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2 实验设计
2.1 实验总体方案
图（2.1）为总体框图
图2.1 红外遥控系统的整体框图
整个系统包括接收端和发射端两个部分，如图（2.1）所示。其中遥控器键盘为系统的发射端，红外线接收模块为系统的接收端。信号由遥控器发射端发射出去，经过红外接收头接收并且经过信号放大，转换，解码，最终转换为数字信号显示在显示屏上。
系统包括了模拟和数字两块，发射端为模拟部分，接收端接收发送出的模拟信号通过A/D转换，转换成数字信号最终以数字的形式显示。
2.2 系统各部分原理
2.2.1 红外遥控及无线电遥控技术的主要组成部分
常用的红外线遥控系统一般分发射和接收两个部分。
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，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。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。
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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）。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陶振来决定的。 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。
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。
无线遥控器是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门，电动门、道闸遥控控制，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居等领域得到了广泛的应用。 常用的无线电遥控系统一般分为发射和接收两个部分。 发射部分一般分为两种类型，即机遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接 线桩头；而遥控模块在电路中一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥
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控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、物尽其用，但使用者必须真正懂得电路原理，否则还是用遥控器来得方便。 接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与朝再生接收方式。朝再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇状态下的再生检波电路。超外差解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频（一般为465KHz）信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。 无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz遥控器使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。我国的开放频段规定为315mHz，而欧美等国家规定为433mHz，所以出口到上述国家的产品应使用433mHz的遥控器。
无线电遥控电遥控常用的编码方式有两种类型，即固定码与滚动码两种，滚动码是固定码得升级换代产品，目前凡有保密性要求的场合，都是用滚动编码方式。固定码的编码容量仅为6561个，重码概率极大，其编码值可以通过焊点连接方式被看出，或是在使用现场用“侦码器”来获取，所以不具有保密性，主要应用与保密性低的场所，因为其价格低所以也得到了大量的应用。 工业无线遥控技术是通过无线发射器将操作指令经数字化编码、加密后以无线方式传递给接收系统，接收系统经解码转换后实现对各种机械设备的控制；在强磁场、强电场及无线电信号复杂的环境中有百分之百抗干扰能力。 2.2.2 系统概述以及功能详解
红外线的光谱位于红色光之外， 波长是0.76～1.5μm，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。
红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收。 （1）调制
红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源 功耗。
图2.2 红外遥控的载波频率
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调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图（2.2）所示，这是由发射端所使用的 455kHz晶振决定的。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。
（2）发射系统
目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片 的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有 足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常 一点误差可以忽略不计。
红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。
图2.3 LED驱动电路 图2.4 LED驱动电路
如图（2.3）和图（2.4）是LED的驱动电路，图（2.3）是最简单电路， 选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向 电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。
图（2.3）电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图（2.4）所示的 射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右， 发射极电流IE基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥 控距离。
2.2.3 系统编码详解以及系统流程图解析
遥控编码脉冲信号（以ppm码为例）通常包括三大部分，即引导码（起始码）、系统码（即识别码，用户码或设备码）和功能码（键位数据码）。各组成部分与结构情况简介如下。
（1）引导码
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引导码也称引导脉冲，一般由高电平1和低电平0的脉冲组成，二者的宽度之比可为1：1，占9ms时间，也可为2:1，占13.5ms（宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成），也可能有其他组成情况。引导码的主要作用类似于穿行通信中的同步脉冲，用来标志遥控编码脉冲信号的开始，使遥控接收器能由此判断出所接收的信号是干扰还是系统的遥控代码。
(2) 系统码
系统码也称用户码、识别码、设备码，通常由8位原码和8位反码组成。它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。这种码是由生产厂商自行规定的，各厂均有不同，出厂时已经设置好，用户难以更改。这是不同遥控器不能通用的主要原因。
(3) 功能码
功能码也称键位数据码。它与键盘的键位相对应，由它传送所需要的遥控信息。功能码通常也是由8位原码和8位反码组成。反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错。
(4) 遥控指令码
遥控指令码要经过脉冲调制才能形成最终的发射用码，调制的主要目的是为了降低红外发射管的功率损耗，提高发射效率，防止与削弱日光灯等光源的闪烁干扰。
红外接收系统大致可以分为发射端和接收端两个部分，以下为两个部分的流程图： 发射端接收端流程图:
图2.5 发射端流程图