STM32單片機(jī)對(duì)紅外接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.23.1概述

人的眼睛能看到的可見光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長(zhǎng)更短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光叫紅外線最廣義地來(lái)說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。

4.23.1.1紅外接收頭工作原理

紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，一般紅外信號(hào)經(jīng)接收頭解調(diào)后，數(shù)據(jù)“0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時(shí)間長(zhǎng)短或信號(hào)周期上，單片機(jī)解碼時(shí)，通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時(shí)器判斷外部中斷間隔的時(shí)間從而獲取數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。

3條腿的紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一體化，接收頭輸出的是解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號(hào)，單片機(jī)里面需要相應(yīng)的讀取程序。具體詳細(xì)的使用參數(shù)和時(shí)序請(qǐng)參考官方技術(shù)手冊(cè)。

4.23.1.2在STM32實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中紅外系統(tǒng)的組成

在我們是試驗(yàn)中使用的是紅外線遙控器。因?yàn)榧t外線遙控器已經(jīng)被廣泛的使用在各類型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多的便利。紅外線系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。紅外發(fā)射裝置又可由鍵盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發(fā)射電路組成。紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。通常為了使信號(hào)更好的被發(fā)射端發(fā)送出去，經(jīng)常會(huì)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制成脈沖信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射。常用的有通過脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制（PPM）兩種方法。

1、常用的紅外發(fā)光二極管其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。

一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為1/3-1/4；一些電器產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率（1mW-10mW）、率（20mW-50mW）和大功率（50mW-100mW以上）三大類。紅外發(fā)光二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結(jié)，外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長(zhǎng)830～950nm，半峰帶寬約40nm左右。

2、紅外接收頭的種類很多，如右圖所示。引腳定義也不相同，一般都有三個(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號(hào)輸出腳。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。具體的選型要參考廠家選型手冊(cè)。

紅外接收頭內(nèi)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(jìn)一步降低電源干擾。

4.23.1.3紅外發(fā)光二極管簡(jiǎn)易測(cè)試

高亮度LED、紅外LED、光電三極管外形是一樣的，非常容易搞混，因此需要通過簡(jiǎn)易測(cè)試將它們區(qū)分出來(lái)。用指針式萬(wàn)用表（1k擋）黑表筆接陽(yáng)極、紅表筆接陰極（應(yīng)采用帶夾子的表筆）測(cè)得正向電阻在20～40kΩ；黑表筆接陰極、紅表筆接陽(yáng)極測(cè)得反向電阻大于500kΩ以上者是紅外發(fā)光二極管。透明樹脂封裝的可用目測(cè)法：有圓形淺盤的極是負(fù)極。若正向電阻在200kΩ以上（或指針微動(dòng)），反向電阻接近∞者是普通發(fā)光二極管。若黑表筆接短腳，紅表筆接長(zhǎng)腳，遮住光線時(shí)電阻大于200kΩ，有光照射時(shí)阻值隨光線強(qiáng)弱而變化（光線強(qiáng)時(shí)，電阻小），這是光電三極管。

4.23.1.4紅外遙控常用的載波頻率

紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz陶振來(lái)決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來(lái)決定。紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無(wú)法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。4.23.2數(shù)據(jù)格式熟悉數(shù)據(jù)格式是編程的基礎(chǔ)。下面我們著重說明紅外發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)格式。在同一個(gè)遙控電路中通常要使用實(shí)現(xiàn)不同的遙控功能或區(qū)分不同的機(jī)器類型，這樣就要求信號(hào)按一定的編碼傳送，編碼則會(huì)由編碼芯片或電路完成。對(duì)應(yīng)于編碼芯片通常會(huì)有相配對(duì)的解碼芯片或包含解碼模塊的應(yīng)用芯片。在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)或業(yè)余電子制作中，編碼芯片并一定能完成我們要求的功能，這時(shí)我們就需要了解所使用的編碼芯片到底是如何編碼的。只有知道編碼方式，我們才可以使用單片機(jī)或數(shù)字電路去定制解碼方案。l載波波形使用455KHz晶體，經(jīng)內(nèi)部分頻電路，信號(hào)被調(diào)制在37.91KHz，占空比為3分之1。調(diào)制頻率（晶振使用455KHz時(shí)）fCAR=1/Tc=fOSC/12≈38KHz（fOSC是晶振頻率）占空比=T1/Tc=1/3

數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)碼反碼，編碼總占32位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼，編碼時(shí)可用于對(duì)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)。注意：第二段的用戶碼也可以在遙控應(yīng)用電路中被設(shè)置成第一段用戶碼的反碼。

使用455KHz晶振時(shí)各代碼所占的時(shí)間