红外遥控发射电路设计(共18页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计(论文)题 目：红外遥控发射电路设计系：专业班级：学生姓名：指导教师：20XX年X月专心-专注-专业红外遥控发射电路设计摘要红外线遥控具有结构简单、制作方便、成本低廉、抗干扰能力强、工作可靠性高等一系列优点，是近距离遥控、特别是室内遥控的优选遥控方式。该文介绍了基于NEC协议的红外遥控器发射电路的设计，用NEC协议将键盘采集到的信号进行编码。并通过发送电路将信号发送出去。遥控发射器专用芯片很多，本实验以HT6221组成发射电路，一般家庭用的DVD、VCD、音响都使用这种编码方式。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。关键词：红外线 遥控 NEC协议HT6221目录第1章 绪论1.1 项目背景红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。特点:保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信，但在野外使用时易受气候的影响。红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种。红外通讯技术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、PDA、移动电话之间或与电脑之间进行数据交换，电视机、空调器的遥控等。由于红外线的直射特性，红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方，这种场合下一般选用RF无线通讯技术或蓝牙技术。红外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。为解决多种设备之间的互连互通问题，1993年成立了红外数据协会（IrDA, Infared Data Association）以建立统一的红外数据通讯标准。1994年发表了IrDA 1.0规范。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。从早期的IRDA规范（bps）到ASKIR（1.152Mbps)，再到最新的FASTIR（4Mbps），红外线接口的速度不断提高，使用红外线接口和电脑通信的信息设备也越来越多。红外线接口是使用有方向性的红外线进行通讯，由于它的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合，进行“点对点”的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。红外线通讯发展早期存在着规范不统一的问题，许多公司都开发出自己的一套红外通讯标准，但不能与其它公司有红外功能的设备进行红外通讯，因此缺乏兼容性。自1993年起，由HP、COMPAQ、INTEL等多家公司发起成立了红外数据协会(Infrared Data Association,简称IRDA)，建立了统一的红外数据通信标准。一年以后，第一个IRDA的红外数据通讯标准IrDA1.0发布，又称为SIR(Serial InfraRed)，它是基于HP开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式。通过对串行数据脉冲和光信号脉冲编解码实现红外数据传输。IrDA1.0的最高通讯速率只有115.2Kbps，适应于串行端口的速率。1996年，该协会发布了IrDA1.1标准，即Fast InfraRed，简称为FIR。FIR采用了全新的4PPM调制解调技术，其最高通讯速率达到4Mbps，这个标准是目前运用得最普遍的标准，我们在采购红外产品时也应注意这标准的产品。继IRDA1.1之后，IRDA又发布了通讯速率高达16Mbps的VFIR技术(Very Fast InfraRed)。不断提高的速率使红外线使它在短距无线通信领域占有一席之地，而不仅是数据线缆的替代。红外线的传输距离为1100CM，传输方向的定向角30度，点对点直线数据传输。红外线IrDA，简称IR，是一种无线通讯方式，常常可以使用红外线进行无线数据传输，能够取代复杂的连接线。自1974年发明红外线以来，它已经过风风雨雨二十多年的发展，如今，已经是一种很成熟的传输技术。不光我们可以在手机上找到IR口，我们还可以在一些很普遍的地方找到红外线，最好的例子就是电视机或VCD机上的遥控。所谓遥控，就是指对被控对象，按照所规定的意图对其内部参数、工作状态等进行远距离操纵。遥控技术在现代工农业生产、科研、国防等领域均有非常广泛的应用，随着现代科技的发展，它们的应用也越来越普遍。遥控技术一般应用于操作者不能或难以到达受控对象的场合。而对于移动式的受控对象，则更不得不使用遥控技术，例如在恶劣环境下作业的机器，人难以到现场操作，就必须使用遥控技术进行远距离操纵。遥控的种类有很多，若以遥控信息传送方式区分，可以分为有线遥控和无线遥控两大类，而无线遥控又包含了红外线遥控、超声波遥控和无线电遥控三类。有限遥控和无线电遥控可以达到很远的距离，而红外线和超声波遥控只能在十几米之内，因此多用于家用电器方面。1由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小。由于红外光波的波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会干扰其他家用电器，也不会影响邻近的无线电设备。另外，波长小于1.5us的近红外光，在透明大气中的传输特性要比可见光好的多。而且由于它靠近可见光的红光边缘，其直线传播、反射、折射和被物质吸收等物理特性与可见光非常相似。因此，它可以使用与可见光类似的聚焦透镜等光学装置。红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过遮挡物去控制被控对象的能力。正是由于这个特点，工厂设计生产电视机、录像机、电风扇等家用电器的红外线遥控器时，不必像制作锁那样，每套（锁和钥匙）必须有一种新的结构（否则，钥匙就变为通用，锁的作用便会失去）；也不必像无线电遥控那样，每套（发射器与接收器）要有不相同的遥控频率或编码（否则，就会隔墙去控制或干扰邻居的家用电器），所有同类产品的遥控器可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于工厂大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。红外线为不可见光线，具有很强的隐蔽性和保密性，因此，在防盗、警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。1.2 红外遥控的发展随着人们生活水平的提高，人们对生活环境和生活质量的要求也在不断提高。空调、音响、以及一些电动玩具应运而生，与此同时，这些电器都会配备一个遥控器以方便用户使用。而红外遥控在其中扮演了不可或缺的角色。红外遥控有二十五年的历史了，是控制电子设备的一种经济有效的方法。60年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速的发展。在遥控方式上大体上从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论你采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。1.2 项目背景和建设意义是以红外线作为载体来传送数据信息。它作为无线通信的一种，与无线电通信相比，由于其性能价格比高，实现简单，具有抗电磁干扰、便于高速应用、空间接入灵活、经济的特点，可用于室内外实现点对点、无线红外LAN通信及军用红外引信，在移动计算和移动通讯的设备中获得了广泛的应用。在某些场合，需要数据交换但又不是很大，且实时性要求又不是很高的情况下，可以使用红外通讯方式，这样既可以得到无绳化通信带来的便利，又可以避开采用无线电可能引发的一些问题。譬如用于家用电器的遥控器，计算机的遥控键盘和遥控鼠标以及便携式数据收集装置(煤水电表的登录器、报税机)与主机的数据交换等。目前，利用红外线进行无线数据通信，无论从小型化、轻量化，还是从安全性等方面考虑，其可行性都比较高，并且已经在无线多信道室内话音系统，以及键盘和终端间的短距离无线连接中得到了应用。所有这些应用中的工作带宽远低于WLAN需要的带宽。现代遥控技术也十分普遍的应用于各类家用电器中，例如电视遥控、电灯遥控、电风扇遥控、空调器遥控等。这类应用提高了家电的功能和档次，更重要的是给使用者带来极大的方便。设有遥控功能的电视机使用者不必离开座位只需使用手持红外遥控器就可以进行节目切换，以及对音量、对比度、亮度等的调节。在这些应用中，操作者与受控者之间并非“遥”，也非“难以到达”，仅为方便而已，因此对“遥控”的定义，应广义的理解为操作者没有直接对受控对象进行操作。遥控的种类有很多，若以遥控信息传送方式区分，可以分为有线遥控和无线遥控两大类，而无线遥控又包含了红外线遥控、超声波遥控和无线电遥控三类。有限遥控和无线电遥控可以达到很远的距离，而红外线和超声波遥控只能在十几米之内，因此多用于家用电器方面。1 本设计基于对现今市面上主流的红外遥控编码格式进行学习，最终从近百个编码协议中选取最为高效的RC5编码规范协议，并通过广播和电视向外扩散，使得产品在短时间内的到广大消费者的认可，和引来大量的用户。 第二章 几种常用红外遥控器协议2.1 NEC 协议NEC协议特征：八位地址码和八位数据码载波频率为38k hz脉冲宽度调制地址码和数据码发两次，以增加可靠性 图2-1 NEC红外协议编码效果图 由上图可知，0.56ms 的载波随后0.56ms 的低电平的电平组合，代表的是信号0；0.56ms 的载波随后1.69ms 的低电平的电平组合，代表信号1。NEC的红外编码格式如下图所示：图2-2 NEC红外编码协议格式图首先，一条完整的NEC协议，包括引导码、8位地址码、8位地址反码、8位数据码和8位数据反码。引导码位9毫秒的持续脉冲和4.5毫秒的空脉冲序列。随后是8bit 的地址码和 8 bit地址反码，8 bit的数据码与8 bit的数据反码。数据码和地址码，都是先发最低有效位LSB，再发最高有效位MSB。2.2 Nokia NRC1协议 特征：8 bit 数据码，4 bit地址码4 bit 替代码载波频率为38k hz二相编码传送一位的时间为1ms图2-3 诺基亚红外协议编码效果图由上图可知，500us的载波随后500us的低电平的电平组合，代表的是信号1；500us 的低电平随后500us 的载波的电平组合，代表信号0。诺基亚的红外编码格式如下图所示：图2-4 诺基亚红外编码协议格式图首先，一条完整的NEC诺基亚协议，包括引导码、8位数据码、4位地址反码、4位替代码。引导码位0.5us的持续脉冲和3毫秒的空脉冲序列。随后是8bit 的数据码和 4 bit地址码，4 bit的替代码。数据码和地址码，都是先发最低有效位LSB，再发最高有效位MSB。2.3 Philips RC-5 协议特征：5 bit 地址码和6 bit 的命令码二相编码（曼切斯特编码） 载波频率36k hz传发送一位的时间 1.778ms图2-5 RC-5红外协议编码效果图由上图可知，500us的载波随后500us的低电平的电平组合，代表的是信号1；500us 的低电平随后500us 的载波的电平组合，代表信号0。RC-5的红外编码格式如下图所示：图2-6 RC-5红外编码协议格式图首先，一条完整的RC-5协议，包括引导码、5位地址码、6位数据码。2.4 ITT协议ITT是最早的一种红外线传输协议。该协议不像其他红外线信号传输协议那样用载波频率来传输红外线信号，而是用宽度为10us的14个脉冲来传送遥控命令，通过改变脉冲I间距来对命令编码。用ITT协议传输数据非常可靠，而且功耗极低。在欧洲，包括ITT（国际电话电报公司）、Greatz、Schaub-Lorenz、Finlux、Nokia等在内的很多公司均采用此协议来做用户电子标签。（1）主要特性每条信息只有14 个非常窄的脉冲(脉宽10us, 不对信号进行调制）；采用脉冲距离编码；电池寿命极长；4位地址码、6 位命令码；带时间自校准,发送器中可使用RC振荡器；6) 通信速度快, 发送一条信息只需1.7ms-2.7ms；（2）协议14个脉冲传送1条红外信息, 每个脉冲宽10us,用三种不同的脉冲周期来区别每位所表达的内容: 10us表示二进制的“0”,200us表示“1”，300us表示预备脉冲或结束脉冲。图2-1是ITT的“0”和“1”的表示方法示意, 图10b 是用ITT传送的命令的格式。图2-7 ITT红外编码协议格式图图2-8 ITT红外编码协议格式图预备脉冲的作用是让接收器设置放大器的增益, 其后是30us的引入延时。然后是起始脉冲, 起始脉冲的周期为100us,即逻辑“0”,起始脉冲可以用于接收器的时间校准。起始脉冲的后面是4 位地址码(高位在前),接着是6位命令码(高位在前),命令码后面紧跟着一个尾脉冲。最后是300us的引出延时及结束脉冲。接收软件从两方面来验证接收信息的有效性: 一是引出延时必须是起始脉冲的周期的3倍,而起始脉冲的周期为10us；二是逻辑0的空号时间误差不得超过起始脉冲的周期的+20%,逻辑1的空号时间是起始脉冲的周期的2倍。另外,接收尾脉冲到收到结束脉冲的等待时间不超过360us, 超过360us, 则可能是信号传送中断或没传送。预备脉冲仅作自动增益调整用, 接收软件可以对其不予理会。信息的解码从起始脉冲开始。控制信息分成4位地址和6位命令两部分, 地址范围从015, 命令范围从063。地址成对使用,一组地址从07,一组是其反码1 58。按键时第一次发出的信息中的地址是低地址,而后续发送的信息中的地址则是第一次所发地址的反码, 直到该按键被释放, 这就允许接收器中止对重复码的接收。在按键没有释放之前, 每130ms将重复发送一次控制信息。2.5 Sharp协议Sharp协议用于Sharp的VCR中。（1） 主要特性8位命令、5位地址；PWM脉冲宽度编码方式；载波频率38kHz；一位用时1ms或2ms。（2） 协议协议采用PWM脉冲宽度编码方式，传号时间320us，载波频率38kHz（约12个周期），推荐的载波占空比为1/4或1/3。逻辑“1”占用时间为2ms，逻辑“0”占用时间为1ms，如图所示。图是其传送命令的格式示意图，5位地址码和8位命令码，均是低位在前，命令码后面是扩展位（Exp）和检测位（Chk），分别用逻辑“1”和逻辑“0”表示，最后是一个320us的尾脉冲。图中的地址码和命令码分别是03H和11H。图2-9 sharp红外编码协议图图2-10 sharp红外编码协议格式图如图17所示，每条完整的遥控命令由两部分信息组成，两部分信息之间间隔40ms，两者的地址码完全相同，但后者传的命令码、扩展位、检测位则是前者的反码。接收器可以据此判断所接收的数据是否有效。 第三章 红外遥控发射电路3.1 HT6221芯片介绍本设计选用的红外发射芯片为HT6221，该芯片特征如下：特征：工作电压: 1.8V3.5VDout输出38KHz最小发射字: 一个字一个455KHz的陶瓷或晶体16位地址码8位数据码最大活动键 HT6221: 32键HT6222: 64键主要应用场景：电视和录像录音机控制器夜盗警报系统烟火警报系统车门控制器汽车警报系统安全系统其它遥控系统HT6221/HT6222能编码16位地址码和8位数据码, HT6221/HT6222包含32键(K1K32)和64键(K1K64)图3-1 HT6221引脚图HT6221内部结构图如下所示：图3-2 HT6221内部结构图HT6221引脚说明如下所示：表3-1 红外引脚说明表引脚号引脚名称I/0描述16R3R8输入键盘行控制, 高电平有效7DOUT输出串行数据输出引脚, 38KHz发射频率8VDD输入1.8V3.5V9DT输入最重要数据位(DT)代码设置10X2输出455KHz振荡器输出11X1输入455KHz振荡器输入12VSS输入地13LED输出发射输出1421C8C1输入/输出键盘列控制22AIN输入低8位地址码输入2324R1R2输入键盘行控制, 高电平有效3.2 HT6221应用电路HT6221芯片在实际使用时，需要接入455KHZ的时钟信号，为此需要需要采用455KHZ的晶振提供时钟振荡源。同时，该芯片还需要接入电源，本设计采用3V纽扣电池供电，实现芯片正常工作。在正常工作模式下，按下一个按键，HT6221获取按键按下信息，并输出与之配套的红外发射数据，通过红外发射管发射出去。HT6221实际电路如下所示：图3-3 HT6221典型电路图图3-4 HT6221遥控实物图3.3 HT6221键码生成方式3.3.1 HT6221键码的形成当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，如果这个键按下且延迟大约108ms,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms）,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。3.3.2 代码格式位定义单发代码格式连发代码格式注：代码宽度算法：16位地址码的最短宽度：1.12×16=18ms16位地址码的最长宽度：2.24ms×16=36ms易知8位数据代码及其8位反代码的宽度和不变：（1.12ms+2.24ms）×8=27ms32位代码的宽度为（18ms+27ms）(36ms+27ms)。致谢(致谢内容)参考文献1  纪宗南红外线遥控发射器的原理及应用J.国外电子元器件，1999，10（3）；323 2  雷晓平单片计算机及其应用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2005：214219 3  阎石数字电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 4  周巍 黄雄华数字逻辑电路实验·设计·仿真M. 电子科技出版社，2007：95103 5  康华光电子技术基础（模拟部分第五版）M.北京：高等教育出版社，2008. 6  林雪梅. 热释电红外传感器及其应用J. 甘肃科技纵横 , 2005,(01). 7  李志强,黄顺,张卫华. 基于TPS434的红外传感测温仪的设计J. 现代电子技术 , 2007,(12) . 8  邓易冬,贾雨,李向上,戴振麟. 基于红外传感技术的电机堵转智能控制系统设计J. 电气开关, 2007,(06) . 9  胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京：清华大学出版社，1996. 10邵宝生,郑建立. 基于芯片tir1000红外传感系统的设计J. 中国集成电路 , 2006,(12) . 11  Jon S. Wilson.Sensor technology handbookM.USA:John wiley,2005