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紅外遙控的工作原理

[日期:2012-07-05] 來源:  作者:陳陽海 [字體: ]

 

  1.紅外線的特性
  
  紅外線是介于可見光與微波之間的一種電磁波,其波長為0.76μm~1OOOμm,波譜范圍很寬。紅外線分為近紅外、中紅外和遠紅外三個區,兼具可見光和微波的某些特性:在與可見光相鄰的在近紅外區,具有可見光的直線傳播、反射、折射、散射、衍射、可以被某些物體吸收,以及可以被透鏡聚焦等特性;在與微波相鄰的遠紅外區,則具有較強的穿透能力和能夠貫穿某些不透明物體的能力等。實際上,凡是溫度高于絕對零度(即-273℃)的物體,均會片刻不停地發出紅外線,只是溫度越高,其發出的紅外線越強。
  
  基于以上特點,再加上紅外線傳感器制作容易、成本低,因此諸如紅外線遙控、紅外線加熱、紅外線通信、紅外線攝像、紅外線醫療器械等應用產品幾乎是隨處可見。
  
  2.紅外遙控的四個重要環節
  
  紅外線遙控裝置包括紅外線發射(即遙控器)和紅外線接收兩部分。既然幾乎所有的物體都在不停地發射紅外線,那么怎樣才能保證指定遙控器發射的控制信號既能準確無誤地被接收裝置所接收,又不會受到其他信號的干擾呢,這就需要從以下四個環節上加以控制。
  
  (1)紅外傳感器的配套使用紅外發射傳感器和紅外接收傳感器配套使用,就組成了一個紅外線遙控系統。
  
  遙控用的紅外發射傳感器,也就是紅外發光二極管,采用砷化鎵或砷鋁化鎵等半導體材料制成,前者的發光效率低于后者。峰值波長是紅外發光二極管發出的最大紅外光強所對應的發光波長,紅外發光二極管的峰值波長通常為0.88μm~O.951Am。遙控用紅外接收傳感器有光敏二極管光敏三極管兩種,響應波長(亦稱峰值波長)反映了光敏二極管和光敏三極管的光譜響應特性??梢?,要提高按收效率,遙控系統所用紅外發光二極管的峰值波長與紅外接收傳感器的響應波長必須一致或相近是十分重要的。
  
  (2)信號的調制解調紅外遙控信號是一連串的二進制脈沖碼。為了使其在無線傳輸過程中免受其他紅外信號的干擾,通常都是先將其調制在特定的載波頻率上,然后再經紅外發光二極管發射出去,紅外線接收裝置則會濾除其他雜波只接收該特定頻率的信號并將其還原成二進制脈沖碼,也就是解調。下圖是紅外線發射與接收的示意圖。圖1中沒有信號發出的狀態稱為空號或0狀態,按一定頻率以脈沖方式發出信號的狀態稱為傳號或1狀態。在消費類電子產品的紅外遙控系統中,紅外信號的載波頻率通常為30kHz--OkHz,標準的頻率有30kHz33kHz36KHz、36.7kHz、38kHz、40kHz和56kHz,此范圍內的其他頻率也能被識別。

  (3)編碼解碼
  
  既然紅外遙控信號是一連串的二進制脈沖碼,那么,用什么樣的空號和傳號的組合來表示二進制數的“0”和“1”,即信號傳輸所采用的編碼方式,也是紅外遙控信號的發送端和接收端需要事先約定的。通常,紅外遙控系統中所采用的編碼方式有三種:
  
  1)FSK(移頻鍵控)方式
  
  移頻鍵控方式用兩種不同的脈沖頻率分別表示二進制數的“0”和“1',下圖是用移頻鍵控方式對“0”和“1”進行編碼的示意圖。

  2)PPM(脈沖位置編碼)方式
  
  在脈沖位置編偶方式下,每一位二進制數所占用的時間是一樣的,只是傳號脈沖的位置有所不同??仗栐谇?、傳號在后的表示“1”,傳號在前、空號在后的表示“0”。下圖是采用脈沖位置編碼方式對“0”和“1”進行編碼的示意圖。

  3)PWM(脈沖寬度編碼)方式
  
  脈沖寬度編碼方式是根據傳號脈沖的寬度來區別二進制數的“0”和“1”的。
  
  傳號脈沖寬的是“1”,傳號脈沖窄的是“0”,而每位二進制數之間則用等寬的空號來進行分隔。下圖是用脈沖寬度編碼方式對“0”和“1”進行編碼的示意圖。

  在上述三種方式中,PPM(脈沖位置編碼)和PWM(脈沖寬度編碼)兩種方式是紅外遙控系統中最常用的。
  
  4)紅外線信號傳輸協議
  
  紅外線信號傳輸協議除了規定紅外遙控信號的載波頻率、編碼方式、空號和傳號的寬度等外,還對數據傳輸的格式進行了嚴格的規定,以確保發送端和接收端之間數據傳輸的準確無誤。紅外線信號傳輸協議是為逃行紅外信傳輸所制定的標準,兒乎所有的紅外遙控系統都是按照特定的紅外線信專傳輸協議來進行信號傳輸的。因此,要紫握紅外遙控技術,首先要熟悉紅外線信號傳輸協議以及與之機關的紅外線發射和接收芯片。
  
  紅外遙控傳輸協很多,不少大的電氣公司,如NEC、Pliilips、Sharp、Sony 等,均制定有自己的紅外線信號傳輸協議

  3、紅外線接收的解調專用電路--一體化的紅外線接收頭

  前面曾經談到,紅外遙控信號是一連串的二進制脈沖碼。為了使其在無線傳輸過棍中免受其他紅外信號的干擾,通常都是先將其調制在特定的載波頻率上,然后再經紅外發光二極管發射出去,而紅外線接收裝置則要濾除其他雜波,只接收該特定頻率的信號并將其還原成二進制脈沖碼,也就是解調。
  
  目前,對于這種進行了調制的紅外線遙控信號,通常是采用一體化紅外線接收頭進行解調。一體化紅外線接收頭將紅外光電二極管(即紅外接收傳感)、低噪聲前置放大器、限幅器、帶通濾波器、解調器,以及整形驅動電路等集成在一起,其外形及引腳定義如下圖(不同型號的一體化紅外線接收頭的引腳排列順序有所不同,具體請參考相關的產品手冊)。一體化紅外線接收頭體積小(類似塑封三極管)、靈敏度高、外接元件少(只需接電源退藕元件)、抗干擾能力強,使用十分方便。


  
  一體化紅外線接收頭的型號很多,如SFH506-xx、TFMS5xxO和TK16xx、TSOPl2xx/48xx/62xx(其中“xx”代表其適用載頻)、HSOO38等。HSOO38的響應波長為0.94?m,可以接收載波頻率為38kHz的紅外線遙控信號,其輸出可與微處理器直接接口,應用十分普遍。上圖、中圖、下圖分別是HD0038的電路框圖、應用電路及引腳圖。

 


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