?單片機(jī)紅外電路設(shè)計(jì)主要涉及發(fā)射模塊和接收模塊的硬件連接及信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理?，核心是通過(guò)51單片機(jī)控制紅外發(fā)射管和接收頭實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

紅外發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

核心組件：NE555定時(shí)器或單片機(jī)PWM生成38kHz載波信號(hào)，紅外發(fā)射管(如TSAL6238)調(diào)制后發(fā)射。 ?

調(diào)制方式：數(shù)據(jù)“0”時(shí)載波連續(xù)發(fā)送，“1”時(shí)關(guān)閉載波，通過(guò)三極管控制發(fā)射管導(dǎo)通。 ?

電路要求：發(fā)射功率需匹配接收端靈敏度(通常950nm波段)，載波頻率誤差需小于±10%。 ?

紅外接收模塊設(shè)計(jì)

核心組件：專(zhuān)用接收頭(如TSOP1738)集成濾波、放大、解調(diào)功能，輸出基帶信號(hào)。 ?

信號(hào)處理：接收頭內(nèi)部帶通濾波器(38kHz)抑制干擾，自動(dòng)增益控制適應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度變化。 ?

接口連接：接收頭輸出端接單片機(jī)IO口，需外接4.7μF濾波電容降低噪聲。 ?

通信協(xié)議與限制

數(shù)據(jù)傳輸：采用半雙工模式，波特率不超過(guò)3800 bps(受限于載波周期)。 ?

抗干擾措施：發(fā)射端需空間分集或漫射片均勻分布光強(qiáng)，接收端需自適應(yīng)判決電路。 ?

典型應(yīng)用場(chǎng)景

遙控開(kāi)關(guān)：通過(guò)發(fā)射模塊發(fā)送控制指令，接收模塊解碼后觸發(fā)繼電器。 ?

測(cè)溫系統(tǒng)：紅外傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)藍(lán)牙模塊傳輸至手機(jī)。 ?

本部分內(nèi)容包括，紅外發(fā)射部分原理、紅外接收部分原理以及軟件編碼部分原理。

1、紅外發(fā)射部分電路原理

紅外發(fā)射功能主要由紅外發(fā)射管來(lái)實(shí)現(xiàn)，紅外發(fā)射管在外觀上和透明的LED發(fā)光二極管極為相似，其驅(qū)動(dòng)和控制方式也一致。在使用單片機(jī)控制發(fā)射管時(shí)，一般使用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，NPN三極管和PNP三極管都可以實(shí)現(xiàn)。如下圖所示使用PNP三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

PNP三極管的基極通過(guò)電阻接單片機(jī)的GPIO口，發(fā)射管通過(guò)限流電阻接在PNP三極管的發(fā)射極上。當(dāng)單片機(jī)的GPIO輸出高電平時(shí)PNP三極管處于截止?fàn)顟B(tài)紅外發(fā)射管不工作;當(dāng)GPIO輸出低電平時(shí)PNP三極管導(dǎo)通發(fā)射管工作，發(fā)出肉眼不可見(jiàn)的紅外線(xiàn)，被接收管接收到。遙控器上的每一個(gè)按鍵都有一定的編碼，該編碼其實(shí)就是遵循一定規(guī)則的高低電平的脈沖，接收電路解析該脈沖從而執(zhí)行對(duì)應(yīng)的操作。

2、紅外接收部分電路原理

前文說(shuō)過(guò)，紅外發(fā)射和紅外接收是一對(duì)，成對(duì)使用。發(fā)射管是白色的，接收管是黑色的。可以使用三極管搭建接收電路也可以使用比較器來(lái)搭建電路，下面用三極管電路展示紅外接收的電路。

在沒(méi)有接收到紅外信號(hào)時(shí)，接收管不導(dǎo)通，三極管Q1不導(dǎo)通，三極管Q3不導(dǎo)通，單片機(jī)接收到持續(xù)的高電平;當(dāng)接收管接收到紅外信號(hào)時(shí)，單片機(jī)接收到低電平。當(dāng)遙控器的按鍵被按下時(shí)，按鍵對(duì)應(yīng)的編碼脈沖就會(huì)被單片機(jī)所接收到，單片機(jī)解析該脈沖，就能知道遙控器上是哪個(gè)按鍵被按下，從而實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的操作。但是，黑色的紅外接收管抗干擾能力比較低，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候一般不選用，而是選用專(zhuān)用的紅外接收頭，最常用的型號(hào)為HS0038。而且，其紅外接收電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。

3、紅外軟件編碼解析

前文提到的脈沖編碼就是紅外發(fā)射和紅外接收之間的通訊內(nèi)容，通訊這部分的數(shù)據(jù)或內(nèi)容，被稱(chēng)作通訊協(xié)議。一般來(lái)說(shuō)，紅外通訊都遵循NEC的編碼協(xié)議規(guī)范。NEC的協(xié)議規(guī)定，工作頻率為38KHz，其數(shù)據(jù)格式由如下幾部分構(gòu)成：引導(dǎo)碼、用戶(hù)碼、用戶(hù)碼補(bǔ)碼、按鍵碼、按鍵碼補(bǔ)碼等。一個(gè)完整的按鍵/數(shù)據(jù)周期是108ms。NEC編碼規(guī)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

當(dāng)遙控器的某一個(gè)按鍵被按下后，發(fā)射管就會(huì)發(fā)出一串包含引導(dǎo)碼、用戶(hù)碼、用戶(hù)碼補(bǔ)碼、按鍵碼、按鍵碼補(bǔ)碼的脈沖出來(lái)，脈沖如果要翻譯出來(lái)的話(huà)，就是看0和1的序列，長(zhǎng)度為2.245ms的脈沖代表數(shù)據(jù)1，脈沖長(zhǎng)度為1.125的脈沖代表數(shù)據(jù)0。

接收端的紅外專(zhuān)用探頭感應(yīng)該部分脈沖并送入單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)解析脈沖數(shù)據(jù)，計(jì)算出用戶(hù)的按鍵信息，再執(zhí)行相應(yīng)的命令和邏輯，這樣用戶(hù)就可以在沙發(fā)上遠(yuǎn)程遙控空調(diào)和電視了?，F(xiàn)在的很多手機(jī)上集成了紅外發(fā)射電路，并帶有自學(xué)習(xí)功能可以根據(jù)操作說(shuō)明讓手機(jī)去匹配設(shè)備的編碼協(xié)議，協(xié)議匹配后就可以通過(guò)手機(jī)遙控電視、空調(diào)等設(shè)備了，這時(shí)候手機(jī)就變成了遙控器。由于通訊部分要處理比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)，所以這類(lèi)電路都是需要單片機(jī)支持的。

單片機(jī)設(shè)計(jì)紅外線(xiàn)報(bào)警器的電路原理主要涉及電源電路、信號(hào)處理電路和報(bào)警輸出電路三大部分。通過(guò)合理配置這些電路，并編寫(xiě)相應(yīng)的單片機(jī)程序，我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能完善、性能穩(wěn)定的紅外線(xiàn)報(bào)警器。希望的詳細(xì)解析能為讀者在設(shè)計(jì)和制作紅外線(xiàn)報(bào)警器時(shí)提供有益的參考。