K的紅外信號，那么這個(gè) 38K 的載波必須要大于 10 個(gè)周期，這就限定了紅外通信的基帶信號的比特率必須不能高于 3800，那如果把串口輸出的信號直接用 38K 調制的話(huà)，波特率也就不能高于 3800。當然還有很多其它基帶協(xié)議可以利用紅外來(lái)調制，下面我們介紹一種遙控器常用的紅外通信協(xié)議——NEC 協(xié)議。