红外遥控接收发射原理及ESP8266实现

红外遥控是利用近红外光进行数据传输的一种控制方式。近红外光波长0.76um~1.5um ，红外遥控收发器件波长一般为 0.8um~0.94um ，具有传输效率高，成本低，电路实现简单，抗干扰强等特点，在家用电器上被广泛使用。

红外遥控一般有发射和接收两部分组成，发射元件为红外发射管，接收一般采用一体化红外接收头，但发射载波频率与接收头固定频率需一致才能正确接收。





一、发射



1. 调制



红外遥控是以调制方式发射数据，将数据调制到固定的载波上发送，调制发送抗干扰能力更强，传送距离也更远。红外发送首先要解决的就是调制问题。



目前主流的调制方式有PPM和PWM。



• PPM：脉冲位置调制，调制脉冲宽度不变，用脉冲间隔来区分0和1。如下图所示，脉冲宽度不变都是560us，脉冲间隔改变。逻辑1总时间为2.25ms，逻辑0中时间长度为1.12ms。





图1：PPM调制

• PWM：脉冲宽度调制，脉冲间隔不变，调制脉冲宽度改变。如下图所示，脉冲间隔 为600us，脉冲宽度不同。逻辑1高电平时间为1.2ms，逻辑0高电平时间为0.6ms。





图2：PWM调制



调制载波频率一般在30KHz到60KHz之间，常用的载波有33K，36K，36.6K，38K，40K，56K等，其中38K使用最多。



常用占空比有1/3、1/2，1/3最多。



2. 红外传输协议



常用的红外传输协议有ITT协议、NEC协议、Nokia NRC协议、Sharp协议、Philips RC-5、RC-6 RECS-80协议、Sony SIRC协议等，其中最常见的为NEC协议。



常见NEC协议分析：



l 载波38KHz，逻辑1为2.25ms，脉冲时间560us；逻辑0为1.12ms，脉冲时间560us



图3：NEC逻辑’0’与逻辑’1’



l 协议格式

 



图4：NEC红外载波发送协议



(1) 首先发送9ms的高电平脉冲



(2) 然后发送4.5ms的低电平



(3) 接下来是8bit的地址码（低位在前）



(4) 然后是8bit的地址反码，用于检验地址码是否出错



(5) 接下来的是8bit的命令码（低位在前）



(6) 然后是8bit的命令反码，用于检验命令码是否出错。



l 重复码



 图5：NEC重复发送载波协议



如果一直按着一个键，将以110ms为周期发送重复码，重复码由9ms高电平、2.25ms低电平及560us高电平组成。



图6：NEC重复码



3. 编码



虽然不同协议都对各自的协议格式做了不同定义，但总体而言还是有高低电平组成的一串数据。



对于红外发射，就是按照协议规定高电平时间内，在红外输出口输出固定频率载波；低电平则直接输出低。红外接收头接到载波时输出高电平，没有载波时输出低电平，完成数据解码。



图7：NEC解码后协议



二、接收



红外接收常采用一体化红外接收头，集红外接收、放大、滤波、比较器输出等功能，并输出MCU可识别的TTL信号的。常用的一体化红外接收头有SCR638、HS0038、VS1838等。



SCR638



HS0038



图8：一体化接收头



红外接收应用电路图：



 

图9：红外接收典型应用



三、ESP8266红外发送与接收



ESP8266定义了1个IR红外遥控接口，IR红外遥控接口由软件实现，接口定义如下：



图10：ESP8266红外管脚定义



1. 发送



在ESP8266上用于发送的载波可以通过以下方式实现：



1) I2S的BCK



2) WS管脚产生



3) 由GPIO中的sigma-delta功能在任意GPIO口产生载波。



其中sigma-delta产生的载波占空比约为20%，推荐使用MTMS管脚（GPIO14），可产生准确的38KHz且占空比为50%的标准方波。



2. 接收



红外接收功能通过GPIO的边沿中断实现，读取系统时间，将2次时间相减可以得到波形持续时间，然后通过软件逻辑实现红外协议处理。