自制紅外遙控器波形傳輸協(xié)議

熊翊程　李翔　孟樂　李鵬

（1.許昌市第三高中，河南許昌　461000；2.環(huán)球雅思許昌分校，河南許昌　461000）

自制紅外遙控器波形傳輸協(xié)議

熊翊程1李翔2孟樂2李鵬2

（1.許昌市第三高中，河南許昌461000；2.環(huán)球雅思許昌分校，河南許昌461000）

自動紅外遙控器波形傳輸協(xié)議是采用波形壓縮方法，將控制命令轉(zhuǎn)化為一串波形數(shù)據(jù)，發(fā)送給紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，紅外轉(zhuǎn)發(fā)器將這些波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成發(fā)射波形發(fā)送出去，從而控制各種電器。本設計非常簡單地實現(xiàn)了紅外遙控波形的傳輸，在實際應用過程中獲得了滿意的效果。該協(xié)議可應用智能家居產(chǎn)品中對空調(diào)電動窗簾燈光音響等電器設備進行控制。

紅外遙控；紅外轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議；智能家居

紅外遙控是目前常用的一種通信和遙控方法，紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而其廣泛應用于各種家電產(chǎn)品、金融和商用設施，以及工業(yè)設備中。但是，各種產(chǎn)品的遙控并不能互相兼容，只能用各自的遙控器操作。在智能家居飛速發(fā)展的情況下，紅外轉(zhuǎn)發(fā)器應運而生。紅外轉(zhuǎn)發(fā)器可以將一個房間里家用電器的遙控集中到一起，真正實現(xiàn)了一臺紅外轉(zhuǎn)發(fā)器控制所有家用電器，它能夠發(fā)送各種電器的紅外控制命令，人們能夠通過手機或者PAD控制各種家用電器。

對于紅外轉(zhuǎn)發(fā)而言，轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議決定了轉(zhuǎn)發(fā)效率、波形描述的全面性、通用性，已有研究［1-3］均談及紅外轉(zhuǎn)發(fā)功能，但未涉及紅外波形數(shù)據(jù)的傳輸。

1　紅外遙控原理

人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中，紅光的波長范圍為0.62～0.76μm，紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為0.76～1.5μm的近紅外線來傳送控制信號。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩部分。紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應的電信號，再送后置放大器輸出。

2　一般紅外遙控信號編碼脈沖的波形

遙控器的載波主要分38K和40K兩種。空調(diào)遙控器均為38K載波，85%的其他家電為38K或40K載波。某遙控器載波波形如下1所示。

圖1　遙控器載波波形舉例

數(shù)據(jù)位編碼方式也有不同分類，比如PPM、PWM等。PPM以脈沖位置不同表示不同的編碼，如圖2所示，先發(fā)送載波再空閑表示邏輯1，先空閑再發(fā)送載波表示0，但是邏輯0和1的持續(xù)時間都是1 000us。PWM以脈沖寬度不同表示不同的編碼，如圖3所示，發(fā)送載波560us再空閑1 690us，表示邏輯1；發(fā)送載波560us后空閑560us，表示邏輯0。二者載波發(fā)送時間相等，空閑時間不等。

圖2　PPM編碼波形

圖3　PWM編碼波形

如圖4所示，是ITT協(xié)議編碼及傳遞波形，其特點是每個載波只有一個脈沖，通過空閑時間長短不同表示邏輯0/1。

圖4　ITT協(xié)議編碼及傳遞波形

紅外發(fā)送還包括前導碼、重復碼等，它們不是表示數(shù)據(jù)位，而是表示一個紅外幀的開始，或者表示重復上一幀數(shù)據(jù)。前導碼表示一幀數(shù)據(jù)的開始，比如9ms高電平（發(fā)送載波）接著4.5ms低電平（不發(fā)送載波）。

某遙控器重復碼定義是，以9ms高電平，2.25ms低電平，再0.56ms高電平定義為重復碼。持續(xù)按鍵時，該鍵編碼連續(xù)發(fā)送，首幀為數(shù)據(jù)幀，其后為重復碼，周期為108ms，如圖5所示。

圖5　遙控器功能編碼舉例

遙控器的遙控命令通過編碼方式下發(fā)。紅外遙控器發(fā)射的遙控編碼脈沖，由前導碼、系統(tǒng)碼、功能碼和功能碼的反碼組成，不同的遙控器，編碼也不一樣。圖6是某種遙控器的一個功能編碼。有些遙控器命令比較簡單，比如電視遙控器，每次發(fā)送不同的按鍵，比如頻道加減、音量加減等。有些遙控命令比較復雜，比如空調(diào)遙控器，每次下發(fā)的不是上、下、加、減等簡單鍵值，而是包括溫度、風速、定時等多個信息的一串數(shù)據(jù)。

圖6　遙控器功能編碼舉例

市場上有通用的學習型紅外遙控器，這種遙控器有學習的功能，但是面對不同的載波頻率、不同的編碼格式，特別是空調(diào)遙控器這種具有多個控制值域的遙控器，要嚴格識別出具體的碼字是不可能的。這些通用紅外遙控器只學習部分鍵值，不能實現(xiàn)全面功能的控制。

3　紅外遙控碼的傳輸協(xié)議

在互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的情況下，可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源。在網(wǎng)絡上查到各種遙控器的紅外遙控器發(fā)射參數(shù)和編碼。在手機、Pad上安裝應用程序，將紅外控制數(shù)據(jù)以通信的方式發(fā)送到紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)各種紅外設備的精確控制。本設計采用波形壓縮方法，將控制命令轉(zhuǎn)化為一串波形數(shù)據(jù)，發(fā)送給紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，紅外轉(zhuǎn)發(fā)器將這些波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成發(fā)射波形發(fā)送出去，從而控制各種電器（見表1）。

表1　紅外控制碼傳輸協(xié)議

表2　傳輸編碼實例（十六進制）

通過該協(xié)議，可以靈活控制紅外發(fā)射器，模擬各種不同的紅外遙控器。比如格力小王子空調(diào)，載波占空比為1/2，頻率是38kHZ；邏輯0：640us有載波+560us無載波；邏輯1：640us有載波+1 680us無載波；前導碼：9ms有載波+4.5ms無載波。可以計算出協(xié)議幀頭見表2：0D 26 28 23 94 11 00 80 02。

4　結論

在本設計中，考慮了各種不同紅外信號的編碼方式，通過通信獲取被控制設備紅外控制數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對家庭設備的精確控制。本設計不需要進行控制碼學習，從網(wǎng)上下載各廠家的紅外控制編碼，不必進行紅外學習，節(jié)約了硬件設備，并使電路簡化。本設計非常簡單地實現(xiàn)了紅外遙控信號的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，本設計的裝置已用于家庭中央控制器產(chǎn)品中對家居產(chǎn)品進行紅外控制操作，在實際應用過程中獲得了滿意的效果。

［1］朱一飛，王國棟，高闖，等.基于ZigBee的紅外轉(zhuǎn)發(fā)器的設計與實現(xiàn)［J］.電子測試，2013（9）：17-18.

［2］康春雨.紅外遙控信號無線轉(zhuǎn)發(fā)器［J］.無線電，2009（9）：80-82.

［3］李志為，盧偉雄，吳佳龍.多模式集成的低成本智能家居控制平臺［J］.中國科技信息，2013（11）：102-104.

Waveform Transmission Protocol for Self-made Infrared Remote Control Device

Xiong Yicheng1Li Xiang2Meng Le2Li Peng2
（1.Xuchang City Third High School，Xuchang Henan 461000；2.Global IELTS Xuchang，Xuchang Henan 461000）

Automatic infrared remote control transmission protocol is waveform using waveform compression method，the control command is converted to a string of waveform data sent to the infrared transponder，the infrared transpon?der waveform data into the signal sent out，so as to control the various appliances.This design is very simple to achieve the transmission of infrared remote control waveforms，has obtained satisfactory results in the application. The proposed protocol can be used in the smart home products for air conditioning electric curtains，lighting，sound and other electrical equipment control.

infrared remote control；infrared forwarding protocol；smart home

TP872

A

1003-5168（2016）08-0031-03

2016-07-12

熊翊程（1999-），男，高中在讀，研究方向：自制紅外遙控器波形傳輸。