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本科毕业设计外文翻译

外文译文题目(中文) :

红外遥控原理

院:

机械自动化学院

业:

机械电子工程

号:

2008

学生姓名: 指导教师: 日

雷斌

期:

二○一二年四月

Introduction 介绍

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毫无疑问,遥控在日常生活中随处可见,以至于很难想象没有它世界会变得怎样。它被用来控制 各种家电,如电视、音响、录影机和卫星信号接收器。当这样的电器使用寿命到了以后,它的遥控就被 废弃了。由于浪费是可耻的,我们可能都有一些旧的无用遥控。如能再次利用它们来控制其它东西, 例如客厅的电灯或窗帘,难道不是一件美妙的事情么?不过有事情事情恰恰相反,遥控可能先于电 器结束了它的寿命。毕竟它是一个经常跌落地面的手持设备。当人把一些饮料泼洒在上面,这时是饮 料导致遥控的损坏。其它的成为人们最好朋友的受害者。 我网站的这个角落将涵盖基于遥控方案的红外知识。这些方案将由从非常简单的检测装置到一个 能控制形形色色物件的完整的红外接收器。随着时间的推延,这里所涵盖的东西会越来越丰富,所以 如果你对这个方案感兴趣,请时常回访。 如果你想要学习操作红外遥控的理论,你可能需要先访问我写的基础知识部分。那里我解释了红 外遥控的基本原理。 红外遥控理论 想要通过不可见光来遥控装置的最廉价方法就是通过红外光。如今,几乎所有的音频和视频设备 都能以这种方式来控制。由于它的广泛应用,其所需原件非常廉价,因而使红外遥控成为我们这些爱 好者用于自己项目理想的方式。这部分基础知识将说明红外遥控的工作原理,和一些用于消费类电子 产品的通信协议。 红外光 红外线实际上就是有着特殊颜色的普通光。因为它的 波长为 950 纳米,低于可见光谱的范围,我们人类不能 第2页


看见这种颜色。这是我们将其作为遥控目的的愿意之一,我们想要使用它而并不在意能否看见。另外 一个原因是红外发光二极管非常容易制造,因而非常便宜。 尽管我们人类不能直接看见从遥控发出的红外光,但这并不意味着我们不能让它变得可见。如你 在这张图片看到的那样,一个视频摄像头和照相机能“看见”红外光。即便是如今内置于移动电话上 最便宜的照相机也可以。只需将你的遥控对着照相机,按下任意按钮,你将会看到发光二极管在闪烁 不幸的是,对我们来说有太多的红外光源。太阳是所用红外光源中最强的,除此之外还有如电灯 泡、蜡烛、中央暖气系统,甚至是我们人体也会辐射出红外光。事实上,任何辐射出热的物体,也会辐 射出红外光。因此我们不得不采取一些预防措施以保证我们的红外信息无误的通过干扰而到达接受者

调制 调制是使我们的信号能够抵抗噪声干扰的解决方法。相应的红外接收者将被调谐到该频率,所以 其它无关成分的信号将被忽略。你可以认为这种闪烁能引起接收者的注意。我们人类一样,即使在白 天也时常会注意到建筑工地的黄色信号灯。

在上图中,你可以看到左侧调制后的信号加载在红外发光二极管上。接收者的信号检测就在另一 端。 在串行通信方式中,我们常说“标志”和“空位”两词。 “空位”是当发射端截止时信号的默 认状态。在“空位”状态下,没有红外光发出。在“标志”状态时,红外光以特定频率开关的光脉冲 方式发出。消费类电子产品中常用的频率是 30 千赫兹到 60 千赫兹。在接收端,“空位”是以接收输 出高电平方式表现。 “标志”自然是以接收输出低电平方式表现。

请注意“标志”和“空位”并不是我们想要传送的一系列 1 和 0。这一系列的“标志”和“空 位”与 0 和 1 的关系是由所使用的协议来决定的。更多描述协议的细节可以在网站的页面找到。 发送端 发送端通常是一个用电池驱动的手持装置。它应尽可能地少消耗电能,而红外信号应该尽可能强 第3页


以使其能够穿过足够的距离到达可控制的接收端。它最好能够结果跌落冲击测试。 许多的芯片被设计来用于红外发射端。老式的芯片仅仅只能用于一种一发明的协议。如今处于简 单考量而用在红外发射端的低功耗单片机使得发射端使用起来更易于转变。当没有按键按下时,它们 就处于休眠状态,几乎不消耗任何电流。处理器仅当按键被按下时才被唤醒以发送恰当的红外指令。 晶振极少用于这样的手持装置。它们易碎,因而当手持装置跌落时,它们很容易损坏。陶瓷谐振 器在此处更为合适,因为它们可以抵挡相当大的物理冲击。它们稍有欠缺的实际准确度在这不是很重 要。 流经红外发光二极管的电流可以从一百毫安至一安培!为了获得更可观的通信距离,红外发光 二极管的电流越大越有利。要协调好红外发光二极管的参数,电池寿命和最大遥控距离之间的矛盾。 红外发光二极管的电流能如此大是因为驱动红外发光二极管的脉冲时间非常短。可是最大值不应超过 红外发光二极管的平均耗散功率。你同样也要注意不能超过红外发光二极管的最大峰值电流。所有的 这些参数在红外发光二极管的数据资料手册上都能查到。 可以用一个简单的晶体管驱动电路来驱动红外发光二极管。选择用于此目的 的晶体管需要有合适的放大系数及开光速率。电阻值可以由欧姆定律轻易算出。记 住,在红外发光二极管上的额定压降为 1.1 伏特。

常规的驱动方式,如上所述,有一个缺点。随着电池的供电电压下降,流经 红外发光二极管的电流也会减小。这就会导致遥控的有效覆盖距离缩小。采用射集 输出器的形式的电路可以避免这一缺点。两个串联的二极管将限制晶体管的基极 脉冲电压维持在 1.2 伏特。减去在基极和发射集之间的 0.6 伏特压降,使得发射极 维持恒定电压在 0.6 伏特。作用在电阻上的恒定压差将导致流过的电流脉冲值保持不变。应用欧姆定 律,可以再次轻易计算出通过红外发光二极管的电流。

接收端 市场上有着众多的接收端电路。选用的最重要标准就在于你所用的调制频率和可靠性。

上图中你可以看见典型的红外接收端的功能结构图。如果你不能理解这部分的描述,不要被吓到 第4页


所有的这些都是由一个个电子元件组合构成的。红外信号由上图左侧的红外光敏二极管接收。这些信 号经过前两个步骤后被放大和限幅。限幅器是由一个自动增益控制电路来实现以获得恒定电压的脉冲 无论遥控的距离远近。如你在图中所见,交流信号被送进一个带通滤波器。带通滤波器已经调谐至与 手持发送的设备频率一致的调制频率。在消费类电子中,常用的频率从三万赫兹到六万赫兹。下一步 是检波、积分和比较。这三个功能模块的目的是找出相应的调制频率。如果调制频率一致,输出端的比 较器就会输出低电平。 如我之前所说,所有的这些功能模块都被集中在一个电子元件中。市 场上,这类元件的有着许多不同的生产商。多数的装置有着数个不同的版 本,每个都对应着相应的特点频率。 请注意放大器被设置为高增益。因此系统很容易发生自激振荡。所以必 须要在接收端的电源线之间放置一大电容(至少 22 微法),以减弱电流。有些数据资料手册推荐在 供电电路中串联一个 330 欧姆的电阻以进一步降低供电电路中剩余的电源。 在市场上有几个红外接收端制造商。西门子、威世和德律风根是我们这里(欧洲)的主要供应商 西门子有 SFH506-xx 系列,其中 xx 标记的是调制的频率,有 30、33、36、38、40 和 56 千赫兹。德律风 根有 TFMS5xx0 系列和 TK18xx 系列,其中 xx 也是表明该元件所调谐的频率。It appears that these parts have now become obsolete. 不 过 现 在 看 来 这 三 类 器 件 都 比 较 陈 旧 了 。 它 们 已 经 被 威 世 的 TSOP12xx、TSOP48xx 和 TSOP62xx 系列产品所替代。夏普、厦门华联电子和日本电气公司是三家亚洲 地区的红外接收端产品供应商。夏普的元件有着含义模糊的标记名,像:GP1UD26xK、GP1UD27xK 和 GP1UD28xK,其中 x 也是和调制频率相关的代号。华联电子有它的 HRMxx00 系列,如 HRM3700 和 HRM3800。日本电气公司一系列元件,其标号名称中没有包含调制的频率。PIC-12042LM 是 36.7 千赫兹的,而 PIC12043LM 是 37.9 千赫兹的。 结束语 上述这些关于红外遥控系统的理论是用于操作消费电子产品的。我发现其实还存在其它的方式来 实现红外遥控,不过我将限制自己不在上述的描述中提到。这些方法其中的问题就是没有考虑到信息 的安全。对于控制摄录机和电视之类的设备,信息的安全性是无关紧要的。然而当这些信息要成为我 打开门窗或者汽车的字符串时,它就具有了密钥的特征!也许我将再往后涵盖这方面的问题,但现 在暂时还不提及。 我也发现我提供的供应商的小列表远远无法涵盖全所有的供应商。在这列出所用供应商几乎是不 可能的。如果你觉得有细节应该要加入本页,你可以发电子邮件给我。 该页仅仅描述了操作红外遥控最基本的理论知识。它并没有描述实际发射和接收过程中所涉及的 第5页


通信协议。由于供应商众多,它们也设计了许多不同的协议。你可以在本页的顶部找到一些供应商协 议细节页面的连接。 日本电气公司的协议 就我所知,我在此处描述的协议是由日本电气公司所制订的。我曾在互联网上见到和该协议十分 类似的协议,网上称之为日本格式的协议。我必须承认我不能确认该协议究竟由谁制订。我所知道的 是它就应用于我新近购买的三洋录像机上,它在市场上是以 Fisher 旗下的名义销售的。日本电气公司 是该遥控集成电路的制造商。上述描述是从该录像机的使用手册上获得的。如今,使用手册上充满有 用的信息! 特征 

8 位地址长度和 8 为命令长度

地址和命令被发送两次以保证可靠性

脉冲间隔调制方式

调制的加载频率为 38 千赫兹

每一位的时间为 1.125 毫秒或 2.25 毫秒

Modulation 调制图解 日本电气公司的协议采用脉冲间隔 的方式编码每一位数据。每个 560 微秒 宽度脉冲驮载在 38 千赫兹的矩形波上 (大约 21 一个周期)。逻辑“1”花费 2.25 毫秒来传送,而逻辑“0”则只需要 其一半时间,1.125 毫秒。推荐的占空比为四分之一或三分之一。

Protocol 协议

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上图展现了日本电气公司协议的一系列典型脉冲序列。此协议中最低有效位最先传送。在该实例 中,传送的地址是 59,命令是 16。信息由一个 9 毫秒的自动增益控制脉冲起始,该设置是为红外接 收端做好预先设置。在自动增益控制脉冲后跟随的是 4.5 毫秒的空位,再其后紧跟的就是地址和命令 了。地址和命令都被传送了两次。第二次传送的所有位都置反以用来校验收到的信息因为每位都重复 传送了一次置反的长度,总的传送时间一定不变。如果你并不需要高可靠性的场合,你可以忽略置反 的值,或者你还可以令地址和命令的长度均扩展为 16 位。

即便遥控的按键保持按下,命令也只传送一次。在按键保持按下的时候,每隔 110 毫秒传送的编 码才重复。重复的传送编码也是简单的由 9 毫秒的自动增益控制脉冲起始,其后紧跟 2.25 毫秒的空位 和 560 微秒的脉冲。

扩展的日本电气公司协议 日本电气公司的协议被如此广泛的使用以至于可用的地址很快都被用完。通过降低地址的冗余性 地址的范围从 256 种的可选值扩展至约 65000 种不同的值。这种方式的地址范围扩展是将地址从 8 位 扩展为 16 位而没有改变协议本身的其他任何特征。命令的冗余性依旧被保留了下来。因此每个地址依 然是可以选择 256 种命令。

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要牢记 256 种地址值在扩展后的协议中是无效的,因为有事实上的常规日本电气公司协议的地 址形式存在。.当低字节的地址值恰好是高位地址值的取反,那就不是一个有效的扩展协议地址值。 命令举例 下述表格列出了我最近的 Fisher 530 VCR 遥控器所能发送的信息(它已经服务我们长达 20 多年了)。 NEC Message

Key Function

$68-$00

Play

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Rec

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Audio Dub

$68-$03

Frame Adv

$68-$04

Slow

$68-$05

Quick

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Cue

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Review

$68-$08

FF

$68-$09

Rew

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Stop

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Pause/Still

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Up key

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Down key

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