空調遙控器本來就是 用微控制器控制發射紅外訊號來 遙控控制空調的！

本文介紹一種利用紅外線發射裝置作為工業控制計算機輸入鍵盤的介面原理和實現方法,該介面可以最大限度地減少對微控制器系統的硬體資源要求,僅佔用一根介面線,在系統的面板上只需一個小的接收窗。整個介面由發射和接收兩部分組成。對於單片工業控制微機系統所需的按鍵數目少於30 時,發射部分可以直接使用成品紅外遙控發射器,如果自行設計發射部分,則可以支援60個鍵左右,其中有兩鍵用於構成組合按鍵。接收部分的介面電路也非常簡單,無需佈線,只要將成品模組的輸出直接接到單片工業控制微機系統的任一I/ O 介面線即可,同時驅動程式也易於設計。由於鍵盤採用無線方式,因此所構成的微控制器可以方便地滿足一些需要遠距離控制的場合,以及一些特殊場合,例如:單片工業控制微機系統在一個密封的容器內,透過玻璃小窗進行引數輸入或控制;單片工業控制微機周圍環境不適宜使用者近距離操作等。

由整合晶片PT2248構成的紅外線遙控鍵盤發射電路見圖1。00H~09H為數字鍵，0AH為復位鍵，0BH為取消鍵。

紅外線遙控電路原理圖

紅外線遙控鍵盤發射電路採用脈時調製(PPM)方式，將遙控指令調製成脈衝序列，並驅動紅外發射管以光脈衝的形式傳送出去。遙控指令有12位碼組成。

C1，C2，C3是使用者碼，在T1，T2，T3與CODE之間分別接二極體則分別代表C1，C2，C3為高電平“1”，不接二極體則代表低電平“0”，圖2中C1C2C2=111。D1，D2，D3，D4，D5，D6是傳送的資料碼，鍵號與鍵碼的對應關係。

PT2248遙控指令的波形正脈衝的佔空比為1/4時代表“0”，正脈衝的佔空比為3/4時代

遙控指令的波形圖

無論“0”還是“1”，發射時正脈衝被調製在38KHz的載波上，載波的佔空比為1/3，這樣有利於減少功耗。每個傳送週期按 C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序序列傳送，總長度為48a，其中a為每位碼週期的1/4，其大小為：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms。按下00H~0BH中某個鍵時，輸出腳TXOUT傳送兩個週期的12位碼，其間隔為 80a。由GL3276A構成的紅外線遙控鍵盤接收電路。

紅外線遙控鍵盤發射接收電路原理圖

當紅外線線遙控鍵盤接收電路工作時，接收管PH302B接收到帶有載頻為38KHZ的遙控指令的紅外線訊號後，進行放大，限幅和檢波，檢出遙控指令的脈衝包絡，濾去38KHZ載頻，得到遙控指令的脈衝訊號，整形並反向後由OUT輸出，將GL3276A的OUT經74LS14施密特觸發器整形，最終得到遙控指令的理想的反向脈衝訊號。得到的遙控指令的反向脈衝訊號的波形正脈衝的佔空比為1/4代表“1”，正脈衝的佔空比為3/4代表“0”。

將GL3276A的OUT輸出訊號經74LS14兩級施密特反向器整形後與89C51的P3.2(/INTO)相連，由於每位碼都以4a為週期，每位的起始總是由高電平到低電平，因此解碼的過程可用每位碼的起始邊沿作為/INTO的中斷請求訊號，中斷響應後關/INTO中斷，然後延時a/2，由P3.2對紅外線遙控接收電路的輸出訊號進行取樣，再延時a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時刻進行取樣，波形與取樣時刻的對應關係。

此可見接收到的“0”由‘低高高高’組成，“1”由‘低低低高’組成，當7a/2時刻取樣完成後開/INTO中斷，為下一位碼的取樣作準備，直到/INTO中斷24次(兩個週期的序列12位碼)。中斷服務子程式開始預置樣碼0FH，分別在a/2，3a/2，5a/2，7a/2時刻由 P3.2對紅外遙控接收電路的輸出訊號進行取樣，如果是高電平保持樣碼不變，如果是低電平樣碼相應位置0，最後將樣碼存入指定的RAM單元。

遙控鍵盤的可靠性是軟硬體設計中重點考慮的問題。在硬體上，將GL3276A的OUT經74LS14施密特整形，以提高抗干擾能力。在軟體上要正確的解碼，必須從每位碼的起始位開始接收，本設計中，PT2248傳送的遙控指令的起始碼為使用者碼C1C2C3=111，因為P3.2接收到的“1”由 ‘低低低高’組成，因此接收到的碼應為三個“0001”，若不是，本次接收無效。其次，為了防止接收誤碼，應對前後兩次接收的兩個週期的12位序列碼進行一致性比較，若相同則與鍵碼錶中的鍵碼進行比較，找出相應的鍵號，否則本次接收無效。

程式流程圖

本文介紹了一種利用紅外遙控器作為微控制器輸入鍵盤的介面原理和方法，構思巧妙，結構合理，成本低廉，我們已經成功地利用該介面方式實現了微控制器鍵盤的無線式操作。文中以PT2248整合晶片作為發射部分,對於其他型別發射晶片,此介面原理仍然適用,只需相應修改中斷服務程式即可。如果微控制器系統有多餘的外中斷資源,可將接收到的訊號輸入至中斷引腳,利用外中斷與定時器結合,則可減少接收處理時對CPU 時間的佔用。利用此技術，我們在“智慧型牛奶質量快速檢測儀研製”專案上得到了很好的應用。

遙控技術經歷了有線遙控、無線電波遙控，現今的紅外遙控,技術已相當成熟,功能越來越強,執行越來越穩定,應用越來越廣泛。先進的遙控技術配合微控制器運用到工業控制中去,那麼,控制系統的操作將變得更容易、更快捷、更方便、更安全。

微控制器當然可以控制發射紅外訊號來控制空調

萬能遙控器大家用過嗎？大家有沒有試過用手機來控制空調嗎？有些型號的手機整合有紅外發射管，可以發出紅外訊號，既可以用來進行通訊，也可以用來遙控空調、電視等的電器。手機的Soc晶片其實也是一個微控制器，只是它的功能比較強大，如果僅僅用來控制發射紅外訊號來控制空調，普通的微控制器同樣可以做到的。

紅外遙控技術已經應用了發展很多年了，技術已經相當的成熟了。紅外發射管可以發出紅外線訊號，紅外發射管則可以接收紅外線訊號。空調上有紅外接收電路，它可以接收到波長與紅外接收管對應的紅外訊號，當然，紅外訊號的編碼規則要符合該品牌空調的指令規則，它才作出相應的動作，就好像“對暗號”一樣，不但要收到“暗號”，還有“暗號”正確才會動作。

主流的紅外編碼規則有NEC和RC5，以NEC為例，它使用了38KHz的載波頻率，由引導碼，8位的客戶碼，8位客戶碼的補碼，8位的按鍵值，8位按鍵值的補碼組成。

而空調、電視等電器大多使用NEC的編碼規則，想用微控制器控制發射紅外訊號來控制空調，首先要清楚該品牌空調使用的紅外編碼規則和指令程式碼，當然這些都是公開的。我們只要用微控制器控制紅外發射管發出對應指令紅外訊號，就可以進行遙控空調了。以某品牌某型號的空調為例，透過示波器抓取到遙控器發出的紅外線訊號的波型如下，而我們用微控制器控制紅外發射管發出同樣波形的訊號，大家覺得能遙控嗎？

如果某個品牌的空調不公開編碼規則和指令程式碼，或者對資料進行加密處理，那麼我們就沒那麼容易遙控了，比如想開啟加密碼的檔案就要先經過解密。就像我們平常用的小汽車遙控鑰匙，自己的遙控鑰匙只能開自己的車。

從藍芽誕生就想取代紅外，可惜至今未果。以前的智慧手機都帶紅外，就因為藍芽要取代紅外都取消了，目前就是紅外不會消失，小米手機很多又加了紅外功能。紅外結構最簡單、也最便宜，別說微控制器能實現控制不用微控制器都可以。

當然可以使用紅外訊號來控制空調了。空調遙控器其實就是一個紅外訊號發射裝置，而空調機身具有紅外接收探頭，可以接收遙控器發出的紅外訊號並解析，從而實現遙控的功能，電視遙控器也是同樣的原理。現在有很多手機具有紅外功能，透過匹配通訊協議，就能實現手機遙控電視和空調的作用。下面透過硬體和軟降兩個方面來和大家分享，紅外遙控實現的原理。

本部分內容包括，紅外發射部分原理、紅外接收部分原理以及軟體編碼部分原理。

紅外發射功能主要由紅外發射管來實現，紅外發射管在外觀上和透明的LED發光二極體極為相似，其驅動和控制方式也一直。在使用微控制器控制發射管時，一般使用三極體來驅動，NPN三極體和PNP三極體都可以實現。如下圖所示使用PNP三極體來實現的。

PNP三極體的基極透過電阻接微控制器的GPIO口，發射管透過限流電阻接在PNP三極體的發射極上。當微控制器的GPIO輸出高電平時PNP三極體處於截止狀態紅外發射管不工作；當GPIO輸出低電平時PNP三極體導通發射管工作，發出肉眼不可見的紅外線，被接收管接收到。遙控器上的每一個按鍵都有一定的編碼，該編碼其實就是遵循一定規則的高低電平的脈衝，接收電路解析該脈衝從而執行對應的操作。

前文說過，紅外發射和紅外接收是一對，成對使用。發射管是白色的，接收管是黑色的。可以使用三極體搭建接收電路也可以使用比較器來搭建電路，下面用三極體電路展示紅外接收的電路。如下圖所示。

在沒有接收到紅外訊號時，接收管不導通，三極體Q1不導通，三極體Q3不導通，微控制器接收到持續的高電平；當接收管接收到紅外訊號時，微控制器接收到低電平。當遙控器的按鍵被按下時，按鍵對應的編碼脈衝就會被微控制器所接收到，微控制器解析該脈衝，就能知道遙控器上是哪個按鍵被按下，從而實現使用者的操作。

但是，黑色的紅外接收管抗干擾能力比較低，在設計電路的時候一般不選用，而是選用專用的紅外接收頭，最常用的型號為HS0038。而且，其紅外接收電路簡單，抗干擾能力強。

前文提到的脈衝編碼就是紅外發射和紅外接收之間的通訊內容，通訊這部分的資料或內容，被稱作通訊協議。一般來說，紅外通訊都遵循NEC的編碼協議規範。

NEC的協議規定，工作頻率為38KHz，其資料格式由如下幾部分構成：引導碼、使用者碼、使用者碼補碼、按鍵碼、按鍵碼補碼等。一個完整的按鍵/資料週期是108ms。NEC編碼規定0和1的編碼如下：

編碼0：0.56ms高電平+0.565ms低電平=1.125ms

編碼1：0.56ms高電平+1.685ms低電平=2.245ms，如下圖所示。

當遙控器的某一個按鍵被按下後，發射管就會發出一串包含引導碼、使用者碼、使用者碼補碼、按鍵碼、按鍵碼補碼的脈衝出來，脈衝如果要翻譯出來的話，就是看0和1的序列，長度為2.245ms的脈衝代表資料1，脈衝長度為1.125的脈衝代表資料0。類似的脈衝數據如下圖所示。

接收端的紅外專用探頭感應該部分脈衝並送入微控制器，微控制器透過解析脈衝數據，計算出使用者的按鍵資訊，再執行相應的命令和邏輯，這樣使用者就可以在沙發上遠端遙控空調和電視了。

現在的很多手機上集成了紅外發射電路，並帶有自學習功能可以根據操作說明讓手機去匹配裝置的編碼協議，協議匹配後就可以透過手機遙控電視、空調等裝置了，這時候手機就變成了遙控器。

由於通訊部分要處理比較複雜的資料，所以這類電路都是需要微控制器支援的。

我們要用單片機制作紅外發射訊號去遙控空調首先第一步我們要知道空調接受端所用的是何種通訊協議，在一些無線通訊協議中一般有日本的NEC 協議、Sharp（夏普） 協議、飛利浦公司的 RC-5 協議、索尼公司的 SIRC 協議等,而家庭中的家用電器大部分採用了NEC通訊協議。我想空調應該也是用這種通訊協議吧！如果不清楚用的是什麼通訊協議可以用邏輯分析儀抓取空調遙控器發出的訊號進行波形分析，然後透過軟體解析出通訊協議個發射格式就能夠判斷出所使用的通訊協議了。

我們知道了空調所能“識別”的語言之後，下面就要製作能夠發出這種“語言”的裝置了，這種裝置是由軟體和硬體兩部分組成。我們來本別表述一下，首先說硬體方面需要核心器件就是微控制器和紅外發射頭。如下圖中的白色類似二極體那樣的就是紅外發光二極體。

其電路原理圖如下圖所示，其硬體電路比較簡單，它主要發射兩種訊號一種是38KHZ的載波訊號另一種是控制訊號。這兩種訊號要進行調製後，最後由紅外發射二極體發射出去。控制訊號和載波訊號可以都有微控制器來完成，因為微控制器可以模擬輸出PWM訊號，對於38KHZ是完全可以勝任的。也可以只讓微控制器完成控制訊號輸出，而載波訊號可以由455KHZ的晶體振盪器然後經過 12 分頻得到 37.91KHZ，或者由時基電路NE555 來產生38KHZ的載波訊號。

紅外二極體發射出去的是經過微控制器編碼然後透過調製的訊號，在這個發射的訊號中包含了引導碼、使用者碼、使用者碼反碼、按鍵鍵碼和鍵碼反碼和一個停止位。

我們知道了紅外的通訊協議之後，空調接收到的訊號也是需要空調內部微處理器進行解碼才能控制的。解碼也是透過空調內部的軟體程式解碼出來的，比如運用微處理器的外部中斷後，當進入外部中斷時可以透過定時器定時，首先對引導碼判斷，然後對資料碼的每個位逐位獲取高低電平的時間，因而就會知道每一位是 0 還是 1，最終就能把資料碼解出來去控制空調的相應功能。