紅外通信原理詳解

一、紅外通信原理

紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收完成對紅外信號的接收、放大、檢波、整形，并解調(diào)出遙控編碼脈沖。為了減少干擾，采用的是價格便宜性能可靠的一體化紅外接收頭(HS0038， 它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26μs) 接收紅外信號，它同時對信號進行放大、檢波、整形得到TTL 電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對象。如圖1 所示：

紅外發(fā)送部分由51單片機、鍵盤、紅外發(fā)光二極管和7段數(shù)碼管組成。鍵盤用于輸入指令， 51單片機檢測鍵盤上按鍵的狀態(tài)，并對紅外信號進行調(diào)制，發(fā)光二極管產(chǎn)生紅外線，數(shù)碼管用來顯示發(fā)送的鍵值。圖2紅外發(fā)射電路

紅外接收部分由51單片機、一體化紅外接收頭HS0038和7段數(shù)碼管組成。51單片機檢測HS0038，并對HS0038接收到的數(shù)據(jù)解碼，通過數(shù)碼管顯示接收到的鍵值。圖 3紅外接收電路

二、編碼、解碼

(1) 二進制信號的調(diào)制

二進制信號的調(diào)制由單片機來完成，它把編碼后的二進制信號調(diào)制成頻率為38kHz 的間斷脈沖串，相當(dāng)于用二進制信號的編碼乘以頻率為38kHz 的脈沖信號得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號如圖4 二進制碼的調(diào)制所示

(2) 紅外接收需先進行解調(diào)，解調(diào)的過程是通過紅外接收管進行接收的。其基本工作過程為：當(dāng)接收到調(diào)制信號時，輸出高電平，否則輸出為低電平，是調(diào)制的逆過程（圖5 解調(diào)）。HS0038是一體化集成的紅外接收器件，直接就可以輸出解調(diào)后的高低電平信號；紅外接收器HS0038的應(yīng)用電路（圖6）。

（3）紅外遙控發(fā)射芯片采用 PPM 編碼方式,當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后 ,將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖。遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16位地址碼（8 位地址碼、 8 位地址碼的反碼）和16位操作碼（8 位操作碼、 8 位操作碼的反碼）組成。通過對用戶碼的檢驗，每個遙控器只能控制一個設(shè)備動作，這樣可以有效地防止多個設(shè)備之間的干擾。編碼后面還要有編碼的反碼，用來檢驗編碼接收的正確性，防止誤操作，增強系統(tǒng)的可靠性。前導(dǎo)碼是一個遙控碼的起始部分，由一個 9ms 的高電平 ( 起始碼 ) 和一個 4. 5ms 的低電平 ( 結(jié)果碼 ) 組成，作為接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖。以脈寬為 0. 56ms 、周期為 1. 12ms 的組合表示二進制的 “0” ；以脈寬為 1. 68ms 、周期為 2. 24ms 的組合表示二進制的 “1” 。

（4）單片機采用外部中斷 INT0 管腳和紅外接收頭的信號線相連，中斷方式為邊沿觸發(fā)方式。計算中斷的間隔時間，來區(qū)分前導(dǎo)碼、二進制的 “1” 、 “0” 碼。并將 8 位操作碼提取出來在數(shù)碼管上顯示。

紅外接收頭輸出的原始遙控數(shù)據(jù)信號,正好和發(fā)射端倒向.也就是以前發(fā)射端原始信號是高電平,那接收頭輸出的就是低電平,反之.

軟件原理：

開始時發(fā)射一個特定的同步碼頭，對于接收端而言就是一個9ms的低電平,和一個4.5ms的高電平，這個同步碼頭可以使程序知道從這個同步碼頭以后可以開始接收數(shù)據(jù)。

采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈

寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms 的組合表示二進制的“1”。

解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”均以0.56ms的高電平開始，不同的是低電平的寬度不同，“0”為0.56ms,“1”為1.685ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過后，開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見，延時必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms 左右即可。根據(jù)紅外編碼的格式，程序應(yīng)該等待9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼完成后才能讀碼。

HS0038紅外接收器，接收紅外遙控器發(fā)射的信號，輸出DATA口和單片機的外部中斷0P3.2口相連。當(dāng)有紅外信號時，觸發(fā)中斷查詢中斷時間，并和紅外起始碼，“0”、“1”、終止碼的時間進行比較。從而檢測紅外的操作碼。

51可參考的程序

（1）發(fā)送程序

#include

static bit OP; //紅外發(fā)射管的亮滅

static unsigned int count; //延時計數(shù)器

static unsigned int endcount; //終止延時計數(shù)

static unsigned int temp; //按鍵

static unsigned char flag; //紅外發(fā)送標(biāo)志

static unsigned char num;

sbit ir_in=P3^4;

char iraddr1; //十六位地址的第一個字節(jié)

char iraddr2; //十六位地址的第二個字節(jié)

unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; //共陽數(shù)碼管0~~f

void SendIRdata(char p_irdata);

void delay(unsigned int);

void keyscan();

void main(void)

{

num=0;

P2=0x3f;

count = 0;

flag = 0;

OP = 0;

ir_in= 0;

EA = 1; //允許CPU中斷

TMOD = 0x11; //設(shè)定時器0和1為16位模式1

ET0 = 1; //定時器0中斷允許

TH0 = 0xFF;

TL0 = 0xE6; //設(shè)定時值0為38K也就是每隔26us中斷一次

TR0 = 1;//開始計數(shù)

iraddr1=3;//00000011

iraddr2=252;//11111100

do{keyscan();

}while(1);

}

void timeint(void) interrupt 1

{

TH0=0xFF;

TL0=0xE6; //設(shè)定時值為38K也就是每隔26us中斷一次

count++;

if (flag==1)

{

OP=~OP;

}

else

{

OP = 0;

}

ir_in= OP;

}

void SendIRdata(char p_irdata)

{

int i;

char irdata=p_irdata;

//發(fā)送9ms的起始碼

endcount=223;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

endcount=117;

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=iraddr1;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2) //判斷二進制數(shù)個位為1還是0

{

endcount=41; //1為寬的高電平

}

else

{

endcount=15; //0為窄的高電平

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

irdata=iraddr2;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2)

{

endcount=41;

}

else

{endcount=15;

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

irdata=p_irdata;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2)

{

endcount=41;

}

else

{

endcount=15;

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

irdata=~p_irdata;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2)

{

endcount=41;

}

else

{

endcount=15;

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

flag=0;

}

void delay(unsigned int z)

{

unsigned char x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

（2）接收程序

#include"reg52.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar dis_num,num,num1,num2,num3;

sbit led=P1^0;

unsigned char code table[]={

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,

0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,0x90,0x88,0x83,

0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; //共陽數(shù)碼管0~~f

sbit prem =P3^2; //定義遙控頭的接收腳

uchar ram[4]={0,0,0,0};//存放接受到的4個數(shù)據(jù)地址碼16位+按鍵碼8位+按鍵碼取反的8位

void delaytime(uint time) //延遲90uS

{

uchar a,b;

for(a=time;a>0;a--)

{

for(b=40;b>0;b--);

}

}

void rem()interrupt 0 //中斷函數(shù)

{

uchar ramc=0; //定義接收了4個字節(jié)的變量

uchar count=0; //定義現(xiàn)在接收第幾位變量

uint i=0; //此處變量用來在下面配合連續(xù)監(jiān)測9MS內(nèi)是否有高電平

prem=1;

for(i=0;i<1100;i++) //以下FOR語句執(zhí)行時間為8MS左右

{

if(prem) //進入遙控接收程序首先進入引導(dǎo)碼的前半部判斷,即:是否有9MS左右的低電平

return; //引導(dǎo)碼錯誤則退出

}

while(prem!=1); //等待引導(dǎo)碼的后半部4.5 MS高電平開始的到來。

delaytime(50); //延時大于4.5MS時間，跨過引導(dǎo)碼的后半部分，來到真正遙控數(shù)據(jù)32位中

//第一位數(shù)據(jù)的0.56MS開始脈沖

for(ramc=0;ramc<4;ramc++)//循環(huán)4次接收4個字節(jié)

{ for(count=0;count<8;count++) //循環(huán)8次接收8位（一個字節(jié)）

{

while(prem!=1); //開始判斷現(xiàn)在接收到的數(shù)據(jù)是0或者1，首先在這行本句話時，

//保已經(jīng)進入數(shù)據(jù)的0.56MS低電平階段

//等待本次接受數(shù)據(jù)的高電平的到來。

delaytime(9);//高電平到來后，數(shù)據(jù)0高電平最多延續(xù)0.56MS，而數(shù)據(jù)1，高電平可

//延續(xù)1.66MS大于0.8MS后我們可以再判斷遙控接收腳的電平，

if(prem) //如果這時高電平仍然在繼續(xù)那么接收到的數(shù)據(jù)是1的編碼

{

ram[ramc]=(ram[ramc]<<1)+1;//將目前接收到的數(shù)據(jù)位1放到對應(yīng)的字節(jié)中

delaytime(11); //如果本次接受到的數(shù)據(jù)是1，那么要繼續(xù)延遲1MS，這樣才能跨入//下個位編碼的低電平中（即是開始的0.56MS中）

}

else //否則目前接收到的是數(shù)據(jù)0的編碼

ram[ramc]=ram[ramc]<<1; //將目前接收到的數(shù)據(jù)位0放到對應(yīng)的字節(jié)中

} //本次接收結(jié)束，進行下次位接收，此接收動作進行32次，正好完成4個字節(jié)的接收

}

if(ram[2]!=(~(ram[3]&0x7f))) //本次接收碼的判斷

{

for(i=0;i<4;i++) //沒有此對應(yīng)關(guān)系則表明接收失敗，清除接受到的數(shù)據(jù)

ram[i]=0;

return ;

}

dis_num=ram[2]; //將接收到的按鍵數(shù)據(jù)賦給顯示變量

}