红外遥控器通信原理_红外遥控器协议_红外通信对比无线通信的优势

　　红外通讯，顾名思义，就是通过红外线传输数据。在电脑技术发展早期，数据都是通过线缆传输的，线缆传输连线麻烦，需要特制接口，颇为不便。于是后来就有了红外、蓝牙、802.11等无线数据传输技术。在红外通讯技术发展早期，存在好几个红外通讯标准，不同标准之间的红外设备不能进行红外通讯。为了使各种红外设备能够互联互通，1993年，由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会（IrDA），统一了红外通讯的标准，这就是目前被广泛使用的IrDA红外数据通讯协议及规范。

　　红外通信与无线通信相比有何优势

　　红外通信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高频电路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，无绳电话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。

　　遥控红外通信原理

　　在实际的通信领域，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。在通信系统的接收端要对接收到的信号进行解调，恢复出原来的基带信号。这部分通信原理的内容，大家了解一下即可。

　　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，了解一下，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1所示。

　　

　　图1 红外信号调制

　　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。

　　那在原理上，我们如何从电路的角度去实现这个功能呢？如图2所示。

　　

　　图2 红外发射原理图

　　38K载波，我们可以用455K晶振，经过12分频得到37.91K，也可以由时基电路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，右侧的竖向支路都不会导通，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释放出来，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、解调等等一系列电路处理，然后输出基带信号。但是红外通信的一体化接收头HS0038B，已经把这些电路全部集成到一起了，我们只需要把这个电路接上去，就可以直接输出我们所要的基带信号了，如图3所示。

　　

　　图3 红外接收原理图

　　由于红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，官方手册给的值是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串联100欧的电阻，进一步降低干扰。

　　图3所示的电路，用来接收图16-5电路发送出来的波形，当HS0038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，让信号更适合在信号中传输。

　　由于我们的红外调制信号是半双工的，而且同时空间只能允许一个信号源，所以我们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限制的，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，这就限定了我们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。

　　常用红外遥控器协议

　　一、 NEC 协议

　　特征：

　　8 位地址和 8 位命令长度为提高可靠性每次传输两遍地址（用户码）和命令（按键值）通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制 38Khz 载波每位的周期为 1.12ms 或者 2.25ms

　　调制方式：

　　

　　Note：对于测试红外接收头的信号来说，有脉冲信号的地方就是高电平。即逻辑“1” 为 0.56ms 高电平+1.69ms 低电平，逻辑“0”为 0.56ms 高电平+0.56ms 低电平。

　　协议：

　　

　　上图为典型的 NEC 协议传输格式，起始位（引导码）为 9ms 高+4.5ms 低组成，有效数据为地址+地址反码+命令+命令反码。反码的作用是用来校准前面的地址和命令，如果对可靠性不感兴趣，也可以去掉取反的数据，或者将地址和命令扩展到 16 位

　　上图传输的地址数据为 10011010，需要注意的是先发低位地址再发高位地址，因此该波形的地址为 01011001=0X59，同理，命令为 00010110=0X16。

　　长按键时，如下图所示，每隔 110ms 重复发送一次，但是命令只发送一次，重复发送的是 9ms 高电平+2.25ms 低电平+0.56ms 高电平+低电平

　　

　　扩展协议：

　　

　　扩展协议只是将地址改为 16 位，其他不变。

　　实测波形：

　　下面的波形是从红外接收头上得到的波形：（调制脉冲信号转变成高低电平了）

　　

　　由于红外接收头在接收信号时（或者是发送的时候）将波形反向了，因此在读数据时可以将示波器的反向功能打开，就能读到有效数据了。

　　下面实例是已知 NEC 类型遥控器所截获的波形：

　　遥控器的识别码是 Address=0xDD20;其中一个键值是 Command=0x0E

　　

　　最后一位是一个逻辑“1”。

　　二、 Philips RC5 协议

　　特征：

　　5 位地址和 6 位命令长度（扩展协议用 7 位）

　　双向编码或者叫曼彻斯特编码（即电平的变化来表示逻辑 0 和 1）

　　36Khz 载波

　　每位的周期为 1.778ms（64 cycles of 36 kHz）

　　调制方式：

　　

　　

　　协议：

　　

　　一段数据包含 14 位，周期长度为 25ms。

　　前两位是起始位 S 通常都是逻辑 1。

　　在 RC5 扩展模式下第二位 S2 将 6 位命令代码扩充到 7 位代码（作为高位 MSB），这样可以从 64 个键值扩充到 128 个键值。

　　第三位是控制位 C 它在每按下了一个键后翻转，这样就可以区分一个键到底是一直按着没松手还是松手后重复按。

　　长按键时，数据每隔 114ms 重复发送一次，第三位不发生翻转，即重复发送的信号是完全一致的。

　　实测波形：

　　连续按同一个键两次时，只有第三位发生翻转，其他位不变

　　

　　从上面波形可以读出该段数据的值为 101 01010 010111，由于该协议为 RC5 扩展协议，即第二位作为命令的第七位，因此地址为 01010=0X0A，命令为 0010111=0X17。（实际遥控器厂商给出的命令为 57，可能是将第二位反相后作为命令的第七位）。

　　三、 Sony SIRC 协议

　　特征：

　　有 12，15，20 位三种模式（下面介绍的 12 位模式）

　　5 位地址和 7 位命令长度

　　脉冲宽度编码

　　40Khz 载波

　　每位的周期为 1.2ms 或 1.8ms

　　调制方式：

　　

　　协议：

　　

　　起始位为 2.4ms 高电平+0.6ms 低电平；

　　长按键时，数据每隔 45ms 重复发送一次。

　　实测波形：

　　

　　从上面波形可以读出该段数据的值为 1001000 10000 cmd：0001001 addr： 00001.

　　四、其他

　　1、ITT

　　

　　2、JVC

　　

　　3、Nokia NRC17

　　

　　4、RCA

　　

　　5、Sharp

　　

　　6、X-Sat