單片機紅外電路設(shè)計原理

電視、空調(diào)都離不開紅外遙控器?？照{(diào)遙控器其實就是一個紅外信號發(fā)射裝置，而空調(diào)機身具有紅外接收探頭，可以接收遙控器發(fā)出的紅外信號并解析，從而實現(xiàn)遙控的功能，電視遙控器也是同樣的原理。現(xiàn)在有很多手機具有紅外功能，通過匹配通訊協(xié)議，就能實現(xiàn)手機遙控電視和空調(diào)的作用。下面通過硬件和軟件兩個方面來和大家分享，紅外遙控實現(xiàn)的原理。

本部分內(nèi)容包括，紅外發(fā)射部分原理、紅外接收部分原理以及軟件編碼部分原理。

1、紅外發(fā)射部分電路原理

紅外發(fā)射功能主要由紅外發(fā)射管來實現(xiàn)，紅外發(fā)射管在外觀上和透明的LED發(fā)光二極管極為相似，其驅(qū)動和控制方式也一致。在使用單片機控制發(fā)射管時，一般使用三極管來驅(qū)動，NPN三極管和PNP三極管都可以實現(xiàn)。如下圖所示使用PNP三極管來實現(xiàn)的。

PNP三極管的基極通過電阻接單片機的GPIO口，發(fā)射管通過限流電阻接在PNP三極管的發(fā)射極上。當(dāng)單片機的GPIO輸出高電平時PNP三極管處于截止?fàn)顟B(tài)紅外發(fā)射管不工作；當(dāng)GPIO輸出低電平時PNP三極管導(dǎo)通發(fā)射管工作，發(fā)出肉眼不可見的紅外線，被接收管接收到。遙控器上的每一個按鍵都有一定的編碼，該編碼其實就是遵循一定規(guī)則的高低電平的脈沖，接收電路解析該脈沖從而執(zhí)行對應(yīng)的操作。

2、紅外接收部分電路原理

前文說過，紅外發(fā)射和紅外接收是一對，成對使用。發(fā)射管是白色的，接收管是黑色的?？梢允褂萌龢O管搭建接收電路也可以使用比較器來搭建電路，下面用三極管電路展示紅外接收的電路。如下圖所示。

在沒有接收到紅外信號時，接收管不導(dǎo)通，三極管Q1不導(dǎo)通，三極管Q3不導(dǎo)通，單片機接收到持續(xù)的高電平；當(dāng)接收管接收到紅外信號時，單片機接收到低電平。當(dāng)遙控器的按鍵被按下時，按鍵對應(yīng)的編碼脈沖就會被單片機所接收到，單片機解析該脈沖，就能知道遙控器上是哪個按鍵被按下，從而實現(xiàn)用戶的操作。但是，黑色的紅外接收管抗干擾能力比較低，在設(shè)計電路的時候一般不選用，而是選用專用的紅外接收頭，最常用的型號為HS0038。而且，其紅外接收電路簡單，抗干擾能力強。

3、紅外軟件編碼解析

前文提到的脈沖編碼就是紅外發(fā)射和紅外接收之間的通訊內(nèi)容，通訊這部分的數(shù)據(jù)或內(nèi)容，被稱作通訊協(xié)議。一般來說，紅外通訊都遵循NEC的編碼協(xié)議規(guī)范。NEC的協(xié)議規(guī)定，工作頻率為38KHz，其數(shù)據(jù)格式由如下幾部分構(gòu)成：引導(dǎo)碼、用戶碼、用戶碼補碼、按鍵碼、按鍵碼補碼等。一個完整的按鍵/數(shù)據(jù)周期是108ms。NEC編碼規(guī)定0和1的編碼如下：

編碼0：0.56ms高電平+0.565ms低電平=1.125ms

編碼1：0.56ms高電平+1.685ms低電平=2.245ms，如下圖所示。

當(dāng)遙控器的某一個按鍵被按下后，發(fā)射管就會發(fā)出一串包含引導(dǎo)碼、用戶碼、用戶碼補碼、按鍵碼、按鍵碼補碼的脈沖出來，脈沖如果要翻譯出來的話，就是看0和1的序列，長度為2.245ms的脈沖代表數(shù)據(jù)1，脈沖長度為1.125的脈沖代表數(shù)據(jù)0。類似的脈沖數(shù)據(jù)如下圖所示。

接收端的紅外專用探頭感應(yīng)該部分脈沖并送入單片機，單片機通過解析脈沖數(shù)據(jù)，計算出用戶的按鍵信息，再執(zhí)行相應(yīng)的命令和邏輯，這樣用戶就可以在沙發(fā)上遠(yuǎn)程遙控空調(diào)和電視了?，F(xiàn)在的很多手機上集成了紅外發(fā)射電路，并帶有自學(xué)習(xí)功能可以根據(jù)操作說明讓手機去匹配設(shè)備的編碼協(xié)議，協(xié)議匹配后就可以通過手機遙控電視、空調(diào)等設(shè)備了，這時候手機就變成了遙控器。由于通訊部分要處理比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)，所以這類電路都是需要單片機支持的。