紅外遙控器通信原理_紅外遙控器協議_紅外通信對比無線通信的優勢

紅外遙控器通信原理_紅外遙控器協議_紅外通信對比無線通信的優勢

佚名 發表於 2017-08-03 17:50:56

　　紅外通訊，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數據。在電腦技術發展早期，數據都是通過線纜傳輸的，線纜傳輸連線麻煩，需要特製接口，頗為不便。於是後來就有了紅外、藍牙、802.11等無線數據傳輸技術。在紅外通訊技術發展早期，存在好幾個紅外通訊標準，不同標準之間的紅外設備不能進行紅外通訊。為了使各種紅外設備能夠互聯互通，1993年，由二十多個大廠商發起成立了紅外數據協會（IrDA），統一了紅外通訊的標準，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外數據通訊協議及規範。

　　紅外通信與無線通信相比有何優勢

　　紅外通信是以紅外線作為載體來傳送數據信息。它作為無線通信的一種，與無線電通信相比，由於其性能價格比高，實現簡單，具有抗電磁幹擾、便於高速應用、空間接入靈活、經濟的特點，可用於室內外實現點對點、無線紅外LAN通信及軍用紅外引信，在移動計算和移動通訊的設備中獲得了廣泛的應用。

　　在某些場合，需要數據交換但又不是很大，且實時性要求又不是很高的情況下，可以使用紅外通訊方式，這樣既可以得到無繩化通信帶來的便利，又可以避開採用無線電高頻電路可能引發的一些問題。譬如用於家用電器的遙控器，計算機的遙控鍵盤和遙控滑鼠以及可攜式數據收集裝置（煤水電錶的登錄器、報稅機）與主機的數據交換等。

　　目前，利用紅外線進行無線數據通信，無論從小型化、輕量化，還是從安全性等方面考慮，其可行性都比較高，並且已經在無線多信道室內話音系統，無繩電話以及鍵盤和終端間的短距離無線連接中得到了應用。所有這些應用中的工作帶寬遠低於WLAN需要的帶寬。

　　遙控紅外通信原理

　　在實際的通信領域，發出來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。為便於傳輸、提高抗幹擾能力和有效的利用帶寬，通常需要將信號調製到適合信道和噪聲特性的頻率範圍內進行傳輸，這就叫做信號調製。在通信系統的接收端要對接收到的信號進行解調，恢復出原來的基帶信號。這部分通信原理的內容，大家了解一下即可。

　　我們平時用到的紅外遙控器裡的紅外通信，通常是使用38K左右的載波進行調製的，下面我把原理大概給大家介紹一下，了解一下，先看發送部分原理。

　　調製：就是用待傳送信號去控制某個高頻信號的幅度、相位、頻率等參量變化的過程，即用一個信號去裝載另一個信號。比如我們的紅外遙控信號要發送的時候，先經過38K調製，如圖1所示。

　　

　　圖1 紅外信號調製

　　原始信號就是我們要發送的一個數據「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，調製後信號就是最終我們發射出去的波形。我們使用原始信號來控制38K載波，當信號是數據「0」的時候，38K載波毫無保留的全部發送出去，當信號是數據「1」的時候，不發送任何載波信號。

　　那在原理上，我們如何從電路的角度去實現這個功能呢？如圖2所示。

　　

　　圖2 紅外發射原理圖

　　38K載波，我們可以用455K晶振，經過12分頻得到37.91K，也可以由時基電路NE555來產生，或者使用單片機的PWM來產生。當信號輸出引腳輸出高電平時，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導通，紅外管L1不會發送任何信息。當信號輸出是低電平的時候，那麼38K載波就會通過Q1釋放出來，在L1上產生38K的載波信號。這裡要說明的是，大多數家電遙控器的38K的佔空比是1/3，也有1/2的，但是相對少一些。

　　正常的通信來講，接收端要首先對信號通過監測、放大、濾波、解調等等一系列電路處理，然後輸出基帶信號。但是紅外通信的一體化接收頭HS0038B，已經把這些電路全部集成到一起了，我們只需要把這個電路接上去，就可以直接輸出我們所要的基帶信號了，如圖3所示。

　　

　　圖3 紅外接收原理圖

　　由於紅外接收頭內部放大器的增益很大，很容易引起幹擾，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，我們這裡直接用的10uF，手冊裡還要求在供電引腳和電源之間串聯100歐的電阻，進一步降低幹擾。

　　圖3所示的電路，用來接收圖16-5電路發送出來的波形，當HS0038監測到有38K的紅外信號時，就會在OUT引腳輸出低電平，當沒有38K的時候，OUT引腳就會輸出高電平。那我們把OUT引腳接到單片機的IO口上，通過編程，就可以獲取紅外通信發過來的數據了。

　　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基帶信號數據的時候，如何判斷接收到的是什麼數據，應該遵循什麼協議呢？像我們前邊學到的UART、I2C、SPI等通信協議都是基帶通信的通信協議，而紅外的38K僅僅是對基帶信號進行調製解調，讓信號更適合在信號中傳輸。

　　由於我們的紅外調製信號是半雙工的，而且同時空間只能允許一個信號源，所以我們紅外的基帶信號不適合在I2C或者SPI通信協議中進行的，我們前邊提到過UART雖然是2條線，但是通信的時候，實際上一條線即可，所以紅外可以在UART中進行通信。當然，這個通信也不是沒有限制的，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，那麼這個38K的載波必須要大於10個周期，這就限定了我們紅外通信的基帶信號的比特率必須不能高於3800，那如果把串口輸出的信號直接用38K調製的話，波特率也就不能高於3800。

　　常用紅外遙控器協議

　　一、 NEC 協議

　　特徵：

　　8 位地址和 8 位命令長度為提高可靠性每次傳輸兩遍地址（用戶碼）和命令（按鍵值）通過脈衝串之間的時間間隔來實現信號的調製 38Khz 載波每位的周期為 1.12ms 或者 2.25ms

　　調製方式：

　　

　　Note：對於測試紅外接收頭的信號來說，有脈衝信號的地方就是高電平。即邏輯「1」 為 0.56ms 高電平+1.69ms 低電平，邏輯「0」為 0.56ms 高電平+0.56ms 低電平。

　　協議：

　　

　　上圖為典型的 NEC 協議傳輸格式，起始位（引導碼）為 9ms 高+4.5ms 低組成，有效數據為地址+地址反碼+命令+命令反碼。反碼的作用是用來校準前面的地址和命令，如果對可靠性不感興趣，也可以去掉取反的數據，或者將地址和命令擴展到 16 位

　　上圖傳輸的地址數據為 10011010，需要注意的是先發低位地址再發高位地址，因此該波形的地址為 01011001=0X59，同理，命令為 00010110=0X16。

　　長按鍵時，如下圖所示，每隔 110ms 重複發送一次，但是命令只發送一次，重複發送的是 9ms 高電平+2.25ms 低電平+0.56ms 高電平+低電平

　　

　　擴展協議：

　　

　　擴展協議只是將地址改為 16 位，其他不變。

　　實測波形：

　　下面的波形是從紅外接收頭上得到的波形：（調製脈衝信號轉變成高低電平了）

　　

　　由於紅外接收頭在接收信號時（或者是發送的時候）將波形反向了，因此在讀數據時可以將示波器的反向功能打開，就能讀到有效數據了。

　　下面實例是已知 NEC 類型遙控器所截獲的波形：

　　遙控器的識別碼是 Address=0xDD20;其中一個鍵值是 Command=0x0E

　　

　　最後一位是一個邏輯「1」。

　　二、 Philips RC5 協議

　　特徵：

　　5 位地址和 6 位命令長度（擴展協議用 7 位）

　　雙向編碼或者叫曼徹斯特編碼（即電平的變化來表示邏輯 0 和 1）

　　36Khz 載波

　　每位的周期為 1.778ms（64 cycles of 36 kHz）

　　調製方式：

　　

　　

　　協議：

　　

　　一段數據包含 14 位，周期長度為 25ms。

　　前兩位是起始位 S 通常都是邏輯 1。

　　在 RC5 擴展模式下第二位 S2 將 6 位命令代碼擴充到 7 位代碼（作為高位 MSB），這樣可以從 64 個鍵值擴充到 128 個鍵值。

　　第三位是控制位 C 它在每按下了一個鍵後翻轉，這樣就可以區分一個鍵到底是一直按著沒鬆手還是鬆手後重複按。

　　長按鍵時，數據每隔 114ms 重複發送一次，第三位不發生翻轉，即重複發送的信號是完全一致的。

　　實測波形：

　　連續按同一個鍵兩次時，只有第三位發生翻轉，其他位不變

　　

　　從上面波形可以讀出該段數據的值為 101 01010 010111，由於該協議為 RC5 擴展協議，即第二位作為命令的第七位，因此地址為 01010=0X0A，命令為 0010111=0X17。（實際遙控器廠商給出的命令為 57，可能是將第二位反相後作為命令的第七位）。

　　三、 Sony SIRC 協議

　　特徵：

　　有 12，15，20 位三種模式（下面介紹的 12 位模式）

　　5 位地址和 7 位命令長度

　　脈衝寬度編碼

　　40Khz 載波

　　每位的周期為 1.2ms 或 1.8ms

　　調製方式：

　　

　　協議：

　　

　　起始位為 2.4ms 高電平+0.6ms 低電平；

　　長按鍵時，數據每隔 45ms 重複發送一次。

　　實測波形：

　　

　　從上面波形可以讀出該段數據的值為 1001000 10000 cmd：0001001 addr： 00001.

　　四、其他

　　1、ITT

　　

　　2、JVC

　　

　　3、Nokia NRC17

　　

　　4、RCA

　　

　　5、Sharp

　　

　　6、X-Sat

　　

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