38kHz38kHz 红外发射与接收红外发射与接收红外线遥控器在家用电器和工业控制系统中已得到广泛应用，了解他 们的工作原理和性能、进一步自制红外遥控系统，也并非难事。1.红外线的特点人的眼睛能看到的可见光，若按波长排列，依次（从长到短）为红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫，如图 1 所示。由图可见，红光的波长范围为 0.62m0.76m，比红光波长还长 的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长 0.76m1.5m 之间的近红 外线来传送控制信号的。红外线的特点是不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境。 电路调试简单，若对发射信号进行编码，可实现多路红外遥控功能。2.红外线发射和接收人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射 元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光，如图 2 所示。常用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普 通 5mm 发光二极管相同，只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等 三种。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红 外发光二极管的发射功率约 100mW。红外发光二极管的发光效率需用专用 仪器测定，而业余条件下，只能凭经验用拉距法进行粗略判定。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二 极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一 般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二 极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不 论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头，如图 3 所示。 红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块， 性能稳定、可靠。所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路， 这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。 图 3 是常用两种红外接收头的外形，均有三只引脚，即电源正 VDD、电源负(GND)和数据输出(Out)。接收头的引脚排列因型号不同而不 尽相同，图 3 列出了因接收头的外形不同而引脚的区别。红外接收头的主要参数如下：工作电压：4.85.3V工作电流：1.72.7mA接收频率：38kHz峰值波长：980nm静态输出：高电平输出低电平：0.4V输出高电平：接近工作电压3红外线遥控发射电路红外线遥控发射电路框图如图 4 所示。框图 4 是目前所有红外遥控器发射电路的功能组成，其中的编码器 即调制信号，按遥控器用途的编码方式可以很简单、也可以很复杂。例如 用于电视机、VCD、DVD 和组合音响的遥控发射的编码器，因其控制功能 多达 50 种以上，此时的编码器均采用专用的红外线编码协议进行严格的 编程，然而对控制功能少的红外遥控器，其编码器是简单而灵活。前者编 码器是由生产厂家的专业人员按红外遥控协议进行编码，而后者适用于一 般电子技术人员和电子爱好者的编码。图 4 中的 38kHz 振荡器即载波信号 比较简单，但专业用的和业余用的也有区别，专业用的振荡器采用了晶振，而后者一般是 RC 振荡器。例如彩电红外遥控器上的发射端用了 455kHz 的 晶振，是经过整数分频的，分频系数为 12，即 455kHz12=37.9kHz。当 然也有一些工业用的遥控系统，采用 36kHz、40kHz 或 56kHz 等的载波信 号。因红外遥控器的控制距离约 10 米远，要达到这个指标，其发射的 载波频率(38kHz)要求十分稳定，而非专业用的 RC(38kHz)载波频率稳定 性差，往往偏离 38kHz 甚至很远，这就大大缩短了遥控器的控制距离。因 晶振频率十分稳定，所以专业厂家的遥控器全部采用晶振的 38kHz 作遥控 器的载波发送信号。图 4 中编码器的编码信号对 38kHz 的载波信号进行调制，再经红外 发射管 D 向空间发送信号供遥控接收端一体化接收头接收、解调输出、再 作处理。利用红外线的特点，可以制作多路遥控器。在遥控发射电路中，有 两种电路，即编码器和 38kHz 载波信号发生器。在不需要多路控制的应用 电路中，可以使用常规集成电路组成路数不多的红外遥控发射和接收电路， 该电路无需使用较复杂的专用编译码器，因此制作容易。4.频分制编码的遥控发射器在红外发射端利用专用(彩电、VCD、DVD 等)的红外编码通讯协议 作编码器，对一般电子技术人员或业余爱好者来说，是难于实现的，但对 路数不多的遥控发射电路，可以采用频分制的方法制作编码器，而对一路 的遥控电路，还可以不用编码器，直接发射 38kHz 红外信号，即可达到控 制的目的。图 5 是一种一路的红外遥控发射电路，在该电路中，使用了一片 ICl 高速 CMOS 型 4-2 输入的“与非”门 74HC00 集成电路，组成低频振荡 器作编码信号(f1)，用 IC2 555 电路作载波振荡器，振荡频率为 f0(38kHz)。f1 对 f0 进行调制，所以 IC2 的脚的波形是断续的载波， 该载波经红外发光二极管发送到空间。电路中的关键点 A、B、B波形如 图 2 所示，其中 B是未调制的波形。在图 5 中，选用了 555 电路作载波振荡器，其目的是说明电路的 调制工作原理，即利用大家熟悉的 555 产生 38kHz 方波信号，再利用 555 的复位端脚作调制端，即当脚为高电平时，555 是常规的方波振荡器； 当脚为低电平时，555 的脚处于低电平。脚的调制信号是由 ICl 的 与非门的低频振荡器而获得。在实际应用中，遥控发射器是 3V 电池供电，为此只需把 555 电路 ICl 剩余的两个与非门组成的 38kHz 取而代之，如图 7 所示。注意：这里未引用 CMOS 4-2 输入的“与非”门 CD4011 作图 5 电路 中的编码器和载波发生器，是因为 CD4011 作振荡产生方波信号时，属于 模拟信号的应用。为了保证电路可靠起振，其工作电压需 4.5V 以上，而 74HC00 的 CMOS 集成电路的最低工作电压为 2V，所以使用 3V 电源，完全 可以可靠的工作。5遥控接收解调电路图 8 为红外接收解调控制电路，图 8 中 IC2 是 LM567。LM567 是一 种锁相环集成电路，采用 8 脚双列直插塑封装，工作电压为+4.75+9V， 工作频率从直流到 500kHz，静态电流约 8mA。脚为输出端，静态时为高 电平，是由内部的集电极开路的三极管构成，允许最大灌电流为 100mA。 鉴于 LM567 的内部电路较复杂，这里仅介绍该电路的基本功能。LM567 的、脚外接的电阻(R3+RP)和电容 C4，决定了内部压控 振荡器的中心频率 f01，f01=1/1.1RC，、脚接的电容 C3、C4 到地， 形成滤波网络，其中脚的电容 C2，决定锁相环路的捕捉带宽，电容值 越大，环路带宽越窄。脚接的电容 C3 为脚的 2 倍以上为好。弄清了 LM567 的基本组成后，再来分析图 8 电路的工作过程。ICl 是红外接收头，它接收图 1 发出的红外线信号，接收的调制载波频 率仍为 38kHz，接收信号经 ICl 解调后，在其输出端 OUT 输出频率为 f1(见图 2)的方波信号，只要将 LM567 的中心频率 f01 调到(用 RP)与发射 端 f1(见图 2)相同，即 f01=fl，则当发射端发射时，LM567 开始工作， 脚由高电平变为低电平，该低电平使三极管 8550 导通，在 A 点输出开关 信号驱动 D 触发锁存器，再由它驱动各种开关电路工作。这样，只要按一 下图 1 电路的微动开关 K，即发射红外线，接收电路图 4 即可输出开关信 号开通控制电路，再按一下开关 K，控制开关信号关闭，这就完成了完整 的控制功能。6. 小结 利用图 5 和图 8 的电路，可以实现多路遥控器，即在发射端，将 ICl 组成的低频振荡器，其电路模式不变，只改变电阻 R2，即可构成若干 种 R 组成的多个频率不同的低频振荡器(即编码)，利用微动开关转接， 38kHz 的载波电路共用；在接收电路中，一体化红外接收头共用，再设置 与接收端编码器相同个数的 LM567 锁相器和后级锁相驱动控制电路，各锁 相环的振荡频率与各编码器的低频编码信号的频率对应相等。这样发射端 (图 5)按压不同的按钮，载波信号接入不同频率编码的调制信号时，在接 收端(图 8)，各对应的 LM567 的脚的电平会发生变化，从而形成多路控 制信号。上述所述的工作方式，称为频分制的编码方式。这种频分制工作 方式，其优点是可实现多路控制，但缺点是电路复杂，对于路数不多的控 制电路，因电路工作原理简单，对一般电子技术人员仍然是有用的