红外线传感器原理

本文介绍一种用单片机对红外遥控

器信号接收和转发的方法，设法采集遥控器发射波形中的高低电平的宽度，通过串口并配以相应的软件控制，学习此代码，然后就可利用此红外遥控器作为任意控制系统的输入设备进行二次开发，以实现用任意红外遥控器遥控任意设备，是一种既方便可行又经济实用的方案。

１．二进制信号编码红外遥控有发送和接收两个组成部分。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲。为了减少干扰，采用的是价格便宜、性能可靠的一体化红外接收头（如ＨＳ００３８　，　它接收红外信号频率为３８ｋＨｚ　，周期约２６μｓ）　接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到ＴＴＬ　电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行，去控制相关对象。如图１　所示。

（１）二进制信号的调制 二进制信号的调制由单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为３８ｋＨｚ　的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为３８ｋＨｚ的脉冲信号得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号，如图２　所示。其中，Ａ是

二进制信号的编码波形，Ｂ　是频率为３８ｋＨｚ　（周期为２６μｓ）　的连续脉冲串，Ｃ

是经调制后的间断脉冲串（相当于Ｃ　＝　Ａ　×

Ｂ），用于红外发射二极管发送的波形。（２）二进制信号的解调 二进制信号的解调由一体化红外接收头ＨＳ００３８　来完成，图３为ＨＳ００３８的输入输出波形。它把收到的红外信号（图３　中波形Ｄ）　经内部处理并解调复原、输出（波形Ｅ正好是对图２　中波形Ａ　的取反）。ＨＳ００３８　的解调可理解为：在输入有脉冲串时，输出端输

出低电平，否则输出高电平。一体化

红外接收头ＨＳ００３８　的外部结构很简单，其中，１　脚（ＧＮＤ）接电源地，２　脚（Ｖｃｃ）接＋　５Ｖ　，３　脚（ＯＵＴ）为数据输出端（ＴＴＬ电平，反相输出）　，可直接与单片机相连，不需任何外接元件，就可以把信号直接送入到微处理器等要求ＴＴＬ电平信号输入的芯片中。

（３）二进制信号的解码 二进制信号的解码由接收单片机来完成，

红外学习机的设计原理及应用

?江苏张家港沙洲工学院 赵海兰?

摘要： 简单介绍了红外学习系统的设计原理，给出了红外学习系统的软硬件设计思路，并利用红外学习机去遥控其它设备，真正实现了学习并再利用的功能。

图１

程序完全按照图１所示ＴＬＣ１５４３工作时序编写。ＡＤ＿ＣＨＡＮＮＥＬ用于存放ＴＬＣ１５４３通道地址，ＡＤ＿ＬＯＷ和ＡＤ＿ＨＩＧＨ为采样数据的临时存放地址，前一次采样的１０位数据存放在Ｒ０所指向的地址中。程序软件编写应注意ＴＬＣ１５４３通道地址必须为写入字节的高四位，而单片机读入的数据是芯片上次Ａ／Ｄ转换完成的数据。附表给出了ＴＬＣ１５４３地址选择对应表，在本刊的网站上给出了源程序，供读者参考。

（２）数据处理子程序（见本刊网站） 为防止干扰，采用类似于中值滤波的数据处理方法。在数据采集的过程中，对每一路通道数据的采集以３个连续的采样数据为一个小组，连续采集１０组后，将每一组的中值取出求其平均值，将该

我们采用的ＣＰＵ是Ｗ７８Ｅ５１６，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过相应的软硬件解码，还原出发送端发送的数据。而直接利用波形的长短来判断是否相同，可用定时／记数器“０”和“１”记下接收到波形的长短，再与３８ｋＨｚ的波形相“与”（可由定时器实现），上述接收到的波形码经３８ｋＨｚ的载频进行调制，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进行二次调制，产生红外线向空间发射，这样就可以复原出任意红外遥控发射的波形。

２．红外学习机的软硬件设计如何用ＣＰＵ来控制学习这些码是关键，基于以上原理，利用两个外部中断来学习红外遥控的波形宽度，利用一个与门实现红外遥控波形的复原。红外学习的原理图见图４。

（１）红外学习软件设计 要了解一

个未知的遥控器，首先要学习它发出的

红外脉冲波形，从而了解其脉冲波形特征

（以何种方式携带“０”

、

“１”信息），进而了解其编码规律。脉冲波形的分析可以从分析脉冲的高、低电平宽度入手。以

图４所示的接口为例，接收器ＨＳ００３８的输出端口与ＩＮＴ０连接，只要ＨＳ００３８一接收到脉冲下降沿，进入中断处理部分，用

定时计数器来记数，记下低电平的宽度。

同样方法接收器ＨＳ００３８的输出端口再利用一个非门与ＩＮＴ１连接记下高电平的宽度。具体子程序如下：

ｉｎｔ０（）　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　０｛　ｃ［ｉ］＝ＴＨ０；　ＴＨ０＝０；ＴＬ０＝０；　＋＋ｉ；｝

同时启动ＴＣ计时器，测量该引脚分别为逻辑“０”和逻辑“１”情况下的时间值，存储起来，然后通过串行口把数据传到ＰＣ机上，通过测试软件把检测到的数据记录、分析。下面是用Ｃ５１语言给出对接收的脉冲波形通过定时中断复原，通过Ｐ１．２输出的程序。

ｔｉｍｅ０（）　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ１｛ｐ１２＝￣ｐ１２；

ＴＨ０＝２５５－ｃ［ｉ］；ＴＬ０＝２５６－ｃ［＋＋ｉ］； ＋＋ｉ；｝

（２）红外代码的取出 按一下红外遥控器，把发射的代码通过上面的方法接收到ＣＰＵ，再通过串行通信在ＶＢ通信测试软件上显示出这些代码，对同一个键

连续检测多次，从中找出该键对应代码的规律，可以发现每个键都可以找到相同的规律，找出相同的代码，通过程序把这串代码存放在单片机的ＲＡＭ里面，当红外接收头接收到按键的代码以后来判断是不是这个预先的代码。如果跟预先存储的相同，就执行预先设定的功能，从而实现红外学习。这样就可以用自制的红外学习机去学习任意家用遥控器，从而用红外学习机去代替家用遥控器。

实践证明，上述判断是有效可行的。这样处理不仅使解码软件的设计简化，而且大大提高了解码速度。使用上述判据编写软件解码程序时，要注意脉冲波形采样数据存储地址与脉冲的对应关系。

基于上述思路设计的软件解码系统成功地应用于多个控制系统。下面给出

一个实例（用红外遥控器遥控单片机实验板，使音乐响起来）的程序框图（图５）。当按下某个遥控器的任意键时音乐就响起来。

根据此框图不难实现把接收到的按键代码经过处理，来响应音乐程序。其原理是先用红外学习机学习到任意遥控器的任意按键的代码，然后把此代码存储，当按下遥控器的按键时，ＣＰＵ检测到该代码和存储的代码一致，就去执行相应的程序，比如音乐响起来。用同样的方法，再按另一个键控制步进电机等，依次类推，我们在学生实验室中实现了用家用遥控器代替单片机实验仪上的十六个按键。

３．结束语

对上述方案进行了实际的设计，

并取得了实验成功。整个系统外围元件少，干扰小，调试方便；软件工作量也较小。该方法已在多个应用系统设计中成功地实现，效果良好。◆

图３

图５