红外原理

参考：

http://blog.csdn.net/mhjerry/article/details/6600414

http://blog.csdn.net/techelefeng/article/details/45972583

1. 原理

红外遥控器是利用一个红外发光二极管，以红外光为载体来将按键信息传递给接收端的设备。红外光对于人眼是不可见的，因此使用红外遥控器不会影响人的视觉（可以打开手机摄像头，遥控器对着摄像头按，可以看到遥控器发出的红外光）。

首先，必须要了解一些基本原理。其实按下遥控器的某一个键，遥控器会发出一连串经过调制后的信号，这个信号经过红外一体化模块接收后，输出解调后的数字脉冲，每个按键对应不同的脉冲，故识别出不同的脉冲就能识别出不同的按键。

上图就是很常见的车载MP3遥控器，比较小巧，很好用。下面是红外发射和接受原理：

到此读者可能会有疑惑，那么不同的调制解调方法那么出来的脉冲规则是不一样的？是的，的确如此。

遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理（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。这种遥控码具有以下特征：

2. 调制

日常生活环境中有很多红外光源，太阳、蜡烛火光、白炽灯、甚至是我们的身体。这些红外光源都可能会对我们的接收设备产生干扰，为了屏蔽干扰，只接收有效信息，我们就需要用到调制。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。红外接收器会适配这个频率，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”的方法，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。

3. 协议

NEC协议

• 8 位地址码， 8 位命令码
• 完整发射两次地址码和命令码，以提高可靠性
• 脉冲时间长短调制方式
• 38KHz 载波频率
• 位时间 1.12ms 或 2.25ms

引导吗：

下图为一个引导码的调制波形：

引导码 由“9ms mark + 4.5ms space”构成，表示一组 键码 的开始。

逻辑0和1：

下图为逻辑0和逻辑1的调制波形：

逻辑“1”由“560us mark + 1690 space”组成，symbol period 为2.25ms；逻辑“0”由“560us mark + 560us space”组成，symbol period 为 1.12ms。

完整的一组键码：

下图位NEC 协议的典型脉冲链：

协议规定低位首先发送，如上图所示的情况，发送的地 址码为“59”，命令码为“16”，总的码值为 0x59A616E9。

重复码：

下图为重复码的调制波形：

重复码由 “9ms mark + 2.25ms space”组成，symbol period 为 11.25ms，重复码表示一个重复按键，当按键按着不松时，会先发一个完整的键码，接着每 110ms 发送一个重复码，直到松开按键，如下面的波形图所示：

接收端输出:

在接收端，一个 mark 对应一个低电平输出，一个 space 对应一个高电平输出，因此起始码、逻辑0 1、重复码等在接收端的输出波形如下图所示：

请看下图，来自网络：

当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个引导码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms~18ms）,高8位地址码（9ms~18ms）,8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。（实际上人手的动作是很慢的，即使你快速的按下按键，可能对于芯片来说还是超过108ms，所以如何处理连发码是很关键的）

遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间，图为发射波形图。

 

下面是我写的代码，按键编码通过串口发送到电脑端：

由于时间关系，代码注释不多。

其中START_Judge()函数是判断9ms低电平，既是判断有无遥控信号。

BOOT_REPEATING_CODE_Judge()是判断是引导码还是连发码，引导码则进入接受数据环节，连发码表明数据已经接受结束。

H_L_LEVEL_Judge()是接受数据时判断高低电平。

/*------------------------------------------------------------*-  红外收发.C  ------------------------------------------------------------  遥控器测试-*------------------------------------------------------------*/#include <reg52.h>// --- 红外接收一体化输出口 ----------------------------------sbit IR_Out = P3^2;bit START_Flag = 0;bit BOOT_REPEATING_CODE_Flag = 0;unsigned char DATA[4] = {0};bdata unsigned char TEMP_BIT;sbit B0 = TEMP_BIT^0;sbit B1 = TEMP_BIT^1;sbit B2 = TEMP_BIT^2;sbit B3 = TEMP_BIT^3;sbit B4 = TEMP_BIT^4;sbit B5 = TEMP_BIT^5;sbit B6 = TEMP_BIT^6;sbit B7 = TEMP_BIT^7;// --- 有无遥控信号判断函数 ----------------------------------bit START_Judge();// --- 连发码判断函数 ----------------------------------------bit BOOT_REPEATING_CODE_Judge();// --- "0"和"1"识别 ------------------------------------------bit H_L_LEVEL_Judge();// --- 串口初始化 --------------------------------------------void UART_Initial();void DELAY_Us(unsigned int Us){unsigned int x;for(x = 0; x <= (Us/200-1); x++);}void DELAY_Ms(unsigned int Ms){unsigned int x,y;for(x = 0; x <= (Ms-1); x++){for(y = 0; y <= 120; y++);}}void main(){unsigned char i;UART_Initial();IR_Out = 1;while(1){START_Flag = START_Judge();BOOT_REPEATING_CODE_Flag = BOOT_REPEATING_CODE_Judge();if ( START_Flag && !BOOT_REPEATING_CODE_Flag ){for(i =0;i <4; i++){B0 = H_L_LEVEL_Judge();B1 = H_L_LEVEL_Judge();B2 = H_L_LEVEL_Judge();B3 = H_L_LEVEL_Judge();B4 = H_L_LEVEL_Judge();B5 = H_L_LEVEL_Judge();B6 = H_L_LEVEL_Judge();B7 = H_L_LEVEL_Judge();DATA[i] = TEMP_BIT;}for(i =0;i <4; i++){SBUF = DATA[i];while( TI == 0 );TI = 0;}}}}void UART_Initial(){SCON = 0x50; // SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收TMOD |= 0x20; // TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reloadTH1 = 0xFD; // TH1: reload value for 9600 baud @// 11.0592MHz TR1 = 1; // TR1: timer 1 runEA = 0; // 关闭总中断ES = 0; // 关闭串口中断}bit START_Judge(){bit TEMP_Flag = 1;unsigned char i = 0;    //在正常无遥控信号时，一体化红外接收头输出是高电平，程序一直在循环。    while ( IR_Out == 1);//重复10次，目的是检测在6876~8352微秒内如果出现高电平就退出解码程序for(i =0;i <9; i++){DELAY_Us(800);// 测试实际延时约为764~928usif ( IR_Out == 1 ){TEMP_Flag = 0;break;}}return TEMP_Flag;}bit BOOT_REPEATING_CODE_Judge(){bit TEMP_Flag = 1;while( IR_Out == 0 ) ;// 等待高电平避开9毫秒低电平引导脉冲DELAY_Ms(1);// 测试实际延时约为1.007ms DELAY_Ms(1);// 测试实际延时约为1.007ms DELAY_Us(200);// 0.086msDELAY_Us(200);// 0.086msDELAY_Us(200);// 0.086ms// 共计2.272msif( IR_Out == 0 ){TEMP_Flag = 1;// 是连发码}else{TEMP_Flag = 0;// 不是连发码，而是引导码}return TEMP_Flag;}bit H_L_LEVEL_Judge(){while( IR_Out == 0 );// 等待地址码第一位的高电平信号DELAY_Us(800);// 测试实际延时约为764~928usif ( IR_Out == 1){DELAY_Ms(1);// 测试实际延时约为1.007ms return 1;}else{return 0;}}

 

编辑如下：

01 FE 8B 74 --- 01 FE 8D 72 --- 01 FE 8F 70

01 FE 89 76 --- 01 FE 81 7E --- 01 FE 87 78

01 FE 0F F0 --- 01 FE 2B D4 --- 01 FE 13 EC

01 FE 2D D2 --- 01 FE 33 CC --- 01 FE 1B E4

01 FE 19 E6 --- 01 FE 31 CE --- 01 FE BD 42

01 FE 11 EE --- 01 FE 39 C6 --- 01 FE B5 4A
以上为对应按键的编码。

过程中存在问题：

一是如何有效的识别引导码和连发码，因为这个能直接影响到长时间按键，单片机的响应与否。这个问题，貌似我以解决，就是长时间按键后，单片机识别一次按键后，如果还是同一按键，就不与理睬。

还有一个问题就是，如果连续按下两次按键，该程序能够识别出，但是如果间隔很短，第二下按键的编码容易出错，容易变成这样：

03 FE 8B 74.。。。就是第一个字节出现误差，这个问题现在还未来得及解决。

还有就是本程序对于延时函数的精度要求很高，因为本身处理的脉冲就是MS级别的。所以需要严格的测试延时函数的实际延时时间：

 

以上的代码，可以看出许多问题，软件延时不准确，大量的“while( IR_Out == 0 ) ;”代码，抗干扰能力弱，容易进入死循环。

下面介绍的这种解码方法，利用外部中断触发程序，定时器定时（但没有设置定时中断程序，即判断TF的值确定定时结束），在代码过程中，开头的一个7.93ms延时，足以滤掉不合法的红外信号。应该说效率质量更高的。

代码注释很详细，在此不在细述：

/*------------------------------------------------------------*-  IR_Decoder.C (v1.00)  ------------------------------------------------------------  名称：遥控器红外解码，PO口接LED，显示功能码以供查看  编写：mhjerry  日期：20011.7  内容：按遥控器上的按键，会在PO口LED上显示-*------------------------------------------------------------*/#include "reg52.h"// 此口为红外信号输入MCU口sbit IR_Out = P3^2;// 主程序运行标志位,运行主程序时LED灭，运行中断程序时LED亮sbit IR_Flag = P3^1;// LED显示口#define LED_Port P1// 用于存放按键码值，初始化为0000 0000这样接受数据时可以只考虑1了unsigned char dat[4] = {0,0,0,0};/*............................................................*/void main(){IR_Out = 1;// 此口为MCU输入口，故需要置1IR_Flag = 1;// 灭LED灯TMOD = 0x01;// 定时器0，方式1IT0 = 1;// 外部中断0，下降沿触发EX0 = 1;// 准许外部中断EA = 1;// CPU准许中断while(1){IR_Flag = 1;// 执行主程序时,LED灯灭}}/*------------------------------------------------------------*-   函数名称：Int0()  函数输入：无(容许中断时，外部触发)  函数输出：无  函数说明：外部中断0中断处理-*------------------------------------------------------------*/void Int0() interrupt 0{unsigned char i,j;EX0 = 0;// 关闭外部中断0IR_Flag = 0;// 执行中断程序时,LED灯亮i = 10;// 0.793ms延时，运行10次while( --i ){// 定时0.793ms,延时0.793ms*10=7.93msTH0 = 0xfc;TL0 = 0xe7;TR0 = 1;while( !TF0 );TF0 = 0;TR0 = 0;// 这7.93ms期间只要IR_Out变高电平,就非合法的红外信号，跳出if( IR_Out ){EX0 = 1;// 准许中断return ;}}// 程序进行到这里，表明是合法的红外信号(利用9ms判断)while( !IR_Out );// 等待9ms低电平过去// 程序进行到这里，表明经过9ms低电平TH0 = 0xf6;    TL0 = 0xff;TR0 = 1;while( !TF0 );TF0 = 0;TR0 = 0;  // 延时2.305ms// IR_Out 为低表明是连发码，不予理睬，跳出if( !IR_Out ){EX0=1;return;}// 程序进行到这里，表明是引导码，等待4.5ms高电平的过去while( IR_Out );// 开始接收用户码for(i=0; i<4; i++) {for(j=0; j<8; j++){while( !IR_Out );// 等待低电平过去    dat[i] >>= 1;// 把上次的数据位右移一位TH0 = 0xfc;    TL0 = 0xe7;TR0 = 1;        while( !TF0 );        TR0=0;        TF0=0; //延时0.793ms// 若为数据"1"，则延时后IR_Out为高电平  if( IR_Out )    {     dat[i] |= 0x80;// 所有数据位1放最高位     while( IR_Out );// 等待高电平过去    }}  }LED_Port = dat[2]; EX0=1;// 开中断    return;}/*------------------------------------------------------------*-  ---- END OF FILE --------------------------------------------*------------------------------------------------------------*/