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紅外通訊，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù)。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)模纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來(lái)就有了紅外、藍(lán)牙、802.11等無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。在紅外通訊技術(shù)發(fā)展早期，存在好幾個(gè)紅外通訊標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)之間的紅外設(shè)備不能進(jìn)行紅外通訊。為了使各種紅外設(shè)備能夠互聯(lián)互通，1993年，由二十多個(gè)大廠商發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IrDA），統(tǒng)一了紅外通訊的標(biāo)準(zhǔn)，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外數(shù)據(jù)通訊協(xié)議及規(guī)范。
在某些場(chǎng)合，需要數(shù)據(jù)交換但又不是很大，且實(shí)時(shí)性要求又不是很高的情況下，可以使用紅外通訊方式，這樣既可以得到無(wú)繩化通信帶來(lái)的便利，又可以避開采用無(wú)線電高頻電路可能引發(fā)的一些問題。譬如用于家用電器的遙控器，計(jì)算機(jī)的遙控鍵盤和遙控鼠標(biāo)以及便攜式數(shù)據(jù)收集裝置（煤水電表的登錄器、報(bào)稅機(jī)）與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換等。
目前，利用紅外線進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信，無(wú)論從小型化、輕量化，還是從安全性等方面考慮，其可行性都比較高，并且已經(jīng)在無(wú)線多信道室內(nèi)話音系統(tǒng)，無(wú)繩電話以及鍵盤和終端間的短距離無(wú)線連接中得到了應(yīng)用。所有這些應(yīng)用中的工作帶寬遠(yuǎn)低于WLAN需要的帶寬。
紅外接收頭的型號(hào)有很多HS0038 VS838等 功能大致相同，只是引腳封裝不同。
紅外接收有幾種統(tǒng)一的編碼方式，采樣哪種編碼方式取決于遙控器使用的芯片，接收頭收到的都是一樣的。
電視遙控器使用的是專用集成發(fā)射芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控碼的發(fā)射，如東芝TC9012,飛利浦AA3010T等，通常彩電遙控信號(hào)的發(fā)射，就是將某個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的控制指令和系統(tǒng)碼（由0和1組成的序列），調(diào)制在38KHz的載波上，然后經(jīng)放大、驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管將信號(hào)發(fā)射出去。不同公司的遙控芯片，采樣的遙控碼格式也不一樣，較普遍的有兩種，一種NEC標(biāo)準(zhǔn)，一種是PHILIPS標(biāo)準(zhǔn)。
NEC標(biāo)準(zhǔn)：遙控載波的頻率為38KHz(占空比1:3)當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，系統(tǒng)首先發(fā)射一個(gè)完整的全碼，如果按鍵超過108ms仍未松開，接下來(lái)發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。
一個(gè)完整的全碼 = 引導(dǎo)碼 +用戶碼 +用戶碼 + 數(shù)據(jù)碼 + 數(shù)據(jù)碼 + 數(shù)據(jù)反碼。
其中，引導(dǎo)碼高電平9ms，低電平4.5ms；系統(tǒng)碼8位，數(shù)據(jù)碼8位，共32位；其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，以防止不同的機(jī)種遙控碼互相干擾。后16位為8位的操作碼和8位的操作反碼，用于核對(duì)數(shù)據(jù)是否接收準(zhǔn)確。收端根據(jù)數(shù)據(jù)碼做出應(yīng)該執(zhí)行上面動(dòng)作的判斷。
連發(fā)代碼是在持續(xù)按鍵時(shí)發(fā)送的碼。它告知接收端。某鍵是在被連續(xù)的按著。
NEC標(biāo)準(zhǔn)下的發(fā)射碼表示
發(fā)射數(shù)據(jù)0時(shí)用”0.56ms高電平 + 0.565ms低電平 = 1.125ms”表示；
數(shù)據(jù)1用”高電平0.56ms + 1.69ms = 2.25ms”表示。
遙控器發(fā)射信號(hào)：
需要注意的是：當(dāng)一體化接收頭收到38kHz紅外信號(hào)時(shí)，輸出端輸出低電平，否則為高電平。所以一體化接收頭輸出的波形和發(fā)射波形是反向的
在實(shí)際的通信領(lǐng)域，發(fā)出來(lái)的信號(hào)一般有較寬的頻譜，而且都是在比較低的頻率段分布大量的能量，所以稱之為基帶信號(hào)，這種信號(hào)是不適合直接在信道中傳輸?shù)。為便于傳輸、提高抗干擾能力和有效的利用帶寬，通常需要將信號(hào)調(diào)制到適合信道和噪聲特性的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸，這就叫做信號(hào)調(diào)制。在通信系統(tǒng)的接收端要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原來(lái)的基帶信號(hào)。這部分通信原理的內(nèi)容，大家了解一下即可。
我們平時(shí)用到的紅外遙控器里的紅外通信，通常是使用38K左右的載波進(jìn)行調(diào)制的，下面我把原理大概給大家介紹一下，了解一下，先看發(fā)送部分原理。
調(diào)制：就是用待傳送信號(hào)去控制某個(gè)高頻信號(hào)的幅度、相位、頻率等參量變化的過程，即用一個(gè)信號(hào)去裝載另一個(gè)信號(hào)。比如我們的紅外遙控信號(hào)要發(fā)送的時(shí)候，先經(jīng)過38K調(diào)制，如圖1所示。
圖1 紅外信號(hào)調(diào)制
原始信號(hào)就是我們要發(fā)送的一個(gè)數(shù)據(jù)“0”位或者一位數(shù)據(jù)“1”位，而所謂38K載波就是頻率為38K的方波信號(hào)，調(diào)制后信號(hào)就是最終我們發(fā)射出去的波形。我們使用原始信號(hào)來(lái)控制38K載波，當(dāng)信號(hào)是數(shù)據(jù)“0”的時(shí)候，38K載波毫無(wú)保留的全部發(fā)送出去，當(dāng)信號(hào)是數(shù)據(jù)“1”的時(shí)候，不發(fā)送任何載波信號(hào)。
那在原理上，我們?nèi)绾螐碾娐返慕嵌热?shí)現(xiàn)這個(gè)功能呢？如圖2所示。
圖2 紅外發(fā)射原理圖
38K載波，我們可以用455K晶振，經(jīng)過12分頻得到37.91K，也可以由時(shí)基電路NE555來(lái)產(chǎn)生，或者使用單片機(jī)的PWM來(lái)產(chǎn)生。當(dāng)信號(hào)輸出引腳輸出高電平時(shí)，Q2截止，不管38K載波信號(hào)如何控制Q1，右側(cè)的豎向支路都不會(huì)導(dǎo)通，紅外管L1不會(huì)發(fā)送任何信息。當(dāng)信號(hào)輸出是低電平的時(shí)候，那么38K載波就會(huì)通過Q1釋放出來(lái)，在L1上產(chǎn)生38K的載波信號(hào)。這里要說(shuō)明的是，大多數(shù)家電遙控器的38K的占空比是1/3，也有1/2的，但是相對(duì)少一些。
正常的通信來(lái)講，接收端要首先對(duì)信號(hào)通過監(jiān)測(cè)、放大、濾波、解調(diào)等等一系列電路處理，然后輸出基帶信號(hào)。但是紅外通信的一體化接收頭HS0038B，已經(jīng)把這些電路全部集成到一起了，我們只需要把這個(gè)電路接上去，就可以直接輸出我們所要的基帶信號(hào)了，如圖3所示。
圖3 紅外接收原理圖
由于紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭供電引腳上必須加上濾波電容，官方手冊(cè)給的值是4.7uF，我們這里直接用的10uF，手冊(cè)里還要求在供電引腳和電源之間串聯(lián)100歐的電阻，進(jìn)一步降低干擾。
圖3所示的電路，用來(lái)接收?qǐng)D16-5電路發(fā)送出來(lái)的波形，當(dāng)HS0038監(jiān)測(cè)到有38K的紅外信號(hào)時(shí)，就會(huì)在OUT引腳輸出低電平，當(dāng)沒有38K的時(shí)候，OUT引腳就會(huì)輸出高電平。那我們把OUT引腳接到單片機(jī)的IO口上，通過編程，就可以獲取紅外通信發(fā)過來(lái)的數(shù)據(jù)了。
大家想想，OUT引腳輸出的數(shù)據(jù)是不是又恢復(fù)成為基帶信號(hào)數(shù)據(jù)了呢？那我們單片機(jī)在接收這個(gè)基帶信號(hào)數(shù)據(jù)的時(shí)候，如何判斷接收到的是什么數(shù)據(jù)，應(yīng)該遵循什么協(xié)議呢？像我們前邊學(xué)到的UART、I2C、SPI等通信協(xié)議都是基帶通信的通信協(xié)議，而紅外的38K僅僅是對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，讓信號(hào)更適合在信號(hào)中傳輸。
由于我們的紅外調(diào)制信號(hào)是半雙工的，而且同時(shí)空間只能允許一個(gè)信號(hào)源，所以我們紅外的基帶信號(hào)不適合在I2C或者SPI通信協(xié)議中進(jìn)行的，我們前邊提到過UART雖然是2條線，但是通信的時(shí)候，實(shí)際上一條線即可，所以紅外可以在UART中進(jìn)行通信。當(dāng)然，這個(gè)通信也不是沒有限制的，比如在HS0038B的數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)明，要想讓HS0038B識(shí)別到38K的紅外信號(hào)，那么這個(gè)38K的載波必須要大于10個(gè)周期，這就限定了我們紅外通信的基帶信號(hào)的比特率必須不能高于3800，那如果把串口輸出的信號(hào)直接用38K調(diào)制的話，波特率也就不能高于3800。
一、 NEC 協(xié)議
特征：
8 位地址和 8 位命令長(zhǎng)度為提高可靠性每次傳輸兩遍地址（用戶碼）和命令（按鍵值）通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制 38Khz 載波每位的周期為 1.12ms 或者 2.25ms
調(diào)制方式：
Note：對(duì)于測(cè)試紅外接收頭的信號(hào)來(lái)說(shuō)，有脈沖信號(hào)的地方就是高電平。即邏輯“1” 為 0.56ms 高電平+1.69ms 低電平，邏輯“0”為 0.56ms 高電平+0.56ms 低電平。
協(xié)議：
上圖為典型的 NEC 協(xié)議傳輸格式，起始位（引導(dǎo)碼）為 9ms 高+4.5ms 低組成，有效數(shù)據(jù)為地址+地址反碼+命令+命令反碼。反碼的作用是用來(lái)校準(zhǔn)前面的地址和命令，如果對(duì)可靠性不感興趣，也可以去掉取反的數(shù)據(jù)，或者將地址和命令擴(kuò)展到 16 位
上圖傳輸?shù)牡刂窋?shù)據(jù)為 10011010，需要注意的是先發(fā)低位地址再發(fā)高位地址，因此該波形的地址為 01011001=0X59，同理，命令為 00010110=0X16。
長(zhǎng)按鍵時(shí)，如下圖所示，每隔 110ms 重復(fù)發(fā)送一次，但是命令只發(fā)送一次，重復(fù)發(fā)送的是 9ms 高電平+2.25ms 低電平+0.56ms 高電平+低電平
擴(kuò)展協(xié)議：
擴(kuò)展協(xié)議只是將地址改為 16 位，其他不變。
實(shí)測(cè)波形：
下面的波形是從紅外接收頭上得到的波形：（調(diào)制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成高低電平了）
由于紅外接收頭在接收信號(hào)時(shí)（或者是發(fā)送的時(shí)候）將波形反向了，因此在讀數(shù)據(jù)時(shí)可以將示波器的反向功能打開，就能讀到有效數(shù)據(jù)了。
下面實(shí)例是已知 NEC 類型遙控器所截獲的波形：
遙控器的識(shí)別碼是 Address=0xDD20;其中一個(gè)鍵值是 Command=0x0E
最后一位是一個(gè)邏輯“1”。
二、 Philips RC5 協(xié)議
特征：
5 位地址和 6 位命令長(zhǎng)度（擴(kuò)展協(xié)議用 7 位）
雙向編碼或者叫曼徹斯特編碼（即電平的變化來(lái)表示邏輯 0 和 1）
36Khz 載波
每位的周期為 1.778ms（64 cycles of 36 kHz）
調(diào)制方式：
協(xié)議：
一段數(shù)據(jù)包含 14 位，周期長(zhǎng)度為 25ms。
前兩位是起始位 S 通常都是邏輯 1。
在 RC5 擴(kuò)展模式下第二位 S2 將 6 位命令代碼擴(kuò)充到 7 位代碼（作為高位 MSB），這樣可以從 64 個(gè)鍵值擴(kuò)充到 128 個(gè)鍵值。
第三位是控制位 C 它在每按下了一個(gè)鍵后翻轉(zhuǎn)，這樣就可以區(qū)分一個(gè)鍵到底是一直按著沒松手還是松手后重復(fù)按。
長(zhǎng)按鍵時(shí)，數(shù)據(jù)每隔 114ms 重復(fù)發(fā)送一次，第三位不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即重復(fù)發(fā)送的信號(hào)是完全一致的。
實(shí)測(cè)波形：
連續(xù)按同一個(gè)鍵兩次時(shí)，只有第三位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其他位不變
從上面波形可以讀出該段數(shù)據(jù)的值為 101 01010 010111，由于該協(xié)議為 RC5 擴(kuò)展協(xié)議，即第二位作為命令的第七位，因此地址為 01010=0X0A，命令為 0010111=0X17。（實(shí)際遙控器廠商給出的命令為 57，可能是將第二位反相后作為命令的第七位）。
此外還有很多其他通信協(xié)議。再此不一一敘述。
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