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探討紅外線遙控的實施方案

2015年06月29日  | Collins Cheng

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探討紅外線遙控的實施方案


紅外線遙控採用紅外線 (IR) 光來傳送資訊。紅外線光由一個 IR LED 發射,該 LED 受控於來自發送器 MCU 的調變信號。調變將可協助接收器把需要的信號與所有其他的紅外線噪音源區別開來。調變的完成過程是對載波信號(通常是一個具有較高頻率的方波)和包含了有效資訊的包絡信號進行調變。


接收器採用一個光電二極體以把 IR 光轉換為電流。通常使用一個跨阻抗放大器將電流轉換為電壓,在解調(demodulation)之前該電壓將通過一個增益放大器和濾波器。載波信號在解調過程中被剝離。經過解調的信號可直接連接至接收器的 MCU 用於解碼(見圖 1)。


圖 1:紅外線的調變與解調
圖 1:紅外線的調變與解調。

IR 無線通訊設計簡單、製造成本低、堅固可靠且具備高功效,因而廣泛地應用於當今的消費性產品。


紅外線遙控調變和編碼理論

所有現今的紅外線遙控設計均採用數位調變。兩種基本的數位調變技術是幅移鍵控 (ASK) 和頻移鍵控 (FSK)。ASK 通過改變載波幅度來表示邏輯“1”和“0”,而 FSK 則採用兩種不同的載波頻率來表示這些邏輯位準。


ASK 調變

ASK 是最古老和最簡單的方法之一,頗受很多消費電子公司的青睞。其憑藉著自身優良的性能(堅固性和低功耗)、設計的簡單性和低成本而成為了使用最普遍的調變模式。


在發送器中,有效資料被調變成一組具有 30 kHz 至 60kHz 頻率的載波脈衝。當沒有信號傳輸時,則插入一個空格。


接收器被調諧至與發送器載波相同的頻率,而所有其他的雜訊則被接收器的帶通濾波器所阻隔。許多製造商都提供了全整合型接收器模組,此類別模組提供了可與接收器的微控制器對接的解調信號。典型載波頻率為 30 kHz、33 kHz、36 kHz、38 kHz、40 kHz 或 56 kHz。


下文將說明 ASK 調變系統中所使用的幾種主要的編碼方法。


脈衝位置編碼:它是基本的 ASK 調變。每個位元的寬度是?定的。載波調變脈衝代表邏輯“1”,而空格則代表邏輯“0”(見圖 2)。


圖 2:脈衝位置編碼
圖 2:脈衝位置編碼。

脈衝距離編碼:在脈衝距離編碼中,每個位元由一個載波調變脈衝和一個空格組成。空格寬度的不同分別代表了邏輯“1”和邏輯“0”。載波調變脈衝的寬度則是?定的(見圖 3)。


圖 3:脈衝距離編碼
圖 3:脈衝距離編碼。

脈衝寬度編碼:在脈衝寬度編碼中,每個位元由一個載波調變脈衝和一個空格組成。載波調變脈衝寬度的不同分別代表了邏輯“1”和邏輯“0”,空格的寬度則是?定的(見圖 4)。


圖 4:脈衝寬度解碼
圖 4:脈衝寬度解碼。

曼徹斯特編碼:曼徹斯特編碼 (Manchester Encoding) 也被稱為雙相編碼(bi-phase encoding)。每個位元由一個載波調變脈衝和一個空格組成。載波調變脈衝和空格之間轉換的極性規定了邏輯位準。例如:“調變脈衝至空格”表示邏輯“1”,而“空格至調變脈衝”則表示邏輯“0”(見圖 5)。


圖 5:曼徹斯特編碼
圖 5:曼徹斯特編碼。

FSK 調變

FSK 為邏輯“1”和邏輯“0”採用了兩種不同的載波頻率,而且在脈衝之間沒有空格(見圖 6)。這是一種不太有吸引力的解決方案,因為採用兩種頻率增加了解調的複雜性和成本;所以,FSK 並未獲得廣泛的使用。


圖 6:FSK 調變
圖 6:FSK 調變。

(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)


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