红外遥控接收发射原理及 ESP8266 实现

红外遥控是利用近红外光进行数据传输的一种控制方式。近红外光波长 0.76um~1.5um ，红外遥控收发器件波长一般为 0.8um~0.94um ，具有传输效率高，成本低，电路实现简单，抗干扰强等特点，在家用电器上被广泛使用。

红外遥控一般有发射和接收两部分组成，发射元件为红外发射管，接收一般采用一体化红外接收头，但发射载波频率与接收头固定频率需一致才能正确接收。

一、发射

1. 调制

红外遥控是以调制方式发射数据，将数据调制到固定的载波上发送，调制发送抗干扰能力更强，传送距离也更远。红外发送首先要解决的就是调制问题。

目前主流的调制方式有 PPM 和 PWM。

• PPM：脉冲位置调制，调制脉冲宽度不变，用脉冲间隔来区分 0 和 1。如下图所示，脉冲宽度不变都是 560us，脉冲间隔改变。逻辑 1 总时间为 2.25ms，逻辑 0 中时间长度为 1.12ms。

图 1：PPM 调制

• PWM：脉冲宽度调制，脉冲间隔不变，调制脉冲宽度改变。如下图所示，脉冲间隔 为 600us，脉冲宽度不同。逻辑 1 高电平时间为 1.2ms，逻辑 0 高电平时间为 0.6ms。

图 2：PWM 调制

调制载波频率一般在 30KHz 到 60KHz 之间，常用的载波有 33K，36K，36.6K，38K，40K，56K 等，其中 38K 使用最多。

常用占空比有 1/3、1/2，1/3 最多。

2. 红外传输协议

常用的红外传输协议有 ITT 协议、NEC 协议、Nokia NRC 协议、Sharp 协议、Philips RC-5、RC-6 RECS-80 协议、Sony SIRC 协议等，其中最常见的为 NEC 协议。

常见 NEC 协议分析：

l 载波 38KHz，逻辑 1 为 2.25ms，脉冲时间 560us；逻辑 0 为 1.12ms，脉冲时间 560us

图 3：NEC 逻辑’0’与逻辑’1’

l 协议格式

图 4：NEC 红外载波发送协议

(1) 首先发送 9ms 的高电平脉冲

(2) 然后发送 4.5ms 的低电平

(3) 接下来是 8bit 的地址码（低位在前）

(4) 然后是 8bit 的地址反码，用于检验地址码是否出错

(5) 接下来的是 8bit 的命令码（低位在前）

(6) 然后是 8bit 的命令反码，用于检验命令码是否出错。

l 重复码

 图 5：NEC 重复发送载波协议

如果一直按着一个键，将以 110ms 为周期发送重复码，重复码由 9ms 高电平、2.25ms 低电平及 560us 高电平组成。

图 6：NEC 重复码

3. 编码

虽然不同协议都对各自的协议格式做了不同定义，但总体而言还是有高低电平组成的一串数据。

对于红外发射，就是按照协议规定高电平时间内，在红外输出口输出固定频率载波；低电平则直接输出低。红外接收头接到载波时输出高电平，没有载波时输出低电平，完成数据解码。

图 7：NEC 解码后协议

二、接收

红外接收常采用一体化红外接收头，集红外接收、放大、滤波、比较器输出等功能，并输出 MCU 可识别的 TTL 信号的。常用的一体化红外接收头有 SCR638、HS0038、VS1838 等。

SCR638

HS0038

图 8：一体化接收头

红外接收应用电路图：

图 9：红外接收典型应用

三、ESP8266 红外发送与接收

ESP8266 定义了 1 个 IR 红外遥控接口，IR 红外遥控接口由软件实现，接口定义如下：

图 10：ESP8266 红外管脚定义

1. 发送

在 ESP8266 上用于发送的载波可以通过以下方式实现：

1) I2S 的 BCK

2) WS 管脚产生

3) 由 GPIO 中的 sigma-delta 功能在任意 GPIO 口产生载波。

其中 sigma-delta 产生的载波占空比约为 20%，推荐使用 MTMS 管脚（GPIO14），可产生准确的 38KHz 且占空比为 50%的标准方波。

2. 接收

红外接收功能通过 GPIO 的边沿中断实现，读取系统时间，将 2 次时间相减可以得到波形持续时间，然后通过软件逻辑实现红外协议处理。