在实际的通信领域,发出来的信号一般有较宽的频谱,而且都是在比较低的频率段分布大量的能量,所以称之为基带信号,这种信号是不适合直接在信道中传输的。为便于传输、提高抗干扰能力和有效的利用带宽,通常需要将信号调制到适合信道和噪声特性的频率范围内进行传输,这就叫做信号调制。在通信系统的接收端要对接收到的信号进行解调,恢复出原来的基带信号。这部分通信原理的内容,大家了解一下即可。

我们平时用到的红外遥控器里的红外通信,通常是使用38K左右的载波进行调制的,下面我把原理大概给大家介绍一下,了解一下,先看发送部分原理。

调制:就是用待传送信号去控制某个高频信号的幅度、相位、频率等参量变化的过程,即用一个信号去装载另一个信号。比如我们的红外遥控信号要发送的时候,先经过38K调制,如图16-4所示。

图16-4 红外信号调制

红外遥控原理图_红外遥控器的通信原理

原始信号就是我们要发送的一个数据“0”位或者一位数据“1”位,而所谓38K载波就是频率为38K的方波信号,调制后信号就是最终我们发射出去的波形。我们使用原始信号来控制38K载波,当信号是数据“0”的时候,38K载波毫无保留的全部发送出去,当信号是数据“1”的时候,不发送任何载波信号。

那在原理上,我们如何从电路的角度去实现这个功能呢?如图16-5所示。

图16-5 红外发射原理图

红外遥控原理图_红外遥控器的通信原理

38K载波,我们可以用455K晶振,经过12分频得到37.91K,也可以由时基电路NE555来产生,或者使用单片机的PWM来产生。当信号输出引脚输出高电平时,Q2截止,不管38K载波信号如何控制Q1,右侧的竖向支路都不会导通,红外管L1不会发送任何信息。当信号输出是低电平的时候,那么38K载波就会通过Q1释放出来,在L1上产生38K的载波信号。这里要说明的是,大多数家电遥控器的38K的占空比是1/3,也有1/2的,但是相对少一些。

正常的通信来讲,接收端要首先对信号通过监测、放大、滤波、解调等等一系列电路处理,然后输出基带信号。但是红外通信的一体化接收头HS0038B,已经把这些电路全部集成到一起了,我们只需要把这个电路接上去,就可以直接输出我们所要的基带信号了,如图16-6所示。

图16-6 红外接收原理图

红外遥控原理图_红外遥控器的通信原理

由于红外接收头内部放大器的增益很大,很容易引起干扰,因此在接收头供电引脚上必须加上滤波电容,官方手册给的值是4.7uF,我们这里直接用的10uF,手册里还要求在供电引脚和电源之间串联100欧的电阻,进一步降低干扰。

图16-6所示的电路,用来接收图16-5电路发送出来的波形,当HS0038监测到有38K的红外信号时,就会在OUT引脚输出低电平,当没有38K的时候,OUT引脚就会输出高电平。那我们把OUT引脚接到单片机的IO口上,通过编程,就可以获取红外通信发过来的数据了。

大家想想,OUT引脚输出的数据是不是又恢复成为基带信号数据了呢?那我们单片机在接收这个基带信号数据的时候,如何判断接收到的是什么数据,应该遵循什么协议呢?像我们前边学到的UART、I2C、SPI等通信协议都是基带通信的通信协议,而红外的38K仅仅是对基带信号进行调制解调,让信号更适合在信号中传输。

由于我们的红外调制信号是半双工的,而且同时空间只能允许一个信号源,所以我们红外的基带信号不适合在I2C或者SPI通信协议中进行的,我们前边提到过UART虽然是2条线,但是通信的时候,实际上一条线即可,所以红外可以在UART中进行通信。当然,这个通信也不是没有限制的,比如在HS0038B的数据手册中标明,要想让HS0038B识别到38K的红外信号,那么这个38K的载波必须要大于10个周期,这就限定了我们红外通信的基带信号的比特率必须不能高于3800,那如果把串口输出的信号直接用38K调制的话,波特率也就不能高于3800。

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