红外收发管(单片机红外电路设计原理)

红外收发管
电视、空调都离不开红外遥控器。空调遥控器其实就是一个红外信号发射装置,而空调机身具有红外接收探头,可以接收遥控器发出的红外信号并解析,从而实现遥控的功能,电视遥控器也是同样的原理。现在有很多手机具有红外功能,通过匹配通讯协议,就能实现手机遥控电视和空调的作用。下面通过硬件和软件两个方面来和大家分享,红外遥控实现的原理。
本部分内容包括,红外发射部分原理、红外接收部分原理以及软件编码部分原理。1 红外发射部分电路原理红外发射功能主要由红外发射管来实现,红外发射管在外观上和透明的LED发光二极管极为相似,其驱动和控制方式也一致。在使用单片机控制发射管时,一般使用三极管来驱动,NPN三极管和PNP三极管都可以实现。如下图所示使用PNP三极管来实现的。
PNP三极管的基极通过电阻接单片机的GPIO口,发射管通过限流电阻接在PNP三极管的发射极上。当单片机的GPIO输出高电平时PNP三极管处于截止状态红外发射管不工作;当GPIO输出低电平时PNP三极管导通发射管工作,发出肉眼不可见的红外线,被接收管接收到。遥控器上的每一个按键都有一定的编码,该编码其实就是遵循一定规则的高低电平的脉冲,接收电路解析该脉冲从而执行对应的操作。2 红外接收部分电路原理前文说过,红外发射和红外接收是一对,成对使用。发射管是白色的,接收管是黑色的。可以使用三极管搭建接收电路也可以使用比较器来搭建电路,下面用三极管电路展示红外接收的电路。如下图所示。
在没有接收到红外信号时,接收管不导通,三极管Q1不导通,三极管Q3不导通,单片机接收到持续的高电平;当接收管接收到红外信号时,单片机接收到低电平。当遥控器的按键被按下时,按键对应的编码脉冲就会被单片机所接收到,单片机解析该脉冲,就能知道遥控器上是哪个按键被按下,从而实现用户的操作。但是,黑色的红外接收管抗干扰能力比较低,在设计电路的时候一般不选用,而是选用专用的红外接收头,最常用的型号为HS0038。而且,其红外接收电路简单,抗干扰能力强。
3 红外软件编码解析前文提到的脉冲编码就是红外发射和红外接收之间的通讯内容,通讯这部分的数据或内容,被称作通讯协议。一般来说,红外通讯都遵循NEC的编码协议规范。NEC的协议规定,工作频率为38KHz,其数据格式由如下几部分构成:引导码、用户码、用户码补码、按键码、按键码补码等。一个完整的按键/数据周期是108ms。NEC编码规定0和1的编码如下:编码0:0.56ms高电平+0.565ms低电平=1.125ms
编码1:0.56ms高电平+1.685ms低电平=2.245ms,如下图所示。
当遥控器的某一个按键被按下后,发射管就会发出一串包含引导码、用户码、用户码补码、按键码、按键码补码的脉冲出来,脉冲如果要翻译出来的话,就是看0和1的序列,长度为2.245ms的脉冲代表数据1,脉冲长度为1.125的脉冲代表数据0。类似的脉冲数据如下图所示。
接收端的红外专用探头感应该部分脉冲并送入单片机,单片机通过解析脉冲数据,计算出用户的按键信息,再执行相应的命令和逻辑,这样用户就可以在沙发上远程遥控空调和电视了。现在的很多手机上集成了红外发射电路,并带有自学习功能可以根据操作说明让手机去匹配设备的编码协议,协议匹配后就可以通过手机遥控电视、空调等设备了,这时候手机就变成了遥控器。由于通讯部分要处理比较复杂的数据,所以这类电路都是需要单片机支持的。单片机常用的几种通信接口,I2C、SPI、UART等
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