1 引言

紅外遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產品上，它的出現給使用家器提供了很多的便利。紅外遙控系統一般由紅外發射裝置和紅外接受設備兩大部分組成。紅外發射裝置又可由鍵盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發射電路組成。紅外接收設備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應用電路組成。通常為了使信號能更好的被傳輸發送端將基帶二進制信號調制為脈沖串信號，通過紅外發射管發射。本設計采用Atmega8作為紅外發射編碼和接收解碼芯片。

2 系統功能分析

一個完整的照明燈的紅外遙控電路應具有以下功能：

按下任意一個開關能使相應的燈實現亮滅的功能，按下總開關實現所有燈的亮滅，按下相應的定時關閉鍵能實現電燈在設定的時間內關閉。

3 系統硬件的實現方案

3.1 系統原理圖

通用紅外遙控系統由調制、發射和接收三大部分組成，本系統以Atmega8單片機作為紅外發射編碼和接收解碼芯片，另外再以HS5104作為發射編碼芯片，5個鍵盤輸入模塊中的三個用于給3路電燈分別進行亮滅操作，一個鍵盤輸入模塊用于操作所有燈的亮滅，最后剩下的一個鍵盤輸入模塊用于實現電燈在設定的時間內關閉的功能。紅外遙控系統如圖1所示：

圖1 紅外遙控系統

（1）發射系統

發射系統一般用電池供電，這就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都設計成可以處于休眠狀態，當有按鍵按下時才工作，這樣可以降低功耗。紅外線通過紅外發光二極管（LED）發射出去，紅外發光二極管內部材料和普通發光二極管不同，在其兩端施加一定電壓時，它發出的是紅外線而不是可見光。

圖2a 簡單驅動電路

圖2b 射擊輸出驅動電路

如圖2a和圖2b是LED的驅動電路，圖2a是最簡單電路， 選用元件時要注意三極管的開關速度要快，還要考慮到LED的正向電流和反向漏電流，一般流過LED的最大正向電流為100mA，電流越大，其發射的波形強度越大。

圖2a電路有一點缺陷，當電池電壓下降時，流過LED的電流會降低，發射波形強度降低，遙控距離就會變小。圖2b所示的射極輸出電路可以解決這個問題，兩個二極管把三級管基極電壓鉗位在1.2V左右，因此三級管發射極電壓固定在0.6V左右，發射極電流IE基本不變，根據IE≈IC,所以流過LED的電流也基本不變，這樣保證了當電池電壓降低時還可以保證一定的遙控距離。

（2）接收系統

紅外信號接收系統的典型電路如圖3a所示：

圖3a 紅外線接收頭內部電路

該電路包括紅外監測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監測二極管監測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。

以上電路被集成在一個元件中，成為一體化紅外線接收頭，如圖3b所示：

圖3b 紅外線接收頭

紅外線接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據發射端調制載波的不同應選用相應解調頻率的接收頭。

紅外線接收頭內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進一步降低電源干擾。

（3）調制

紅外遙控發射數據時采用調制的方式，即把數據和一定頻率的載波進行“與”操作，這樣可以提高發射效率和降低電源功耗。

調制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如圖3.4所示，這是由發射端所使用的455kHz晶振決定的。在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。

圖4 載波波形

圖5a為系統發射硬件方框圖：

圖5a 發射系統方框圖

圖5b為系統接受硬件方框圖：

圖5b 接收系統方框圖

3.2 各模塊電路原理圖

（1）Atmega8MCU介紹

系統的控制核心Atmega8單片機，是Atmel公司推出的基于AVR RICS低功耗CMOS 8位高性能單片機。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間， ATmega8 的數據吞吐率高達 1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。圖6為其引腳排列圖。

圖6 Atmega8引腳排列圖

在本設計中的發射電路中，Atmega8單片機的PC6、PD0～PD3口用于鍵盤輸入；PB1口接紅外發光二極管以及發射指示燈。在接受電路中Atmega8單片機的PB1～PB3用于接三路電燈，PD5～PD7、PB0、PB6、PB7接六路指示燈，PD2接紅外接受頭。

（2）HS5104紅外遙控編碼發射電路

本設計中，還另外采用了編碼器BA5104組成紅外發射電路。K1～K8與地構成按鍵開關電路，這里只用了K1～K5。其指令經三極管Ｑ放大，驅動Ｌ１紅外發射管發射出經編碼后的紅外遙控信號。HS5104引腳排列圖如圖7所示：

圖7 HS5104引腳排列圖

腳位說明：

（3）其他電路

紅外發射二極管的接法如圖8所示：

圖8 紅外發射二極管連接原理圖

3.3 系統電路原理圖

發射電路硬件原理圖如圖9a和9b所示。

圖9a 發射電路（M8）硬件原理圖

圖9b 發射電路（hs5104）硬件原理圖

接收電路硬件原理圖如圖9c所示：

4 系統軟件的實現方案

4.1 系統總流程圖

本設計采用的BASCOM編程，是MCS公司開發的以BASIC高級程序設計語言為平臺的AVR單片機開發軟件，它簡要清晰，易于理解、掌握。軟件設計流程圖如圖10a和圖10b所示：

圖10a 發送程序流程圖

圖10b 接收程序流程圖

5 系統軟硬件的調試

5.1 系統硬件調試

在電腦上仿真以后按照硬件電路圖連接好電路，將編寫的程序寫入單片機之前先校驗下載線是否接通，然后再寫入。調試時，先連接好下載線與上位機、目標板，給單片機系統供電，芯片選擇ATMEGA8，它的下載環境如圖11所示。

圖11 智峰下載軟件界面圖

5.2 系統軟件調試

本系統使用的軟件開發環境是BASCOM-AVR IDE，它是MCS公司開發的以BASIC高級程序設計語言為平臺的AVR單片機開發軟件，該軟件具有可視化圖形界面，是與VB/QB高度兼容的結構化BASIC語言，簡要清晰，易于理解、掌握。除了有專門為AVR單片機串行和并行接口、外圍器件開發的語句外，另外還擴充了許多通用的單片機外部設備的專用語句，調用各種硬件資源更加得心應手。

在BASCOM-AVR IDE中，程序經過編譯之后，編譯產生的hex文件，供下載之用。同時也可進入BASCOM-AVR IDE提供的軟件仿真窗口進行仿真運行，從實物圖形化的硬件仿真平臺上，可以直觀地進行實驗操作。圖12為BASCOM-AVR IDE的開發環境主界面。

圖12 BASCOM-AVR開發環境圖

6 結語

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。當然，紅外遙控照明燈如果要投入大規模生產時，還需要對它不斷的進行優化。