电子通讯

红外遥控通信原理

2020-04-16 22:49

 

  领域,发出来的信号一般有较宽的频谱,而且都是在比较低的频率段分布大量的能量,所以称之为基带信号,这种信号是不适合直接在信道中传输的。为便于传输、提高抗干扰能力和有效的利用带宽,通常需要将信号调制到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输,这就叫做信号调制。在

  我们平时用到的红外遥控器里的红外通信,通常是使用 38K 左右的载波进行调制的,下面我把原理大概给大家介绍一下,先看发送部分原理。

  调制:就是用待传送信号去控制某个高频信号的幅度、相位、频率等参量变化的过程,即用一个信号去装载另一个信号。比如我们的红外遥控信号要发送的时候,先经过 38K 调制,如图 16-4 所示。

  原始信号就是我们要发送的一个数据“0”位或者一位数据“1”位,而所谓 38K 载波就是频率为 38K 的方波信号,调制后信号就是最终我们发射出去的波形。我们使用原始信号来控制 38K 载波,当信号是数据“0”的时候,38K 载波毫无保留的全部发送出去,当信号是数据“1”的时候,不发送任何载波信号。

  38K 载波,我们可以用 455K 晶振,经过 12 分频得到 37.91K,也可以由时基电 NE555来产生,或者使用单片机的 PWM 来产生。当信号输出引脚输出高电平时,Q2 截止,不管38K 载波信号如何控制 Q1,右侧的竖向支都不会导通,红外管 L1 不会发送任何信息。当信号输出是低电平的时候,那么 38K 载波就会通过 Q1 出来,在 L1 上产生 38K 的载波信号。这里要说明的是,大多数家电遥控器的 38K 的占空比是 1/3,也有 1/2 的,但是相对少一些。

  正常的通信来讲,接收端要首先对信号通过监测、放大、滤波、解调等等一系列电处理,然后输出基带信号。但是红外通信的一体化接收头 HS0038B,已经把这些电全部集成到一起了,我们只需要把这个电接上去,就可以直接输出我们所要的基带信号了,如图 16-6所示。

  由外接收头内部放大器的增益很大,很容易引起干扰,因此在接收头供电引脚上必须加上滤波电容,手册给的值是 4.7uF,我们这里直接用的 10uF,手册里还要求在供电引脚和电源之间 100 欧的电阻,进一步降低干扰。

  图 16-6 所示的电,用来接收图 16-5 电发送出来的波形,当 HS0038B 监测到有 38K的红外信号时,就会在 OUT 引脚输出低电平,当没有 38K 的时候,OUT 引脚就会输出高电平。那我们把 OUT 引脚接到单片机的 IO 口上,通过编程,就可以获取红外通信发过来的数据了。

  大家想想,OUT 引脚输出的数据是不是又恢复成为基带信号数据了呢?那我们单片机在接收这个基带信号数据的时候,如何判断接收到的是什么数据,应该遵循什么协议呢?像我们前边学到的 UART、I2C、SPI 等通信协议都是基带通信的通信协议,而红外的 38K 仅仅是对基带信号进行调制解调,让信号更适合在信道中传输。

  由于我们的红外调制信号是半双工的,而且同一时刻空间只能允许一个信号源,所以红外的基带信号不适合在 I2C 或者 SPI 通信协议中进行的,我们前边提到过 UART 虽然是 2 条线,但是通信的时候,实际上一条线即可,所以红外可以在 UART 中进行通信。当然,这个通信也不是没有的,比如在 HS0038B 的数据手册中标明,要想让 HS0038B 识别到 38K的红外信号,那么这个 38K 的载波必须要大于 10 个周期,这就限定了红外通信的基带信号的比特率必须不能高于 3800,那如果把串口输出的信号直接用 38K 调制的话,波特率也就不能高于 3800。当然还有很多其它基带协议可以利用红外来调制,下面我们介绍一种遥控器常用的红外通信协议NEC 协议。

  当5G应用于无人驾驶、远程机器人控制等领域中,则要求超低的端到端时延,这个时延比智能手机无线上网的时延要低得多,通常不能超过几毫秒。