遥控器的基本原理解析

1.红外线的概念

要想清楚什么是红外线，则先要清楚物理学上对光谱频段的区分。图7-1所示为物理学上的光谱区分图。

图7-1 光谱区分图

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，波长介于380～780nm之间。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线，红外线遥控就是利用波长为0.78～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

图7-2 红外遥控示意图

2.红外遥控基本原理

红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统，该系统主要分为调制、发射和接收三部分。红外遥控的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号，如图7-2所示。

红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰，因此，红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10m）遥控中得到了广泛的应用。

（1）红外遥控调制

常用的红外遥控的调制方法有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。红外遥控常用的调制载波频率为38kHz，这是由发射端编码芯片所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等。

图7-3 红外发光二极管

（2）红外遥控发射部分

红外遥控发射部分的主要元件为红外发光二极管，如图7-3所示。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它发出的便是红外线而不是可见光。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通ϕ5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

（3）红外遥控接收部分

红外信号接收系统典型电路如图7-4所示。

图7-4 红外接收头内部电路

该电路包括红外监测二极管、放大器、限幅器、带通滤波器、解调器、积分电路、比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30kHz～60kHz的载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。以上电路被集成在一个元件中，成为一体化红外接收头，封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装，均有3只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（OUT）。如图7-5所示。

图7-5 一体化红外接收头(www.xing528.com)

一体化红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只晶体管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

3.红外遥控编码标准

目前市面上出现的遥控编码有很多种，但常用的红外遥控编码主要是NEC标准和PHIL-IPS标准，其他都是这两类的变种。

（1）NEC编码标准

编码芯片有PT2221/PT2222、HT6221/HT6222等，此标准下的发射端所发射的一帧码含有一个引导码、8位用户码、8位用户反码，8位数据码（功能码）、8位数据反码。引导码由一个9ms的高电平和4.5ms的低电平组成。当按下持续时间超过108ms时，则发送简码（简码由9ms高电平和2.25ms的低电平组成）来告之接收端是某一个按键一直按着，像电视的音量和频道切换键都有此功能，简码与简码之间相隔是108ms。“1”和“0”的区分采用脉冲位置调制（PPM）方式。

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7-6所示。

图7-6 遥控码的“0”和“1”

上述“0”和“1”组成的32位二进制码（如图7-7所示），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。

图7-7 遥控信号编码示意图

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，防止不同机种遥控码互相干扰，后16位为8位数据码（功能码）及其反码。

当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7-8为发射波形图。

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发射代码由一个起始码（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（13.5ms）和这8位数据码的反码（13.5ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。

（2）PHILIPS的RC-5编码标准

编码芯片有SAA3010、PT2210/PT2211/PT1215、HT6230等，RC-5编码标准的一帧有以下几部分组成：起始码部分2个逻辑1；控制码部分，1位；系统码部分，5位；指令码部分，6位。

连续发射时，重复波形与第一次发射波形相同。控制码位在前后再次按键中交替改变。0和1码传送采用双相位编码发送技术。

图7-8 遥控信号各段码所占用时间

（3）其他变种的编码类型

像TC9028、PT2212、PT2213等芯片的码型与NEC标准类似，只是引导码变为4.5ms高电平+4.5ms低电平，简码4.5ms高电平+4.5ms低电平+0.56ms高电平+1.68ms低电平+1.56ms高电平组成。

像PT2461、LC7461等芯片的码型也是与NEC标准类似，数据帧长度变长了，引导码+13位用户码+13位用户反码+8位键数据码+8位键数据反码。简码为9ms高电平+4.5ms低电平+0.56ms高电平组成。