红外多路遥控发射及接收系统设计与制作 ABSTRACT
With the rapid development of technology, the rapid dissemination of information means that infrared control has become an indispensable component in people’s life. The article highlighted the design method of transmitting and receiving circuit by infrared control which use single-chip microcomputer AT89C51 . The emission circuit concocts the binary system signal coding which is prepared to send with the signle-chip microcomputer 89C51.Then the pulse signal uses infrared emission diode to send the infrared signal. The infrared signal is received by the integrative infrared receiving CX20106. At the same time the signal is magnified and plasticed to get the TTL coding signal sending to the signle-chip microcomputer. After that the signle-chip microcomputer decodes the signal to control different equipments. The entire circuit is simple, reliable, flexible operation，high-performance, of high value and low cost, and it can meet the modern life, production and research need. The infrared remote system is abroad used in the wirings, security ward and people daily life. For emample, it can be used to remote control TV, raido and air-condition. Also used in security alarm, auto door and so on.
Key Words：Remote controlling circuit；Infrared emission；Infrared receiving；Single-chip microcomputer
红外多路遥控发射与接收系统设计
一、绪 论
1.1 引 言
随着电子技术的突飞猛进，尤其是跨入2000年后，红外技术得到了极速发展。红外遥控已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，伴随着科学技术的不断进步和地球空间技术的发展，使人们对红外线技术的研究越来越深入，应用范围更广泛，尤其是在红外遥感技术和红外通信技术领域里，数字锁相技术和传感器技术的巨大进步，大大加速了这个进程，目前无线产品在商业销售中的使用已相当普遍，但大多存在着很大的局限性，电路繁杂，计算难度大且多为模拟电路，抗干扰能力差,准确度底,电路的维护调试很不方便。越来越多的远距离控制和数据通信系统引入了不可见的红外线作为传输媒介进行通信，组成了无线红外遥控通信系统,此方法以其成本底、精度高、保密性强、技术性能稳定的特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目前市场上流行的各类红外线通信系统都是以调制解调的方式，在数字锁相环技术的基础上加以应用，这种方法对发送信号进行编码、调制，其可靠性、误差小、成本低、传输距离远、功耗低。在工业自动化、生产控制过程、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、环境监测、红外育种安全防范、家用电器控制及日常生活各个方面都得到了广泛的应用。红外线遥控作为目前应用最广泛的一种通信和遥控手段，因而有广泛的实用价值,值得借鉴和推广。
1.2本课题的主要任务
本课题的核心是设计出一个无线红外多路遥控发射/接收系统的软件。本设计要求掌握无线红外多路遥控发射/接收系统的工作原理，本红外多路遥控发射接收是以红外线为传递信息媒体的短距离无线控制系统，可对8个受控对象的工作状态进行遥控,适用于工业,医疗,家用电器等设备的开启或关闭控制,也可以对一种设备八种工作状态进行控制。具体要求如下：
(1) 遥控距离 不小于5m,即红外遥控发射机与红外接收机之间的距离不小于5m; (2) 遥控路数 8路,即可对8个受控设备进行8种控制; (3) 工作频率 40kHz,即红外发射和接收的载频为40kHz; (4) 发射端可显示控制路数,接收端可显示受控状态 。
1
红外多路遥控发射与接收系统设计
二、红外遥控系统简介
红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，在讲红外线遥控之前，首先讲一讲什么是红外线。我们知道，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。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0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。
2.1 系统组成框图
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。
键盘及其代编码 脉冲编码 红外发射 延时20ms 结 译 码 等待按键计算存值
图2-1红外发射、接收系统组成方框图
发射部分的主要元件为红外发光二极管。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，它便发出的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，外形与普通发光二极管相同（见图2-2），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。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才 能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。
2
红外多路遥控发射与接收系统设计
图2-2
接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。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一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。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（VO或OUT）。图2-3给出一些成品红外接收头的外形。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，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。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。此次遥控系统的设计要求载波频率为40KHz。
图2-3
3
红外多路遥控发射与接收系统设计
2.2 多路控制的红外遥控系统
多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下
某一按键时，相应地在接收端有不同的输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其它如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。
除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。
4