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紅外接收管（頭）工作原理

紅外接收管（頭）工作原理
紅外接收管一般是接收、放大、解調一體頭，一般紅外信號經接收頭解調后，數據 “0”和“1”的區別通常體現在高低電平的時間長短或信號周期上，單片機解碼時，通常將接收頭輸出腳連接到單片機的外部中斷，結合定時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數據。重點是找到數據“0”與“1”間的波形差別。
3條腿的紅外接收頭一般是接收、放大、解調一體頭，接收頭輸出的是解調后的數據信號（具體的信號格式，搜“紅外信號格式”，一大把），單片機里面需要相應的讀取程序。
紅外通信是利用紅外技術實現兩點間的近距離保密通信和信息轉發。它一般由紅外發射和接收系統兩部分組成。發射系統對一個紅外輻射源進行調制后發射紅外信號，而接收系統用光學裝置和紅外探測器進行接收，就構成紅外通信系統。
成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：
一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。
均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數據輸出（VOUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優點是不需要復雜的調試和外殼屏蔽，使用非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率,另外在遙控編碼芯片輸出的波形，在接收端收到接收到信號時，接收頭輸出的波形正好和遙控芯片輸出的相反。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發射端所使用的455kHz晶振來決定的。在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遙控系統采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發射端晶振的振蕩頻率來決定。
一、紅外接收管：運作電壓 3V?5V 接收距離: 10m??20m型號
紅外遙控系統
通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成。應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖1所示。發射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。
38kHz 紅外發射與接收
紅外線遙控器在家用電器和工業控制系統中已得到廣泛應用，了解他們的運作原理和性能、進一步自制紅外遙控系統，也并非難事。
1.紅外線的特點
人的眼睛能看到的可見光，若按波長排列，依次（從長到短）為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，如圖1所示。
由圖可見，紅光的波長范圍為0.62μm～0.76μm，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控器就是利用波長0.76μm～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的。
紅外線的特點是不干擾其他電器設備運作，也不會影響周邊環境。電路調試簡單，若對發射信號進行編碼，可實現多路紅外遙控功能。
2. 紅外發射管
人們見到的紅外遙控系統分為發射和接收兩部分。發射部分的發射元件為紅外發光二極管，它發出的是紅外線而不是可見光，如圖2所示。
常用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通φ5mm發光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍色等三種。判斷紅外發光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發光二極管的發射功率約100mW。紅外發光二極管的發光效率需用專用儀器測定，而業余條件下，只能憑經驗用拉距法進行粗略判定。
接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常運作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發光二極管的發射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現在不論是業余制作或正式的產品，大都采用成品的一體化接收頭，如圖3所示。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩定、可靠。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡單而且可靠性大大提高。
圖3是常用兩種紅外接收頭的外形，均有三只引腳，即電源正VDD、電源負(GND)和數據輸出(Out)。接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，圖3列出了因接收頭的外形不同而引腳的區別。
紅外接收管的主要參數如下：
運作電壓：4.8～5.3V
運作電流：1.7～2.7mA
接收頻率：38kHz
峰值波長：980nm
靜態輸出：高電平
輸出低電平：≤0.4V
輸出高電平：接近運作電壓
3．紅外線遙控發射電路
紅外線遙控發射電路框圖如圖4所示。
框圖4是目前所有紅外遙控器發射電路的功能組成，其中的編碼器即調制信號，按遙控器用途的編碼方式可以很簡單、也可以很復雜。例如用于電視機、VCD、DVD和組合音響的遙控發射的編碼器，因其控制功能多達50種以上，此時的編碼器均采用專用的紅外線編碼協議進行嚴格的編程，然而對控制功能少的紅外遙控器，其編碼器是簡單而靈活。前者編碼器是由生產廠家的專業人員按紅外遙控協議進行編碼，而后者適用于一般電子技術人員和電子愛好者的編碼。圖4中的38kHz振蕩器即載波信號比較簡單，但專業用的和業余用的也有區別，專業用的振蕩器采用了晶振，而后者一般是RC振蕩器。例如彩電紅外遙控器上的發射端用了455kHz的晶振，是經過整數分頻的，分頻系數為12，即455kHz÷12=37.9kHz。當然也有一些工業用的遙控系統，采用36kHz、40kHz或56kHz等的載波信號。
因紅外遙控器的控制距離約10米遠，要達到這個指標，其發射的載波頻率(38kHz)要求十分穩定，而非專業用的RC(38kHz)載波頻率穩定性差，往往偏離38kHz甚至很遠，這就大大縮短了遙控器的控制距離。因晶振頻率十分穩定，所以專業廠家的遙控器全部采用晶振的38kHz作遙控器的載波發送信號。
圖4中編碼器的編碼信號對38kHz的載波信號進行調制，再經紅外發射管D向空間發送信號供遙控接收端一體化接收頭接收、解調輸出、再作處理。
利用紅外線的特點，可以制作多路遙控器。在遙控發射電路中，有兩種電路，即編碼器和38kHz載波信號發生器。在不需要多路控制的應用電路中，可以使用常規集成電路組成路數不多的紅外遙控發射和接收電路，該電路無需使用較復雜的專用編譯碼器，因此制作容易。
4.頻分制編碼的遙控發射器
在紅外發射端利用專用(彩電、VCD、DVD等)的紅外編碼通訊協議作編碼器，對一般電子技術人員或業余愛好者來說，是難于實現的，但對路數不多的遙控發射電路，可以采用頻分制的方法制作編碼器，而對一路的遙控電路，還可以不用編碼器，直接發射38kHz紅外信號，即可達到控制的目的。
圖5是一種一路的紅外遙控發射電路，在該電路中，使用了一片ICl高速CMOS型4-2輸入的“與非”門74HC00集成電路，組成低頻振蕩器作編碼信號(f1)，用IC2 555電路作載波振蕩器，振蕩頻率為f0(38kHz)。f1對f0進行調制，所以IC2的③腳的波形是斷續的載波，該載波經紅外發光二極管發送到空間。電路中的關鍵點A、B、B’波形如圖2所示，其中B’是未調制的波形。
在圖5中，選用了555電路作載波振蕩器，其目的是說明電路的調制運作原理，即利用大家熟悉的555產生38kHz方波信號，再利用555的復位端④腳作調制端，即當④腳為高電平時，555是常規的方波振蕩器；當④腳為低電平時，555的③腳處于低電平。④腳的調制信號是由ICl的與非門的低頻振蕩器而獲得。
在實際應用中，遙控發射器是3V電池供電，為此只需把555電路ICl剩余的兩個與非門組成的38kHz取而代之，如圖7所示。
注意：這里未引用CMOS 4-2輸入的“與非”門CD4011作圖5電路中的編碼器和載波發生器，是因為CD4011作振蕩產生方波信號時，屬于模擬信號的應用。為了保證電路可靠起振，其運作電壓需4.5V以上，而74HC00的CMOS集成電路的*低運作電壓為2V，所以使用3V電源，完全可以可靠的運作。
6. 小結
利用圖5和圖8的電路，可以實現多路遙控器，即在發射端，將ICl組成的低頻振蕩器，其電路模式不變，只改變電阻R2，即可構成若干種R組成的多個頻率不同的低頻振蕩器(即編碼)，利用微動開關轉接，38kHz的載波電路共用；在接收電路中，一體化紅外接收頭共用，再設置與接收端編碼器相同個數的LM567鎖相器和后級鎖相驅動控制電路，各鎖相環的振蕩頻率與各編碼器的低頻編碼信號的頻率對應相等。這樣發射端(圖5)按壓不同的按鈕，載波信號接入不同頻率編碼的調制信號時，在接收端(圖8)，各對應的LM567的⑧腳的電平會發生變化，從而形成多路控制信號。上述所述的運作方式，稱為頻分制的編碼方式。這種頻分制運作方式，其優點是可實現多路控制，但缺點是電路復雜，對于路數不多的控制電路，因電路運作原理簡單，對一般電子技術人員仍然是有用的
5．遙控接收解調電路
圖8為紅外接收解調控制電路，圖8中IC2是LM567。LM567是一種鎖相環集成電路，采用8腳雙列直插塑封裝，運作電壓為+4.75～+9V，運作頻率從直流到500kHz，靜態電流約8mA。⑧腳為輸出端，靜態時為高電平，是由內部的集電極開路的三極管構成，允許*大灌電流為100mA。鑒于LM567的內部電路較復雜，這里僅介紹該電路的基本功能。
LM567的⑤、⑥腳外接的電阻(R3+RP)和電容C4，決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f01，f01=1/1.1RC，①、②腳接的電容C3、C4到地，形成濾波網絡，其中②腳的電容C2，決定鎖相環路的捕捉帶寬，電容值越大，環路帶寬越窄。①腳接的電容C3為②腳的2倍以上為好。
弄清了LM567的基本組成后，再來分析圖8電路的運作過程。
ICl是紅外接收頭，它接收圖1發出的紅外線信號，接收的調制載波頻率仍為38kHz，接收信號經ICl解調后，在其輸出端OUT輸出頻率為f1(見圖2)的方波信號，只要將LM567的中心頻率f01調到(用RP)與發射端f1(見圖2)相同，即f01=fl，則當發射端發射時，LM567開始運作，⑧腳由高電平變為低電平，該低電平使三極管8550導通，在A點輸出開關信號驅動D觸發鎖存器，再由它驅動各種開關電路運作。這樣，只要按一下圖1電路的微動開關K，即發射紅外線，接收電路圖4即可輸出開關信號開通控制電路，再按一下開關K，控制開關信號關閉，這就完成了完整的控制功能。

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