单片机红外电路设计原理

本部分内容包括，红外发射部分原理、红外接收部分原理以及软件编码部分原理。

1 红外发射部分电路原理

红外发射功能主要由红外发射管来实现，红外发射管在外观上和透明的LED发光二极管极为相似，其驱动和控制方式也一致。在使用单片机控制发射管时，一般使用三极管来驱动，NPN三极管和PNP三极管都可以实现。如下图所示使用PNP三极管来实现的。

PNP三极管的基极通过电阻接单片机的GPIO口，发射管通过限流电阻接在PNP三极管的发射极上。当单片机的GPIO输出高电平时PNP三极管处于截止状态红外发射管不工作；当GPIO输出低电平时PNP三极管导通发射管工作，发出肉眼不可见的红外线，被接收管接收到。遥控器上的每一个按键都有一定的编码，该编码其实就是遵循一定规则的高低电平的脉冲，接收电路解析该脉冲从而执行对应的操作。

2 红外接收部分电路原理

前文说过，红外发射和红外接收是一对，成对使用。发射管是白色的，接收管是黑色的。可以使用三极管搭建接收电路也可以使用比较器来搭建电路，下面用三极管电路展示红外接收的电路。如下图所示。

在没有接收到红外信号时，接收管不导通，三极管Q1不导通，三极管Q3不导通，单片机接收到持续的高电平；当接收管接收到红外信号时，单片机接收到低电平。当遥控器的按键被按下时，按键对应的编码脉冲就会被单片机所接收到，单片机解析该脉冲，就能知道遥控器上是哪个按键被按下，从而实现用户的操作。

但是，黑色的红外接收管抗干扰能力比较低，在设计电路的时候一般不选用，而是选用专用的红外接收头，最常用的型号为HS0038。而且，其红外接收电路简单，抗干扰能力强。

4 红外软件编码解析

前文提到的脉冲编码就是红外发射和红外接收之间的通讯内容，通讯这部分的数据或内容，被称作通讯协议。一般来说，红外通讯都遵循NEC的编码协议规范。

NEC的协议规定，工作频率为38KHz，其数据格式由如下几部分构成：引导码、用户码、用户码补码、按键码、按键码补码等。一个完整的按键/数据周期是108ms。NEC编码规定0和1的编码如下：

编码0：0.56ms高电平+0.565ms低电平=1.125ms

编码1：0.56ms高电平+1.685ms低电平=2.245ms，如下图所示。

当遥控器的某一个按键被按下后，发射管就会发出一串包含引导码、用户码、用户码补码、按键码、按键码补码的脉冲出来，脉冲如果要翻译出来的话，就是看0和1的序列，长度为2.245ms的脉冲代表数据1，脉冲长度为1.125的脉冲代表数据0。类似的脉冲数据如下图所示。

接收端的红外专用探头感应该部分脉冲并送入单片机，单片机通过解析脉冲数据，计算出用户的按键信息，再执行相应的命令和逻辑，这样用户就可以在沙发上远程遥控空调和电视了。

现在的很多手机上集成了红外发射电路，并带有自学习功能可以根据操作说明让手机去匹配设备的编码协议，协议匹配后就可以通过手机遥控电视、空调等设备了，这时候手机就变成了遥控器。

由于通讯部分要处理比较复杂的数据，所以这类电路都是需要单片机支持的。