全面了解红外摇控技术.docx

1、全面了解红外摇控技术全面了解红外摇控红外摇控理论：可见区（光谱）内遥控设备最便宜的方法是利用红外线。现在绝大多数音响和视频设备都可以通过这种途径控制。红外线的必要组成部分由于他的广泛的应用而非常便宜。因此对我们有些爱好者来说应用到他们的项目上非常理想。我这部分基础知识将介绍红外摇控的操作理论以及应用在电子消费者中的一些协议。红外线：红外线实际上就是有特殊颜色的普通光线。我们人类之所以看不见这种颜色的光线是因为它950nm的波长在人类的可视光谱之下。我们想利用它但我们不想看见它这也是红外线被选用于摇控摇控目的的原因之一。另外一个原因是因为红外发光二极管非常容易制取，因此也非常便宜。尽管人类不能（

2、肉眼）看见从摇控装置发射的红外线，但这并不意味着人类不能看见它。摄影机和数码相机能“看见”红外线，同样你可以在图片上看见它。不幸的是有更多的红外线资源。太阳光是所有资源中最明亮的，还有好多其他的，像灯泡，蜡烛，中央制热系统，甚至我们的身体也发射红外线，事实上任何物体都发射热能，也发射红外线。因此我们必需采取措施来保证红外信号 准确无误得通过接收器。调制调节器：调制调节器是从噪声中分离信号的设备。调制调节器能够使得红外线发射源以一定的频率发光，红外线接收器会接收这种频率（的光线）而忽略（过滤？）其它任何东西。你可以认为是这种发射的光线吸引了接收器的注意力。在明亮的白天人们甚至能够看到黄色的光线在

3、压缩点闪亮（？）上图左边所示的是经过调节的信号驱动红外发光二极管发射器，另一边所示的是发射被检测到的信号。连续的信号传递也就是我们通常说的：“斑点”和“spases”(空间，距离，一段时间等)，spase实际是发射器处于关闭状态的信号缺陷,在spase状态下没有光线发射，在“斑点”状态下红外信号以特定的频率发生脉冲。30KHZ和60KHZ的频率电子消费品中。在接收端spase在接收器上以高频率输出，而“斑点“则自动地以低频输出（再现）注意“斑点”和“距离(spase)”不是我们想发射的1s和0s。“斑点”和“距离”以及0s 1s之间的的真正关系取决于所用的协议(protocols),更多关于“

4、斑点”和“距离”的信息可以在协议的描述中找到。发射器：发射器通常是一个电带动的手持机，它在使用中应当尽可能地省电，而红外信号应当尽可能强地到达可接收控制的距离，也有较强的抗干扰能力。好多芯片被设计成红外线发射器。原来的芯片仅仅专注于我们发明的协议。当今由于使用上的灵活性好多用电量不大的微型控制器被用于红外发射器。当不按按钮时它们处于低耗电的休眠状态，这种状态几乎没有电量消耗。只有按了按钮处理器才会被激活来发射适当的红外命令。 石英晶振很少在这种手持机使用，因为它们质地很脆也很容易摔坏，陶瓷晶振由于能够承受较大的物理振动而适合作手持机，实际上它们有细微的不精确性不是很重要（不通顺） 电流通过发光

5、二极管能够从100mA变到到超过1A！为了得到一个合适的控制距离，发光二极管电流必须尽可能的大，因为驱动发光二极管的脉冲非常短。发光二极管的平均电流分散度不能超过其最大值。你也能够注意到发光二级管的电流最大值没有被超过。所有这些参数都能够在发光二极管数据清单上找到。 发光二极管可以用一个简单的晶体管电路来驱动，为了达到这个目的，必须选择合适的高能成型晶体和转换速度。电阻值的大小可以通过欧姆定律计算得到。记得发光二极管的理论电压将近降低1.1V 上图所示的普通驱动器有一缺点，随着电池电压的降低，通过发光二极管的电流也会减弱，这是因为它能够覆盖一小段控制距离。发射器后随电路可以避免这种情况，晶体管

6、底部的那两个二极管系能够降低脉冲至1.2V。由于发射器0.6V的恒定振幅，二极管底部的发射器电压降低0.6V。这种通过定值电阻的恒定振幅是由于大量的电流脉冲（形成的），通过发光二极管的电流也可以通过欧姆定律计算得到。接收器： 市场上有许多不同的接收器，选择（接收器）最重要的标准是它使用的调制频率以及在其使用领域的实用性。 上图所示的是这种红外接收器的典型图表。如果你不理解这部分内容，请你不要惊慌，因为（接收器的）任何部分都是由简单的电子元件构成的。接收的红外信号是图表左边的红外探测二极管提取的。信号是在前两阶段被放大和调节的。调节器（limiter:限制者，限制物）在忽略手持机的距离的情况下充

7、当AGC电路（的作用）来得到恒定的脉冲电频。只有当交流电信号发送到滤波器，滤波器才会调制手持机单元的频率。电子消费品的普通频率在30赫兹到60赫兹之间。接下来的部分是探测器，集成块，和对比器，这三块的目的是探测调制频率的存在。如果这种调制频率出现，综合器的输出端将会发出低声响。 我前面说过，所有这些部分都集成到一个独立的电子元件上。市场上有很多不同的制造商制造的这种元件。大多数设备都适用于这些能协调特殊调制频率的版本（的元件） 请注意放大器放大的信号量非常大，因此这个系统很容易发生振荡，安装一个接近接收器电路的至少22uf的电容能强行减弱电线的震波。一些数据显示供电系统中（安装）330欧姆的电

8、阻能够更进一步减弱它后面供电电路的振波。 市场上有几家红外线接收器的制造商，Siemens,Vishay 和Telefunken 是欧洲市场的主要供应商。Siemens有它的SHF506-xx系列，xx表示调制频率，有30，33，36，38，40或者56kHz. Telefunken有它的TFMS5xx0和TK18XX系列。Xx还是表示设备的调制频率。似乎这些已经过时了，它们已经被Vishay的TSOP12xx，TSOP48xx和TSOP62xx产品系列所取代。日本夏利普厦门华联和日本电器是亚洲三大红外接收器制造商。夏利普的产品名很神秘（？），像GP1UD26xK和GP1U28xK，其中x和调

9、制频率有关系。华联有HRMxx系列，像HRM370和HRM3800。日本电器产品的名字里面没有包含调制频率，PIC12042LM可以调谐到36.7赫兹，PIC12043LM可以调协到39.7赫兹。 结尾：这里推论出应用在电子消费品的红外遥控系统的操作理论，我知道也存在其他的实现红外摇控的其他方法，但我的描述仅限于前面所述。其中没有提及的一个观点是安全，假如我想控制录像机和电视机的话安全问题不是很重要，但是如果我要开门或者开汽车，它就会变成一个关键特征点了。这个观点我可能在后面提及而不是现在。 我也知道我这里所列的产品制造商很有限，我不可能把每一家制造商都罗列在此。 这几页只描述了红外摇控操作的

10、基本理论，并没有描述发射器和接收器之间的连通协议。有好多协议是制造商设计的，你可以在首页链接部分找到一些制造商的的协议。美国国际电话电信公司协议：(ITT)ITT红外线协议是非常旧的一个协议，它不同于其他的协议是因为它在发射红外信号时不使用调制载波频率，每发射一个单独的命令，一共脉冲14次，每次的波宽为10uf。命令会根据脉冲之间的距离被译成电码。 这个协议非常可靠，而且用电量很小，从而能够保证电池较长的寿命。 欧洲好多牌子的电子消费品都用这个协议，它们中间有美国国际电信电话,Greatz,Schaub-Lorenz,Finlux,Luxor,Salora,海洋公司以及诺基亚公司，能够列出公司

11、名称的并不多。 特征： .每个信号只有非常短的14个红外脉冲。 .脉冲距离电码翻译。 .电池寿命长 .4位地址，6位指令 .自动校准时间，发射器仅需要一个摇控振荡器。 .远距离传输，传输一个信号仅需1.7ms到2.7ms .制造商是Intermetal,现在是Micronas.协议：一个红外信号是通过发射14个脉冲来传输的，每个脉冲长10uf。信号通过需要三个不同的时间间隔，逻辑0需要100uf，逻辑1需要300uf，信号导入和导出需要300us。接收器所用的预脉冲是用来发射放大增益的，滞后300uf跟着信号的导入，在这之后发出起始脉冲（starting pulse）。发射的第一位通常是时间间

12、隔为100uf的逻辑0。这个起始位（start bit）可以用来校准接收器的计时，在起始位之后跟的是能够描绘信号地址的4位。在此之后传输的是共计6位的指令信号，指令信号之后应该跟着一个trailing（托尾的，被拖动的）脉冲。在最后的脉冲之前跟着的是另外300uf的间隔，它起着导出的作用。接收软件能够检查到很少的东西来校准被接收信号的合法性。导出时间间隔应该是导入时间间隔（100uf）的三倍之多，逻辑0的位长倍数不应该偏离起始位长的20。逻辑1不应该偏离起始位长的2倍。在接收到最后脉冲的360us之后不要等待脉冲，因为你要等更长得时间得话很有可能是传输（发射）被打断或者根本没有传输（发射）发生

13、。预脉冲仅仅用于AGC,因此很有可能被接收软件忽略，信号的解码应该在起始脉冲（start pulse）开始。地址和命令：一个控制信号分为4位地址和6位指令两组，地址的范围是从1到16，指令的范围是从1到64，在地址和指令发送之前，它们的值分别减1，范围变为从1到15及从1到63。地址一般成对使用，成对的地址值的范围是从1到8（实际上是从0到7），反向计算器部分（inverted counter part）的值是从16到9（实际上是从15到8）。按下按钮的时候较低的地址值被第一次传输，后续的地址值在按钮松开之前都是第一个地址值的相反数，这就使得接收器能够正确地通译（interpret:解释，说明

14、，口译，通译，认为是.的意思）重复的代码。信号每隔130ms重复一次，跟按钮保持按下状态的时间一样长。发射器：Intermetall公司已经在手持机的使用中发展了一些发射器集成电路，之后微型控制器的使用使得电视机、录像机和SAT组合可以方便利的通过一个手持机遥控。SAA1250是发明的第一代红外遥控集成电路。通过设置它可以产生三个不同的地址对。第四个选项是发射任何16位的地址，这个选项很少使用，因为每次失电的时候它需要一个手动调整程序。第二代红外摇控集成电路是IRT1250和IRT1260，这些芯片在操作上是一样的，不同的是仅仅是使用电压。IRT1250的设定电压是9V，而IRT1260的设定

15、电压是3V。IRT12X0的footprint（脚印，痕迹）跟SAA1250相同，不同的是输出阶段的地址输出能力和驱动电流的大小。两个地址销使得地址能够成对发送。【附表】地址1和16通常用于电视设备的控制，其它地址对通常不是单独地连接到特殊设备组合里面。接收器美国国际电信电话公司协议不使用调制调节载波信号，因此前面提及的红外接收器对这个协议不起作用，Intermatall公司使用这个协议已经生产了TBA2800并且投入使用，这是一种非常敏感的载波电路,它应该用一个接地的金属盒子完全屏蔽起来,盒子前面只为红外线二极管留一个小孔.这是一个几乎没什么可说的的集成电路,照上图所示的连接起来就可以运行了

16、.你可以在正常的输出端和反向输出端进行选择,它主要取决于你所使用电路的(rest)休息情况.通过别在地上的6个10k的电阻器可以减小敏感性.预定义命令:一些位的命令是预定义的,可惜的是命令的定义不像RC-5那样清楚.你可以在下表中找到应用在电视里面的预先定义命令,电视命令用的是地址队1和16.【附表】NEC协议:NEC公司已经发展我这里所描述的有关知识，我在网上已经看到了非常相似的协议描述，在那里那个协议叫做日本版本（Japanese Format）。我承认我不太清楚到底是谁发展了我描述的协议，但我知道这个协议在我原来由夏利普公司制造、在Fisher的名义下在市场上销售的录像机中已经使用，遥控

17、IC(集成电路、指令计数器)由NEC公司制造。这段描述摘自录像机的服务手册。特征：.八位地址八位指令长度.可靠期间整个地址和指令传输两次.脉冲距离调节.载波（信号）频率为38kHz.二进时间为1.12ms或者2.25ms调制： 【图表】 NEC公司协议使用二进制的脉冲距离译码。每个脉冲长560us,38赫兹的在比脉冲（大概21周波）发射逻辑1需要2.25ms，而发射逻辑0需要1.12ms。推荐使用的载波周期是四分之一或者三分之一。协议： 【图表】上图所示的是NEC公司协议里一个典型的载波阵列，在这个协议里最先发射的是LSB，这种情况下地址$59和命令$16被发射。一个信号的发射是通过一次9ms

18、的AGC脉冲，这个AGC脉冲是用来发射初始红外接收器的大量信息（gain）.这个AGC脉冲后面时一段4.5ms的间隔，再后面是地址和命令，地址和命令发射两次。然后所有的二进制码会被反向，这样能用来检验接受倒伏然信息。整个的发射时间是恒定的，因为每个二进制码以它反向的长度重复。如果你对这个可靠性不感兴趣，你可以忽略其反向值，或者你可以放大地址和命令的值至16位。即使遥控器上的按钮一直按着，一个命令只会被发射一次。每隔110ms一个重复码会被发射，它跟按钮按下去的时间一样长。这个重复码仅仅是一个9ms的AGC脉冲，它后面跟着一段2.25ms的间隔和560ms的脉冲。【图表】事例命令:下表列出的是我

19、的高级Fisher530录像机遥控器发射的信号。诺基亚 NRC17协议：诺基亚摇控协议用17位的二进制码发射红外线命令，这也解释了这个协议的名称。这个协议是为诺基亚电子品消费者设计的。它在前几年诺基亚生产电视机和录像机的时候有所应用。诺基亚的姐妹品牌像Finlux和Salora也用这个协议。 特征： 八位命令，四位地址，四位字码长度。 双段译码。 二进制时间为1ms。 能够指示电池电量低。 诺基亚CE制造。 调制： 这个协议采用38kHZ的双段调节红外载波频率。协议里所有的二进制码的长度都是1ms，其中有一半的二进制时间有38khz的载波脉冲，另外一半没有。逻辑1在前一半二进制时间里以脉冲的方

20、式呈现，而逻辑0在另一半二进时间里以脉冲方式呈现。38kHZ的脉冲载波频率为1/4，可以减少电能消耗。协议： 下图所绘的是一个典型的NRC17信息的脉冲序列，这个例子传输指令$5C到地址$6字码$1。 【图表】第一个脉冲叫做pre-pulse(pre_是.之前的意思)，它由一个500ms的脉冲后加2.5ms的暂停组成。之后初始位被传输，也就是通常所说的逻辑1，这个脉冲能够在接收器那边校准二进时间，因为脉冲时间正好是一个二进时间的一半。接下来的8位显示的是开始和LSB一起发送红外指令。这个指令后面跟的是一个4位的设备地址。最后传输的是一个可以看作是地址位延伸的4位字码。一条信息是由一个3ms的p

21、re-pulse和各自1ms的17位，这样每条信息合计20ms。 【图表】每次按下遥控器上的一个按钮，一个包含$FE命令和$FF地址/字码的开始信息就会被传输，实际上信息是40ms之后发送的，而且在遥控器的按钮按下的这段时间这个开始信息每100ms重复一次，当按钮松开时，终止信息就会完成这个序列，终止信息也用命令$FE和地址/字码$FE。由于开始信息和终止信息，接收器终端的每个序列可以被看成是一个独立的序列。这个程序可以有效消除按键意外的弹跳。接收器可以决定是否honour(尊敬，给予荣誉)重复的信息。例如，指针会重复运动直到按钮被按。Numerical inputs better dont

22、allow auto repeat.电池电量低：NRC17协议能够给遥控器提供一种能够提示接收器电池电量变低的方式。接收器会在电视屏幕上显示一条信息来告知用户遥控器的电池需要更换。预定义命令：我这里只有一个小的预定命令义列表。我那协议里没有更多的详细说明。请注意SAT命令的地址仅仅为接收器的类似物（不太通顺）提供。 【图表】日本夏普公司协议我有不多的一些关于这个协议的资料。它用在夏普公司生产的录像机里，这也是我给夏普公司协议起此名的原因所在。特征： .8位命令，5位地址长度 .脉冲距离调节 .38kHZ载波频率 .二进制时间为1ms或者2ms调制：夏普协议采用二进制的脉冲距离译码。每次脉冲是一

23、个长320us38HZ的载波脉冲（大约12周波），传输逻辑“1”花2ms，传输逻辑”0”花1ms。推荐载波dutycycle（1.工作【负载】循环2.占用因数3.填充系数）为1/3或者1/4.协议: 【图表】在以上图表中你可以看到一个发送命令$11和地址$03的典型脉冲序列。首先发送的是五位地址，然后是8位指令。在两种情况下首先发送的是数据的LSB。我不知道指令后面的扩展位和检验位的目的，扩展位和校验位都附在我手边的 那个例子里。一个完整的指令序列包含两条信息。第一条信息的传输基本上如上如上所述，第二条信息跟在第一条信息之后40ms而且基本包含相同的内容。仅有的不同点是除了地址域的所有二进制码

24、是反向的。通过这种方式接收器能够检验接收到的信息是否可靠。索尼SIRC协议：我从网上收集和整理了一些关于索尼SIRC协议的资料。我从来没有涉及过这个特殊的协议方面的工作，所以我不能肯定这些资料对所有各种情况都有效。这个协议似乎存在三个版本，12位的，15位的和20位的版本，我可以假定15位的和20位的版本的区别仅仅在于传输每个命令序列的位数有所不同。请注意在互联网上有很多混乱的关于SIRC的文件。直到有一定SIRC经验的人告诉我我的错误时我还在假定我自己找的源文件是正确的的基础上研究整理这些混乱地文件。我用普通遥控和数字存储示波器两种方法检验了他给我指出的错误，结果我发现我备有证明文件的位数和

25、词序都是错误的。这页的协议信息是根据我自己测量所得，现在应该是正确的。特征：.存在12位，15位，20位三种协议版本（本文用12位来描述）.5位地址和7位命令长度（说的是12位的协议）.可调制脉冲. 40kHZ载波频率. 二进制时间为1.2ms或者0.6ms.调制：SIRC协议采用脉冲宽度（也即脉冲持续时间）来译码。脉冲以时长1.2ms频率为40kHZ的载波形式呈现逻辑“1”，随后呈现的逻辑“0”的脉冲宽度为0.6ms。整个脉冲用0.6ms的时间间隔距离分开。被推荐的载波工作（负载）循环为1/4或者1/3.协议 【 图 】上图所示的是一个典型的SIRC协议的脉冲序列，在这个协议里LSB首先被发

26、射。初始脉冲的宽度一般是2.4ms，随后的是0.6ms的标准间隔。 初始脉冲除了发SIRC信息的开始信号外也用于调整红外接收器接受的大量信息。然后是发射一个7位的命令，随后是一个5位的设备地址。在这种情况下地址1和命令19被发射。在遥控器按钮按下的时候命令每45ms（从一个命令的开始到下个命令的开始时间）重复一次。示例命令下表列出的是一些索尼公司发送的12位的遥控协议。这个单子绝对不是很完整的，因为协议功能的分配是动态的（as the assignment of function is probably quite dynamic） 【表格】飞利浦RC-5协议飞利浦RC-5可能是嗜好者用的最多

27、的协议，原因可能是它在廉价协议中的实用性是最广泛的。此协议为不同类型的设备定义，从而保证了整个娱乐系统的兼容性。最近飞利浦开始应用一个有更多特征的新的协议RC6特征.五位地址六位命令长度。.双相译码。.二进制时间为1.8ms。.飞利浦制造。调制协议采用36kHZ载波频率进行双相调制，这个协议里所有的位长都是1.8ms。其中一半的二进时间里有36khz的载波脉冲，另外一半时间是空闲的。逻辑“0”在开始的一半二进时间里以脉冲的形式呈现，逻辑“1”以脉冲的形式在后半部分二进时间里呈现。36khz载波频率的脉冲比率为1/3或者1/4，可以减少电耗。协议下图所绘的是一个典型的RC-5脉冲序列的信息，图例

28、中是发射命令$35到地址$05。开始的两次脉冲都是初始脉冲，而且都是逻辑“1”。请注意有一半的二进时间会在接收器发现信息真正开始发送之前消失。扩展的RC-5仅仅用在初始位。S2位发射到命令位6，总共供给7个命令位。第三位是固定位，这个位在每次按键松开和再按下的时候是反向的。通过这种方式接收器能够区分按键是一直处于按下状态还是反复按下-松开。接下来的5位显示的是跟初始发射的最高有效位一起发射的红外设备地址。地址后面跟的是6位指令，这个指令又和最高有效位开始一起发射。一条信息一共由14个位组成，合计25.2ms，有时候一条信息显示的时间或许短于25.2ms，这是因为初始位S1的前半部分处于停顿状态（不计时间）。另外，如果信息的最后位是逻辑“0”，信息的最后半位也是停顿的（空闲的，不计时间）。只要按键按下去，信息会每114ms重复一次，固定位在这些重复的信息期间保持同样的逻辑状态，直到这些信息到达接收器软件的时候，才能解释这种自动重复的特征。 附录：预定义命令：飞利浦已经创作出了一个很完美的“最标准”命令集。这就保证了在同一个牌子的设备间的兼容性。一个非常有趣的特征（经常被其它品牌遗漏）就是下表中大多数设备可用两次，它允许两个录像机相互叠加起来而没有错误地址，而这两个录像机中你只遥控一个即可。我只能出示一个一个有限的标准命令集，因为下表所列的是我目前知道的所有的命令。-