红外接收系统的设计和应用 - 图文

红外接收系统的设计和应用

摘要:本论文主要探讨了红外接收系统的在日常生活中的应用，主要目的是实现遥控器的一个远距离红外操作，把当今应用最为广泛的红外技术以及遥控器结合在一起，主要是利用基于HOT51开发板上的的PC838红外接收头，STC90C51芯片以及6122遥控器来完成一个发射信号，接收信号，以及最终显示数字信号的的过程。利用6122遥控器发射红外光信号，通过PC838红外接收头接收光信号并且经过STC90C51芯片对信号进行放大，解码等一系列的操作，将红外光信号转化为数字信号并且把转化的数字型号发送给数码显像管，最终达到在遥控器上按下某一个数字键，数码显像管上就会显示出相对应的数字的效果。

本课题较好地完成了预期的设想，设计并实现了系统的硬件电路，完成了系统软件的编写和调试。对于显示的功能已经基本可以实现。 关键词： 红外遥控； PC838； 数码显像管；6122遥控器

Design and application of infrared receiving system

Abstract:This paper mainly discusses the infrared receiving system used in daily life, the main purpose is to realize the remote control of a remote infrared operation, the application of the infrared technology widely and remote control together, mainly the use of HOT51 development board PC838 infrared receiving head based on STC90C51 chip, and 6122 the remote control to complete a transmitted signal, the received signal, and finally shows the process of the digital signal. Using 6122 remote controller emitting infrared signal, receiving head through the PC838 infrared receiving the optical signal and through the STC90C51 chip is to amplify the signal, decoding and so on a series of operations, the infrared signal into

digital signal and send the digital imaging digital models to send into tube, to press one of the number keys on the remote controller, digital tube displays the corresponding digital effect.

This paper achieved the idea, design and implementation of the hardware circuit of the system, the design of system software and debugging are completed. The display function can realize.

Keywords: control

nfrared remote control; PC838; Digital display tube; 6122 remote 目录

1 绪论 ........................................................................................................................................... 1 1.1 课题背景 ............................................................................................................................ 1 1.2 红外遥控系统的特点及原理 ............................................................................................ 1 1.2.1 红外线概述 ................................................................................................................. 1 1.2.2 红外线的辐射源区 ..................................................................................................... 2 1.2.3 红外遥控技术的特点及应用范围 ............................................................................. 2 1.2.4 红外遥控技术的基本原理 ......................................................................................... 3 1.3 遥控器的发展历程 ............................................................................................................ 4 1.4 遥控器未来的发展趋势和前景 ........................................................................................ 5 1.5 本课题的大致研究内容 .................................................................................................... 6 1.5.1 研究目标 ..................................................................................................................... 6 1.5.2 研究意义 ..................................................................................................................... 6 1.5.3 研究思路 ..................................................................................................................... 6 1.5.4 研究难点 ..................................................................................................................... 7 1.5.5 研究进程安排 ............................................................................................................. 7 2 实验设计 ................................................................................................................................... 8 2.1 实验总体方案 .................................................................................................................... 8 2.2 系统各部分原理 ................................................................................................................ 8 2.2.1 红外遥控及无线电遥控技术的主要组成部分 ......................................................... 8 2.2.2 系统概述以及功能详解 ........................................................................................... 10 2.2.3 系统编码详解以及系统流程图解析 ....................................................................... 11 2.2.4 6122遥控器原理及系统框图 ................................................................................ 13 2.2.5 6122遥控器的功能说明 ........................................................................................... 15 2.2.6 PC838红外接收头工作原理 .................................................................................... 18 3 系统的工作步骤及操作 ......................................................................................................... 20 3.1 发射端和接收端的工作及实现 ...................................................................................... 20 3.1.1 遥控发射器及其编码 ............................................................................................... 20 3.1.2 接收器及解码 ........................................................................................................... 21 3.1.3 遥控器可能会受到的干扰及解决设想 ................................................................... 21 3.1.4 一般遥控器故障部位的鉴别方法 ........................................................................... 21 3.2 整机的实物图及实验结果 .............................................................................................. 22 3.2.1 实验步骤及步骤实施情况 ....................................................................................... 22 3.2.2 实验结果以及分析 ................................................................................................... 24 4 实验经验，总结 ..................................................................................................................... 27 4.1 难点和经验总结 .............................................................................................................. 27 4.1.1 难点 ........................................................................................................................... 27 4.1.2 经验总结 ................................................................................................................... 27 心得 ............................................................................................................................................. 28 致谢 ............................................................................................................................................. 29 参考书目 ..................................................................................................................................... 29

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1 绪论

1.1 课题背景

红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段，红外遥控是一种无线、非接触控制技术，红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成，利用遥控发射器发射信号，接收头就开始接收外来红外信号，同时将其转换成电信号，然后经过检波、整形、放大，再由CPU定时对其采样，将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位，分别存放到指定的存储单元中去，供以后对该设备控制使用。

自从1800年英国天文学家F·W·赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始，红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统，机载轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段，有些已小批量生产，但都未来得及实际使用。此后，美国、英国、前苏联等国竞相发展。特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。红外技术作为一种高技术，它与激光技术并驾齐驱，广泛应用于工业、农业、医学、交通等各个行业和部门。同时，除了在军事，航天，医学，农业等领域方面的应用之外，红外技术也被引用进入了人类生活的各个领域，其中就包括人们的日常生活中的红外遥控技术。

如今的时代已经是信息时代，人们在各行各业做的任何工作都依靠着先进的电子产品来规划和实现他们的思想，包括工作之外的娱乐，生活都要用到电子产品，例如生活中的日常家电之类。这要操作这些东西就要引入一个控制的概念。通过某些遥控装置或者遥控器使用红外技术进行对电子产品的远程操控，这一技术大大的省略了人们亲力亲为的繁琐流程，给人们的生活带来了极大的便利。

1.2 红外遥控系统的特点及原理

1.2.1 红外线概述

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外

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线。也可以当作传输之媒介。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l000μm 之间。

红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um~1000um。根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光(线)，波长为0.76um~1000um的光波为红外光(线)。红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。 1.2.2 红外线的辐射源区

（1） 白炽发光区

Actinic range，又称“光化反应区”，由白炽物体产生的射线，自可见光域到红外域。如灯泡（钨丝灯，TUNGSTEN FILAMENT LAMP），太阳。

（2） 热体辐射区

Hot-object range，由非白炽物体产生的热射线，如电熨斗及其它的电热器等，平均温度约在400℃左右。

（3） 发热传导区

Calorific range，由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200℃，此区域又称为“非光化反应区”（Non-actinic）。

1.2.3 红外遥控技术的特点及应用范围

远程遥控技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。

由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套要有不同的遥控频率或编码，所以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电

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设备。

随着家用电器、视听产品的普及，自动化办公设备的广泛应用和网络化的不断发展，越来越多的产品具有了待机功能（如遥控开关、网络唤醒、定时开关、智能开关等）。产品的待机功能实现遥控操作，极大地方便了我们的生活，但也浪费了大量的能源。中国节能产品认证中心（CECP）调查显示，全球每个家庭处于待机状态下的家电相当于亮着一个15 W～30 W 的长明灯，仅一台彩电每年在“无用待机状态”下浪费电力近100°，在我国彩色电视机待机一项一年就浪费电力150 多亿度，相当于十几个大型火力发电厂白白发电。澳大利亚电器设备能源委员会新近的研究成果显示，不仅会耗费可观的电能，每月支付数额不小的“冤枉电费”，而且其

释放大量有害气体二氧化碳在一定程度上加速了气候的变暖。利用本系统可以良好的达到节能和环保的效果。同时在家庭或工业控制现场，一些手动操作不太方便的场合，可以使用现有遥控器通过设置代替手动操作，比如可以利用家中现有的彩电遥控器，控制其它没有遥控功能的电器（如电灯、计算机、音响、电脑、打印机、饮水机、热水器等），方便生活。

1.2.4 红外遥控技术的基本原理

红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成，遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。

红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。

发射机一般由指令键、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。

接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制。

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图1.1红外遥控系统引脚图 图1.2 引脚中文图

图（1.1）和图（1.2）为红外遥控系统接收端的引脚图。

1.3 遥控器的发展历程

遥控器是一种用来远程控制机械的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。

最早的遥控器之一，是一个叫尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）(1856-1943)的发明家（他曾经为爱迪生工作，同样被誉为天才发明家）在1898年时开发出来的。

最早用来控制电视的遥控器是美国一家叫Zenith的电器公司（这家公司现在被LG收购了），在1950年代发展出来的。一开始是有线的。1955年，该公司发展出一种被称为“Flashmatic”的无线遥控装置。但这种装置没办法分辨光束是否是从遥控器而来，而且也必需对准才可以控制。1956年罗伯．爱德勒（Robert Adler）开发出称为“Zenith Space Command”的遥控器，这也是第一个现代的无线遥控装置，他是利用超声波来调频道和音量，每个按键发出的频率不一样，但这种装置也可能会被一般的超声波所干扰，而且有些人及动物（如狗）听得到遥控器发出的声音。

图1.3 早期的遥控器

直到1961年，多功能遥控器的设想终于成为了现实。来自于美国的RCA Victor公司生产出了全球第一款无线遥控器，这款无线遥控器虽然外观比较粗糙，但是在功能方面，绝不输给后来的一些老遥控器产品，像常用的切换频道、声音大小调整、以及色彩、亮度等调节功能都具备。

在1980年，发送和接收红外线的半导体装置开发出来时，红外遥控器就慢慢取代了超声波控制遥控器。此后，红外遥控器就诞生了。红外线遥控是利用近红外光传送遥控

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指令的，波长为0.76um~1.5um。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。

图1.4 SONY早期的遥控器

2007年，索尼率先在其BRAVIA系列中开始采用新型的RF射频遥控器，预示着未来进入RF射频遥控器领域的无线通信标准。RF射频遥控器改变的并不是只是物理层介质，是以物理层的变更为开端，遥控器的形状、按钮种类、控制对象的种类等各个方面都可能发生改变。

1.4 遥控器未来的发展趋势和前景

由于目前主流的红外遥控的耗能大的问题，所以未来的遥控器的发展方向更加趋向于节能这一环节。蓝牙低功耗就可以解决这种问题。蓝牙低功耗架构实现了全新的用户体验，它有两种主要技术优势：极稳健的低功耗射频技术和基于服务的数据模型。

采用蓝牙低功耗技术的遥控器，消耗功耗仅为类型红外遥控器的10%甚至更低。发送一个单按键指令，射频传输仅需1毫秒，而一个标准的红外线遥控器则需约25毫秒。红外线遥控器带有一个高功耗的LED，而LED打开的时间明显较长，但却无法达到可靠或稳定的自适应频率调节以快速确认射频传输。采用蓝牙低功耗不仅仅意味着遥控器电池可以用更长的时间，一般遥控器电池的平均寿命约为2年，现在采用蓝牙低功耗的遥控器电池就能用上20年。这还意味着日后可以使用更小型的电池，在节省遥控器成本的同时，遥控器的大小和形状也可以有明显的变化，不再受制于感应位置、7号电池的大小和顶部的红外线窗口。从此可以拥有符合人体工学的遥控器 ——更薄且更优雅的造型。

目前，电视和其他设备处于待机状态时仍然需要为红外线接收器供电，并不是真正的关机。由于蓝牙低功耗所需功率极低，即使设备处于待机模式也可以完全切断主电源，使用一个小型充电电池或电容器就可以保持蓝牙低功耗射频的运行。在待机模式下，低

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功耗技术在消费电子设备的功耗接近于零，但仍然能够与低功耗的遥控器通讯，没有其它方法可以成就如此低功耗的运行模式。

最后，蓝牙低功耗架构令所有遥控器均使用同一标准设置的遥控代码，不再需要代码本。每个遥控器带有一个标准的通用操控服务，包含所有需要操控设备的代码。通过单一遥控器就能直接发送各项遥控代码到正确的设备，从而实现同时操控多个设备。更智能的遥控器会根据不同的按键指令而自动切换电视频道，控制播放音量，播放 DVD等。

由于蓝牙低功耗是一种双向传输技术，数据不仅可以从遥控器传送到所控制的设备，也可以从设备回传给遥控器。遥控器可以知道哪些设备处于开启或关闭状态，也知道哪些设备是控制音量和播放媒体的，还会在使用指定设备时选择适当的电视频道。蓝牙低功耗所采用的服务数据模型，使各设备能传送出它们的数据。在遥控器的电池需要更换时电视屏幕会显示信息，这都是因为一种标准方法可以报告低功耗设备的电量水平。 蓝牙低功耗是下一代遥控器的明智选择。它提供了低功耗模型，令遥控器的大小和形状可以从根本上实现全新设计。蓝牙低功耗的稳健性使每次按下遥控器的按钮都能成功发出指令，以操控设备。

当然，蓝牙低功耗也用于手机、平板电脑和其它家用设备，这也意味着它们还可以作为遥控器使用。当集成到家用自动化系统时，点击手机就可以播放DVD，手机不仅将与所有的设备做正确配置，还能关闭窗户和调暗灯光或提升房间温度，带来真正浪漫的体验。只有蓝牙低功耗可以提供这种家庭自动化，消费电子和移动设备的全面集成。

1.5 本课题的大致研究内容

1.5.1 研究目标

本课题主要使用STC90C51单片机，结合大学期间所学过的电路，模电，数电，51单片机，嵌入式等知识来完成一个多功能的红外遥控器，主要可以实现在数码显像管和液晶显示屏上数字解码和显示以及完成对音量的遥控控制。

1.5.2 研究意义

本课题主要的任务是把红外接受传感技术和遥控器结合起来，通过6122遥控器作为发射端发送信号到PC838红外接收头并且最终通过90C51芯片完成红外解码工作最终使得数码显示管上显示出相对应的数字。通过这个课题使我能够对当今的主流遥控技术有一个大致的了解和认识，并且也为今后更深入的研究工作做了一个良好的开端。 1.5.3 研究思路

1. 了解本次课题所需的STC90C51芯片的基本原理，大致原理图以及工作范围。

2. 就课题要用到的PC838红外接收头和WD6122遥控器以及数码显示管的大致工

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作原理，引脚图，引脚功能等进行一个完整的理解和认识。

3. 理解和弄清遥控器所代表的发射端和红外接收头所代表的接收端，显示屏之间的联系

4. 编写程序使信号通过遥控器发送到接收端并且最终转化成数字显示在数码显像管上。

5. 对显示屏解码和显示数字功能进行测试 6. 整体进行调试。

1.5.4 研究难点

1.要实现解码显示功能要进行大量编程。

2.开发板的条件限制使得能够实现的功能比较单调。

1.5.5 研究进程安排

2012～2013年第二学期1～4周：基础知识回顾，课题方向把握； 2012～2013年第二学期5～12周：投入课题设计研究； 2012～2013年第二学期13～15周：撰写论文及修改； 2012～2013年第二学期：16周准备毕业答辩

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2 实验设计

2.1 实验总体方案

图（2.1）为总体框图

图2.1 红外遥控系统的整体框图

整个系统包括接收端和发射端两个部分，如图（2.1）所示。其中遥控器键盘为系统的发射端，红外线接收模块为系统的接收端。信号由遥控器发射端发射出去，经过红外接收头接收并且经过信号放大，转换，解码，最终转换为数字信号显示在显示屏上。

系统包括了模拟和数字两块，发射端为模拟部分，接收端接收发送出的模拟信号通过A/D转换，转换成数字信号最终以数字的形式显示。

2.2 系统各部分原理

2.2.1 红外遥控及无线电遥控技术的主要组成部分

常用的红外线遥控系统一般分发射和接收两个部分。

发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。

红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。

红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。

在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

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成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz陶振来决定的。 在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

多路控制的红外遥控系统多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地在接收端有不同的输出状态。

接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其它如调光、调速、音响的输入选择等。

“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。

一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。

无线遥控器是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门，电动门、道闸遥控控制，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居等领域得到了广泛的应用。 常用的无线电遥控系统一般分为发射和接收两个部分。 发射部分一般分为两种类型，即机遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接 线桩头；而遥控模块在电路中一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥

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控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、物尽其用，但使用者必须真正懂得电路原理，否则还是用遥控器来得方便。 接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与朝再生接收方式。朝再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇状态下的再生检波电路。超外差解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频（一般为465KHz）信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。 无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz遥控器使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。我国的开放频段规定为315mHz，而欧美等国家规定为433mHz，所以出口到上述国家的产品应使用433mHz的遥控器。

无线电遥控电遥控常用的编码方式有两种类型，即固定码与滚动码两种，滚动码是固定码得升级换代产品，目前凡有保密性要求的场合，都是用滚动编码方式。固定码的编码容量仅为6561个，重码概率极大，其编码值可以通过焊点连接方式被看出，或是在使用现场用“侦码器”来获取，所以不具有保密性，主要应用与保密性低的场所，因为其价格低所以也得到了大量的应用。 工业无线遥控技术是通过无线发射器将操作指令经数字化编码、加密后以无线方式传递给接收系统，接收系统经解码转换后实现对各种机械设备的控制；在强磁场、强电场及无线电信号复杂的环境中有百分之百抗干扰能力。 2.2.2 系统概述以及功能详解

红外线的光谱位于红色光之外， 波长是0.76～1.5μm，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。

红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收。 （1）调制

红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源 功耗。

图2.2 红外遥控的载波频率

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调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图（2.2）所示，这是由发射端所使用的 455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。

（2）发射系统

目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片 的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有 足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常 一点误差可以忽略不计。

红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。

图2.3 LED驱动电路 图2.4 LED驱动电路

如图（2.3）和图（2.4）是LED的驱动电路，图（2.3）是最简单电路， 选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向 电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。

图（2.3）电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图（2.4）所示的 射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右， 发射极电流IE基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥 控距离。

2.2.3 系统编码详解以及系统流程图解析

遥控编码脉冲信号（以ppm码为例）通常包括三大部分，即引导码（起始码）、系统码（即识别码，用户码或设备码）和功能码（键位数据码）。各组成部分与结构情况简介如下。

（1）引导码

红外接收系统的设计和应用 12

引导码也称引导脉冲，一般由高电平1和低电平0的脉冲组成，二者的宽度之比可为1：1，占9ms时间，也可为2:1，占13.5ms（宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成），也可能有其他组成情况。引导码的主要作用类似于穿行通信中的同步脉冲，用来标志遥控编码脉冲信号的开始，使遥控接收器能由此判断出所接收的信号是干扰还是系统的遥控代码。

(2) 系统码

系统码也称用户码、识别码、设备码，通常由8位原码和8位反码组成。它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。这种码是由生产厂商自行规定的，各厂均有不同，出厂时已经设置好，用户难以更改。这是不同遥控器不能通用的主要原因。

(3) 功能码

功能码也称键位数据码。它与键盘的键位相对应，由它传送所需要的遥控信息。功能码通常也是由8位原码和8位反码组成。反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中是否产生差错。

(4) 遥控指令码

遥控指令码要经过脉冲调制才能形成最终的发射用码，调制的主要目的是为了降低红外发射管的功率损耗，提高发射效率，防止与削弱日光灯等光源的闪烁干扰。

红外接收系统大致可以分为发射端和接收端两个部分，以下为两个部分的流程图： 发射端接收端流程图:

图2.5 发射端流程图

红外接收系统的设计和应用 13

图（2.5）为整个遥控系统的发射端流程图，从图中可知，当按下遥控器的某一个按键时，相应的模块就会检测是否有按键按下时给出的信号，如果没有检测到的话则会重新返回上一步操作，当检测到有信号输入时，发射端遥控器就会扫描相应程序并且把信号发射出去。

图2.6 接收端流程图

图（2.6）为系统的接收端流程图。当发射端遥控器发出信号时，接收端就会检测发射端是否有信号发出并且时候接受到已发出的信号，如果检测收到发射端传来的信号接受端则会把信号进行处理，放大，解码等一系列的操作最后转化为相应的数字显示在数码显示管上。

2.2.4 6122遥控器原理及系统框图

WD6122 芯片是通用红外遥控发射集成电路,采用CMOS 工艺制造,最多可外接64个按键,并有三组双重按键。封装形式为SOP-24和SOP-20。

（1） 遥控器特点 低压CMOS 工艺制造 工作电压范围宽

通过外部接法最多可产生65536种用户码 可通过SEL管脚选择，最多可支持128+ 6条指令码

SOP-24、SOP-20、COB封装形式可选

红外接收系统的设计和应用 14

（2） 应用范围

VCD、DVD 播放机、电视机、组合音响设备、电视机顶盒 （3） 6122遥控器结构框图

图2.7 6122结构框图

如图（2.7）所示，外围都为遥控器的按键输入，输入的信号经过内部的处理转化为光信号通过输出电路输出。

（4） 6122遥控器管脚图及管脚说明

图2.8 遥控器的管脚图

管脚说明：

红外接收系统的设计和应用 15

表2.1 遥控器的管脚说明

2.2.5 6122遥控器的功能说明

（1） 编码方式

WD6122 所发射的一帧码含有一个引导码，16位的用户编码和8位的键数据码、键数据码的反码也同时被传送。码型结构如图（2.9）所示：

图2.9 6122遥控器的码型结构

引导码由一个9ms的载波波形和4.5ms的关断时间构成，它作为随后发射的码的引导，这样当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收与检测及其它各项控制之间的时序关系。编码采用脉冲位置调制方式（PPM）。利用脉冲之间的时间间隔来区分“0”和“1”。每次8位的码被传送之后，它们的 反码也被传送，减少了系统的误码率。

（2） 6122遥控器的键盘矩阵

红外接收系统的设计和应用 16

图2.10 遥控器的键盘矩阵

（3） 按键输入

WD6122 在键扫描输入端KI0~KI7 和键扫描定时信号输入/输出端KI/O0~KI/O7构成的8×8 矩阵上共设置64 个按键。

只有第21#键与其它连在KI/O5 线上的键即22# 、23# 、24#键组合才能实现双重按键功能。即只有下列按键的组合才能进行双重按键操作。 1 ) 21#键与22#键； 2 ）21#键与23#键； 3 ）21#键与24#键

每个键输入端与电源负端VSS之间均接有下拉电阻。当有超过一个以上的按键（除非双重按键的组合21#与22#键21#与23#键21#与24#键）同时按下时，码的发射输出将停止。

当一个键按下时先读取用户码和键数据码，22ms后遥控输出端（REM）启动输出，按键时间只有超过22ms才能输出一帧码，超过108ms后才能输出第二帧码

（4） 双重按键的编码

双重按键功能对于录音座的录音等功能很有用，下表给出了三个双重按键所对应的键数据码。

表2.2 双重按键所对应的数据码

（5） 6122遥控器的遥控输出波形

红外接收系统的设计和应用 17

图2.11 键按下时的波形

图2.12 输出波形

图2.13 输出波形

图2.14 输出波形段以及载波频率

红外接收系统的设计和应用 18

2.2.6 PC838红外接收头工作原理

（1）PC838工作特点 微缩的尺寸

专用的集成电路制造 宽半角和长距离接收 很好的抗噪声能力 对环境光的高免疫力

（2） PC838的参数图及管脚数据

图2.15 PC838的管脚图

（3） PC838的电路原理图

图2.16 红外接收头的原理图

红外接收系统的设计和应用 19

图2.17 PC838的电路图

红外接收系统的设计和应用 20

3 系统的工作步骤及操作

3.1 发射端和接收端的工作及实现

3.1.1 遥控发射器及其编码

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图（3.1）所示：

图3.1 遥控器发射码的波形图

上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图（23）所示：

图3.2 遥控器信号的周期性波形图

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4为发射波形图。

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发射代码由一个起始码（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）

红外接收系统的设计和应用 21

组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。

3.1.2 接收器及解码

一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

3.1.3 遥控器可能会受到的干扰及解决设想

在实验过程中，有可能会受到一些故障以及干扰来影响遥控器的正常工作，以下为在本次实验中可能会遭遇到的干扰：

（1）发射功率大则距离远，但耗电大，容易产生干扰

（2）接收器的接收灵敏度提高，遥控距离增大，但容易受干扰造成误动或失控； （3）采用直线型天线，并且相互平行，遥控距离远，但占据空间大，在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离

（4）天线越高，遥控距离越远，但受客观条件限制；

（5）使用的无线遥控器使用国家规定的UHF频段，其传播特性和光近似，直线传播，绕射较小，发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离，如果是钢筋混泥土的墙壁，由于导体对电波的吸收作用，影响更甚。

对于以上可能造成遥控器干扰影响系统正常工作的因素，我都作了留意。而我本次课题所使用到的6122遥控器属于近距离操控，并且不具备天线。因此在这方面收到的干扰因素的可能性较小。

3.1.4 一般遥控器故障部位的鉴别方法

一旦确定遥控接收器电路工作不正常，就可以按以下方法区分故障来自哪一部分电路，即是来自高放级、超再升级电路还是放大、整形电路。

（1）检查放大、整形电路时，信号的输人/输出点是查找故障的关键点。具体方法是用遥控器发射信号，用示波器观察放大、整形电路有无信号输入（如LM385F的⑤脚），如有信号波形，说明高放电路、超再升电路基本正常，故障在放大、整形电路；如测不到信号，则故障在超再升电路之前：对放大、整形电路的检查，可以测量LM358的引脚电压，并和正常值对照，如果不正常，多为集成电路本身损坏。

（2）对超再升电路的检修，可以先检查晶体管的直流电压，如不正常，检查直流偏置电路或晶体管本身。直流偏置电压正常后，再检查交流反馈电路，对贴片电容最好用替换法检查。

（3）对高频放大电路的检修，也采取先检查高放管的直流工作点后检查耦合元件的方法，一般不难找到故障元件。

红外接收系统的设计和应用 22

（4）遥控接收器由于T作在低电压、小电流的情况下，一般不会出现烧毁电路板的故障，晶体管和集成电路的损坏率也不大。故障率最高的是接收频率偏移，多是因为进水或电路板受潮使超再升电路停止振荡所致。要多做清洁、驱潮工作，多测量电压（波形），尽量少拆卸元件。汽车防盗系统用的接收器，无论是调感式还是调容式，也无论是分立直插件还是贴片器件或是混合方式（阻容元件用贴片，晶体管、集成电路、电解电容用直插件），它们之间几乎完全可以互换使用，只要找到GND（接地）、+V（电源正）、OUT（信号输出）端的对应关系，并重新调整接收器的接收频率即可。

3.2 整机的实物图及实验结果

3.2.1 实验步骤及步骤实施情况

本次课题主要是运用过去所学的单片机以及模拟电路，数字电路知识来完成一个基于STC90C51单片机上的一个红外遥控系统。本次课题除了用到51单片机之外还用到了板子上的PC838红外接收头，6122遥控器等。主要的课题工作大致为分了一下几个阶段： （1）查阅资料，大致了解STC90C51的功能和基本特点，并尽量熟悉上面的部件和电路。针对课题所涉及的PC838红外接收头和6122遥控器进行针对性的查阅和了解，了解它们的基本原理图，工作原理等。

（2）在课题前期想好自己的构思，确定要完成的功能以及实现的方法，同时对要实现的部分进行资料查阅和各方面的了解，最后整理确定出整体框架。

（3）开始着手课题，对于实现发射端和接收端信号转换之间的关系进行了解。并且了解相关编程。

（4）编写所需程序并且每完成一个模块就行单独的测试。 （5）进行整机测试。 实施情况

（1） 在课程的初期阶段已完成对90C51芯片以及红外接收头还有所用到的遥控器资料

的查阅和查找，对他们的工作原理，工作环境以及工作电压的范围都有了一个大概的映像。

（2） 在初步的了解了各元器件的工作原理和环境之后，我初步拟定了使用6122遥控器

和PC838红外接收头通过90C51进行一个红外接收以及解码显示数字的功能。 （3） 在确定了课题所要实现的功能之后，我开始进行了正式的工作，就两者之间的接

收发射原理进行了研究以及开始针对性的编写实验所需程序。

（4） 在大致的程序完成之后，就遥控器的发射模块，传感器的接收模块以及最终数码

管的显示模块都进行了测试和实验，确保各模块间的正常工作。

（5） 在确保各模块的正常工作后，在课题的尾声进行了整机的测试，以完成通过遥控

红外接收系统的设计和应用 23

器发射出红外光信号，信号经由PC838红外接收头接收并且传入STC90C51芯片进过信号的放大，转换，解码等一系列的操作最终把所得的数字信号传给数码显示管并且最终在数码显示管上显示出遥控器所按下的按键值的功能。

红外接收系统的设计和应用 24

3.2.2 实验结果以及分析

本次课题是基于STC90C51单片机开发的，最后完成的结果已经可以显示数字，如下图：

图3.3 HOT51开发板

上图为本次实验主要用到的HOT51电路板和STC90C51RD+芯片以及PC838红外接受头。

本次实验要实现的则是在数码管上通过6122红外遥控器实现数字操控，输入数字使其在数码管上显示。

红外接收系统的设计和应用 25

图3.4 按下按键1后数码管上的显示

图（3.4）为当按下遥控器上的1时，通过遥控器作为发射端发射出信号，PC838作为接收端接收信号并且把信号发送给90C51，通过A/D转换把模拟信号转化为数字信号并且发送给数码显示管，并且最终通过数码显示管在屏幕上显示出我所按的数字。

图3.5 按下按键5后数码管的显示

红外接收系统的设计和应用 26

图（3.5）为当按下数字键5时，通过发射端与接收端之间一系列的处理和转换之后 最后在数码管上解码显示出来。

图3.6 按下按键3后数码管的显示

图3.7 按下按键8后数码管的显示

同理，以上两幅图分别为按下对应的数字键数码显示管上也会显示出相应的数字。

红外接收系统的设计和应用 27

4 实验经验，总结

4.1 难点和经验总结

4.1.1 难点

（1） 要实现信号之间的转换必须编写大量程序，对于没怎么接触过编程的我来说是一

个不小的挑战

解决方案：在此期间，我查阅了一些C语言的书籍并且自己又复习了一遍C语言的编写

以及熟悉了KEIL的用法。

（2） 由于板子的限制，只能完成简单的数码显像管的解码显示实验，不能更深入的去

探索红外接收系统的领域。

解决方案：在完成基本的课题的同时，对于红外遥控技术的很多方面都另外做了了解，

本次的实验只是完成对红外技术的基本入门和了解，更多的探索研究在以后慢慢进行。

4.1.2 经验总结

通过本次实验，主要是让我有机会把理论上所学的东西转化为实践得来的实物。以前的实验都是在老师的知道下完成的，而这次是需要自己查阅资料独立完成的。所以在毕设的开端，我先对自己所需要的模块和芯片作了一些查阅和理解。并且也借阅了一些有关单片机的书籍学习研究。在初始阶段，我基本大致了解了90C51和红外接收所需要的红外接收头的基本框图和工作原理，并且开始着手学习编程和KEIL软件。因为之前用过KEIL这个软件所以上手也比较快。在正式试验中也碰到过不少问题，比如程序的错误，还有班子接上电脑后的调试问题，不过这些问题最终都在查阅资料和请教别人之后都得以解决，总体的实验功能还是大致实现了。

红外接收系统的设计和应用 28

心得

时光飞逝，转眼之间，我的大学四年生活就这么过去了，如今在这大四的尾声，回看这四年之间的学习，生活等，在感慨之余又有一点惋惜。曾经天真的以为大学的生活是惬意，轻松的，认为这种日子永远不会过去，至少还能享受很长时间的安逸生活，也没有很上进的去自己学习一些东西，只是完成任务般的完成自己分内的学业，而如今回过头看，我感觉有点后悔，后悔当初自己没有利用空闲的时间去多学习自己的专业知识，增加自己的专业技能。但是同时我也吸取到了一些经验，我会在以后的日子里加紧的多补充自己。

本次的课题其实对我来说是一个不小的挑战，因为之前学习的任何知识不管是电路，模电，数电，单片机还是嵌入式等，绝大部分还只是停留在理论上的内容，真正实践的机会并不是很多，自己对于C，PROTEL，KEIL等软件的使用也不是很熟悉，所以刚接触到课题的时候看到里面有很多程序环节的时候我感觉这个挑战还是不小，不过在之后的时间里，我也自己去借阅了一些书籍，网上也查阅了大量的资料，有包括51单片机的，有包括红外技术的，甚至国内外有关红外遥控技术的资料我也会自己去一边翻译一边学习。我感觉红外遥控技术在如今，以后都是一个舍弃不掉的环节。人们进入了信息，机器时代，今后势必会大量的使用远程遥控技术，而红外遥控技术就是以其低廉的成本成为了遥控技术中的主导技术。所以无论我自己的课题进行到了什么程度，甚至有些功能还不能成功实现，但是我还是对它的发展充满了信心。

通过这段时间自主的学习以及实践，我把以前的理论知识理解的也更加透彻了，并且对于自己的专业的兴趣也更加浓厚了，相信在之后的工作中我也会不断的学习，是自己越来越好。

红外接收系统的设计和应用 29

致谢

参考书目

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24.Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriers[J].. TQM Journal. 2008

25..Raman and infrared spectra, conformational stability, normal coordinate analysis and ab initio calculations of 3-chloro-1-buteneMin Joo Lee1, Feng Fusheng2, eung Won Hur3,?, Jian Liu3,?, Todor K.Gounev3, James R. Durig3,

附录以及程序代码

在数码管上显示的程序代码： #include #include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int

uchar distemp;

void delay(uchar x); //x*0.14MS void delay1(int ms);

红外接收系统的设计和应用 31

sbit IRIN = P3^3; //红外接收器数据线

uchar IRCOM[7];

//数码管的段码编码 uchar

table[16]

=

{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; /*******************************************************************/ main() {

IE = 0x84; //允许总中断中断,使能 INT1 外部中断 TCON = 0x10; //触发方式为脉冲负边沿触发

IRIN=1; //I/O口初始化

delay1(10); //延时 P2 = 7; while(1) {

} } //end main

/**********************************************************/ void IR_IN() interrupt 2 using 0 {

unsigned char j,k,N=0; EX1 = 0;

delay(15); if (IRIN==1) return; }

P0 = table[distemp]; delay(20);

{ EX1 =1;

红外接收系统的设计和应用 32

//确认IR信号出现

while (!IRIN) //等IR变为高电平，跳过9ms的前导低电平信号。 {delay(1);}

for (j=0;j<4;j++) //收集四组数据 {

for (k=0;k<8;k++) //每组数据有8位 {

while (IRIN) //等 IR 变为低电平，跳过4.5ms的前导高电平信号。 {delay(1);}

while (!IRIN) //等 IR 变为高电平 {delay(1);}

while (IRIN) //计算IR高电平时长 { delay(1);

N++; if (N>=30)

{ EX1=1;

return;} //0.14ms计数过长自动离开。

} //高电平计数完毕 IRCOM[j]=IRCOM[j] >> 1; //数据最高位补“0” if (N>=8) {IRCOM[j] = IRCOM[j] | 0x80;} //数据最高位补“1” N=0; }//end for k }//end for j

if (IRCOM[2]!=~IRCOM[3]) { EX1=1; return; }

switch(IRCOM[2])

case 0x16:

distemp = 0; break;

{

红外接收系统的设计和应用 33

case 0x0c:

distemp = 1; break; distemp = 2; break; distemp = 3; break; distemp = 4; break; distemp = 5; break; distemp = 6; break; distemp = 7; break; distemp = 8; break; distemp = 9; break;

case 0x18:

case 0x5e:

case 0x08:

case 0x1c:

case 0x5a:

case 0x42:

case 0x52:

case 0x4a:

}

EX1 = 1; }

/**********************************************************/ void delay(unsigned char x) //x*0.14MS

红外接收系统的设计和应用 34

{

unsigned char i; while(x--) {

for (i = 0; i<13; i++) {} } }

/**********************************************************/ void delay1(int ms) {

unsigned char y; while(ms--) {

for(y = 0; y<250; y++) { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/afqg.html