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红外接收管(头)工作原理

 红外接收管(头)工作原理
  红外接收管 一般是接收、放大、解调一体头,一般红外信号经接收头解调后,数据 “0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上,单片机解码时,通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断,结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。 
3条腿的红外接收头一般是接收、放大、解调一体头,接收头输出的是解调后的数据信号(具体的信号格式,搜“红外 信号 格式”,一大把),单片机里面需要相应的读取程序。 
红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号,而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收,就构成红外通信系统。 
成品红外接收头的封装大致有两种: 
一种采用铁皮屏蔽; 一种是塑料封装。 
均有三只引脚,即电源正(VDD)、电源负(GND)和数据输出(VOUT)。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,使用非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率,另外在遥控编码芯片输出的波形,在接收端收到接收到信号时,接收头输出的波形正好和遥控芯片输出的相反。红外遥控常用的载波频率为38kHz,这是由发射端所使用的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≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等,一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
一、红外接收管:运作电压 3V?5V 接收距离: 10m??20m型号
红外遥控系统 
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。 
38kHz 红外发射与接收
红外线遥控器在家用电器和工业控制系统中已得到广泛应用,了解他们的运作原理和性能、进一步自制红外遥控系统,也并非难事。
1.红外线的特点 
人的眼睛能看到的可见光,若按波长排列,依次(从长到短)为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,如图1所示。
由图可见,红光的波长范围为0.62μm~0.76μm,比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长0.76μm~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。 
红外线的特点是不干扰其他电器设备运作,也不会影响周边环境。电路调试简单,若对发射信号进行编码,可实现多路红外遥控功能。
2. 红外发射管 
人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管,它发出的是红外线而不是可见光,如图2所示。
常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φ5mm发光二极管相同,只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约100mW。红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定,而业余条件下,只能凭经验用拉距法进行粗略判定。 
接收电路的红外接收管是一种光敏二极管,使用时要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常运作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小,红外接收二极管收到的信号较弱,所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论是业余制作或正式的产品,大都采用成品的一体化接收头,如图3所示。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块,性能稳定、可靠。所以,有了一体化接收头,人们不再制作接收放大电路,这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。
图3是常用两种红外接收头的外形,均有三只引脚,即电源正VDD、电源负(GND)和数据输出(Out)。接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同,图3列出了因接收头的外形不同而引脚的区别。 
红外接收管的主要参数如下: 
运作电压:4.8~5.3V 
运作电流:1.7~2.7mA 
接收频率:38kHz 
峰值波长:980nm 
静态输出:高电平 
输出低电平:≤0.4V 
输出高电平:接近运作电压
3. 红外线遥控发射电路 
红外线遥控发射电路框图如图4所示。
框图4是目前所有红外遥控器发射电路的功能组成,其中的编码器即调制信号,按遥控器用途的编码方式可以很简单、也可以很复杂。例如用于电视机、VCD、DVD和组合音响的遥控发射的编码器,因其控制功能多达50种以上,此时的编码器均采用专用的红外线编码协议进行严格的编程,然而对控制功能少的红外遥控器,其编码器是简单而灵活。前者编码器是由生产厂家的专业人员按红外遥控协议进行编码,而后者适用于一般电子技术人员和电子爱好者的编码。图4中的38kHz振荡器即载波信号比较简单,但专业用的和业余用的也有区别,专业用的振荡器采用了晶振,而后者一般是RC振荡器。例如彩电红外遥控器上的发射端用了455kHz的晶振,是经过整数分频的,分频系数为12,即455kHz÷12=37.9kHz。当然也有一些工业用的遥控系统,采用36kHz、40kHz或56kHz等的载波信号。 
因红外遥控器的控制距离约10米远,要达到这个指标,其发射的载波频率(38kHz)要求十分稳定,而非专业用的RC(38kHz)载波频率稳定性差,往往偏离38kHz甚至很远,这就大大缩短了遥控器的控制距离。因晶振频率十分稳定,所以专业厂家的遥控器全部采用晶振的38kHz作遥控器的载波发送信号。 
图4中编码器的编码信号对38kHz的载波信号进行调制,再经红外发射管D向空间发送信号供遥控接收端一体化接收头接收、解调输出、再作处理。
利用红外线的特点,可以制作多路遥控器。在遥控发射电路中,有两种电路,即编码器和38kHz载波信号发生器。在不需要多路控制的应用电路中,可以使用常规集成电路组成路数不多的红外遥控发射和接收电路,该电路无需使用较复杂的专用编译码器,因此制作容易。
4.频分制编码的遥控发射器
在红外发射端利用专用(彩电、VCD、DVD等)的红外编码通讯协议作编码器,对一般电子技术人员或业余爱好者来说,是难于实现的,但对路数不多的遥控发射电路,可以采用频分制的方法制作编码器,而对一路的遥控电路,还可以不用编码器,直接发射38kHz红外信号,即可达到控制的目的。
图5是一种一路的红外遥控发射电路,在该电路中,使用了一片ICl高速CMOS型4-2输入的“与非”门74HC00集成电路,组成低频振荡器作编码信号(f1),用IC2 555电路作载波振荡器,振荡频率为f0(38kHz)。f1对f0进行调制,所以IC2的③脚的波形是断续的载波,该载波经红外发光二极管发送到空间。电路中的关键点A、B、B’波形如图2所示,其中B’是未调制的波形。
在图5中,选用了555电路作载波振荡器,其目的是说明电路的调制运作原理,即利用大家熟悉的555产生38kHz方波信号,再利用555的复位端④脚作调制端,即当④脚为高电平时,555是常规的方波振荡器;当④脚为低电平时,555的③脚处于低电平。④脚的调制信号是由ICl的与非门的低频振荡器而获得。 
在实际应用中,遥控发射器是3V电池供电,为此只需把555电路ICl剩余的两个与非门组成的38kHz取而代之,如图7所示。
注意:这里未引用CMOS 4-2输入的“与非”门CD4011作图5电路中的编码器和载波发生器,是因为CD4011作振荡产生方波信号时,属于模拟信号的应用。为了保证电路可靠起振,其运作电压需4.5V以上,而74HC00的CMOS集成电路的*低运作电压为2V,所以使用3V电源,完全可以可靠的运作。
6. 小结 
利用图5和图8的电路,可以实现多路遥控器,即在发射端,将ICl组成的低频振荡器,其电路模式不变,只改变电阻R2,即可构成若干种R组成的多个频率不同的低频振荡器(即编码),利用微动开关转接,38kHz的载波电路共用;在接收电路中,一体化红外接收头共用,再设置与接收端编码器相同个数的LM567锁相器和后级锁相驱动控制电路,各锁相环的振荡频率与各编码器的低频编码信号的频率对应相等。这样发射端(图5)按压不同的按钮,载波信号接入不同频率编码的调制信号时,在接收端(图8),各对应的LM567的⑧脚的电平会发生变化,从而形成多路控制信号。上述所述的运作方式,称为频分制的编码方式。这种频分制运作方式,其优点是可实现多路控制,但缺点是电路复杂,对于路数不多的控制电路,因电路运作原理简单,对一般电子技术人员仍然是有用的
5.遥控接收解调电路
图8为红外接收解调控制电路,图8中IC2是LM567。LM567是一种锁相环集成电路,采用8脚双列直插塑封装,运作电压为+4.75~+9V,运作频率从直流到500kHz,静态电流约8mA。⑧脚为输出端,静态时为高电平,是由内部的集电极开路的三极管构成,允许*大灌电流为100mA。鉴于LM567的内部电路较复杂,这里仅介绍该电路的基本功能。
LM567的⑤、⑥脚外接的电阻(R3+RP)和电容C4,决定了内部压控振荡器的中心频率f01,f01=1/1.1RC,①、②脚接的电容C3、C4到地,形成滤波网络,其中②脚的电容C2,决定锁相环路的捕捉带宽,电容值越大,环路带宽越窄。①脚接的电容C3为②脚的2倍以上为好。 
弄清了LM567的基本组成后,再来分析图8电路的运作过程。
ICl是红外接收头,它接收图1发出的红外线信号,接收的调制载波频率仍为38kHz,接收信号经ICl解调后,在其输出端OUT输出频率为f1(见图2)的方波信号,只要将LM567的中心频率f01调到(用RP)与发射端f1(见图2)相同,即f01=fl,则当发射端发射时,LM567开始运作,⑧脚由高电平变为低电平,该低电平使三极管8550导通,在A点输出开关信号驱动D触发锁存器,再由它驱动各种开关电路运作。这样,只要按一下图1电路的微动开关K,即发射红外线,接收电路图4即可输出开关信号开通控制电路,再按一下开关K,控制开关信号关闭,这就完成了完整的控制功能。

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