全面了解红外遥控(中文)

作者：San Bergmans

IR(红外)遥控原理

在可视范围内遥控设备最廉价的方式是通过红外线。目前几乎所有的视频和音频设备都可以通过这种方式遥控。由于该技术应用广泛，相应的应用器件都十分廉价，因此红外遥控是我们日常设备控制的理想方式。

这部分的知识将解释红外遥控的原理，以及一些我们日常使用到的消费类电器红外控制协议。

红外光

红外光实际上就是一种特殊颜色的普通光。我们不能看到这种特殊的颜色是因为它的波长大于950nm，位于可见光谱之下。这就是我们使用红外光遥控的目之一：我们要利用它，但我们不希望能看到它。另一个原因就红外LED（发光二极管）十分容易制作，制作成本很低。

尽管我们看不到从遥控器上发射出来的红外光，但并不意味着我们不能使它可见。如图，通过摄影机和数码照相机，我们都能“看到”红外光。

对我们不利的是，红外光的发光源实在是太多了。太阳光是其中最强的一个光源，其它的有诸如：白炽灯、蜡烛、热系统中心（如散热器件），甚至我们的身体。实际上，只要有发热的物体，都会发出红外光。

因此，我们需要注意保证我们的红外遥控传送的信息准确无误的发射到接收器上。

调制

调制是我们使需要的信号区别于噪音方法。通过调制我们可以使红外光以特定的频率闪烁。红外接受器会适配这个频率，其它的噪音信号都将被忽略。

你可以认为这种闪烁是引起接收器“注意”方法，正如我们人类特别容易被黄色的灯光引起注意一样，甚至在白天。

上图左边，调制信号通过驱动放大由红外LED发射；上图右边，信号通过接收器检测输出。 在串行通讯里，我们经常谈及‘marks’和‘spaces’标记。‘spaces’是个默认信号，是指发射管关闭状态，在‘spaces’期间，红外光不被发射。反之在‘marks’状态期间，红外光以特定的频率脉冲形式发射。在消费类电子产品里，脉冲频率普遍采用30KHz到60KHz这个频段。

在接收端，一个‘space’信号以高电平的重现方式输出。反之一个‘mark’信号便是以低电平方式重现。

请注意，这里的‘marks’和‘spaces’不是我们需要发送的状态1和0。‘marks’和‘spaces’以及1和0之间的真正关系取决于被应用的协议。更多关于协议的信息，下面的协议部分将继续介绍。

发射机

发射机通常是一个带电池的手持装置。它设计成尽可能减少功耗，以及发射的信号尽可能强以至于发射的距离更远。更甚之是，它可以经受震动。

已经有很多现成的红外发射芯片，较老版本的芯片仅支持单一的协议。现在很多低功耗芯片用于红外发射的一个根本原因是它们可以更灵活的运用在这方面。当没有遥控按钮按下时，它们处于几乎不消耗电能的低功耗待机模式，而当按钮按下时，它们会马上唤醒发射相应红外命令。

石英晶振很少使用在这些手持发射装置。它们极度脆弱以致于在发射装置掉在地上时损坏。而陶瓷晶振更适合在这些设备上使用，因为它们可以承受很大机械震动，而它们较低的精确性应用在这里并不重要。

通过红外LED的电流范围在100mA到达1A！为了使遥控的距离更远，通过红外LED的电流尽可能高。而实际设计时应结合LED的参数、电池寿命和遥控距离适中选取。通过红外LED的电流可以达到这么高时因为驱动LED的脉冲时间很短。红外LED的平均功耗不应该超过最大值。你也需要注意红外LED的峰值电流不能超标。所有这些参数都可以参阅LED的数据表。

一个简单晶体三极管放大电路就可以用来驱动红外LED。选择三极管时应该考虑的是合适的HFE和频率响应参数。

图中的限流电阻可以简单地通过欧姆定律计算（U=IR）。而在红外LED的压降低至1.1V。 如上说提及的驱动电路，有个缺点：当电池电压下降时，通过LED的电流也跟着下降，最终导致遥控的距离更短。

而一个射极跟随器可以解决这个问题。两个二极管串联和三极管的的基极并联可以三极管的基极电压箝位在1.2V左右，因而三极管基极到射极的电压箝位在0.6V左右，使得发射极电压始终保持在0.6V左右。所以恒定的放大倍数通过恒定的限流电阻最终仍得到一个较为恒定的大射极电流。仍然可以通过欧姆定律计算通过红外LED的电流。

接收

市场上有很多现成的接收器。最重要的选择条件便是调制频率和你所在区域的可行性。

结束了？

没有！现在才刚刚开始。以上介绍了用于消费电子作准备的红外遥控系统操作原理。作者已知悉另外使用红外遥控的可行方式，但因为其中一点是机密，所以在上述中没有提及。如果你想简单地控制一个收放机或者电视机，那就没有什么机密可言。但当谈及到防盗门或汽车防盗方面，真是一个敏感的问题。可能我会谈到这些问题，但不是现在。

上面生产商名单没有全部列出，要全部罗列出来不太可能~

以上仅是简单描述了基础的红外遥控原理，没有谈到发射和接收之间的通讯协议。各个生产商都设计了各自的通讯协议。

ITT Protocol

ITT 红外协议是很早出现的协议，它不使用调制信号直接发送是区别于其他协议的重要特点。每个信号都是由14个10ns 时间间隔的脉冲信号组成来发送，解码则是根据脉冲的间隔进行。

这个协议非常实用，并耗能很低，大大提高了电池寿命。

在欧洲，很多消费电子品牌都使用这个协议。例如：ITT, Greatz, Schaub-Lorenz, Finlux, luxor, salora, Oceanic 以及后来的Nokia等。

特征：

l 每个信号仅有14个很短的脉冲 l 脉冲间隔解码技术 l 长电池寿命

l 4位地址码，6位命令码

l 定时自校正，发射容许简单的RC振荡器

通讯快速，一个信号发送仅使用1.7ms到2.7ms的时间 l

一个红外信号通过14个脉冲发送，每个脉冲都是10us长。通常使用三个不同的时间间隔去区分一个信号：100us表示逻辑0；200us表示逻辑1；300us则表示起始条件脉冲（lead-in）和结束条件脉冲（lead-out）（请参阅下图）。

Preliminary（我们记作预备脉冲）脉冲信号被接收头用作设置内部放大器的增益参数。当开始脉冲（Start）发送后，紧接着的300us时长的起始条件脉冲（lead-in），被发送的第一位总是100us时长的逻辑0，而开始位（Start）可以用于校正接收头的时间参数。开始位发送完毕便是信号的高4位有效地址位（Adress bits），接着是高6位有效位的命令位和结尾位（Control bits）。最后发送的是另一个300us时长用作结束条件的脉冲（lead-out）。

解码软件简单，很容易就能从接受的信号里检测出有效的信息。结束条件脉冲（lead-out）的时间间隔应该大于开始位（Start）间隔（100us）的3倍。每位脉冲时间不能超出逻辑0时间的20%，或者是逻辑1的40%。

接收部分在接收最后的脉冲信号360us后，应软件设置不再等待信号（即进入待机状态）。正如发送被中断或者没有信号发送时，就不需要继续等待了。

预备脉冲信号仅用于AGC目的，一些接收解码软件可能忽略这些脉冲信号，这时解码需要从开始脉冲（Start）算起。

地址和命令

一个控制信息被分为两组，4位地址位和6位命令位，地址范围从1到16（2^4），而命令范围为1到64（2^6）。地址位和命令位发送时，习惯上是从0的下标开始（0到15和0到63）。

地址总是成双数使用，如数值从1到8（实际上时0到7）。

较低地址值在第一次按键时发送。直到按键松开，后续信号的地址值都是开始地址值的反相值。这样接收部分便会合理地处理重复的地址码。当一直按下按键时，信号将每130ms重复发送一次。

发射

Intermetall公司已经开发了一些专门用于手持发射器的IC，之后这些微控制器都用于电视机，

收放机和SAT遥控发射器上。 SAA1250是首个发布的红外控制器IC，它可设置产生3组不同的地址。16地址中1/4的都没有

发送，这些部分很少使用，因为掉电之后需要重新人工设置参数。

第二代发布的红外控制IC是ITR1250和IRT1260。这两个芯片功能相同，区别于工作电压大小。

ITR1250设计工作电压是9V，而IRT1260则是3V，两个芯片的印制图纸尺寸一样。两芯片在寻址能力和驱动电流能力上也有区别。

芯片有两个地址选择引脚用于设置地址组。

A1

H A2 H Addresses 1&16

L H L

H L L

3&14 4&10 4&13

地址组1和16总是用于电视机，其他的地址组则没有指定用于哪些特殊的家庭电器。

接收

ITT协议使调制载波毫无用武之地，因而前面讲述的红外接收头不能用在这里。所以

Intermetall公司专为这个协议设计了TBA2800接收芯片。这个接收系统有着很高灵敏度的红外接

收电路，所以整个接收系统电路除了红外接收二极管外，都需要屏蔽在一个金属盒子里，并接地。

对于这个IC，没有什么可谈的，按照上面得原理图接线，便可以工作了。你可以根据你的设计

思路设置高电平输出或是低电平输出。

为防止接收能力过于灵敏，可以在IC的6脚处加一个10K的电阻到地。

预设命令

64个命令中的大部分都预设了对应的功能，但所预设命令的功能并不清楚。下表中可以找到

大部分的用于电视机的预设命令。电视机用1和16的地址组。