紅外線遙控原理與 NEC IR Protocol

Introduction

本文介紹紅外線遙控原理與 NEC IR Protocol。


Highlights

本文討論下列項目:


  • 紅外線遙控原理
  • NEC IR Protocol

紅外線遙控原理

紅 外線是目前最常見的一種無線通訊,普遍使用在家電以及玩具產品,如電視、音響、錄放影機、冷氣機、DVD、MP3 Player、遙控車等。紅外線遙控之所以被大量採使用,主要是因為紅外線裝置體積小、成本低、耗電少及硬體設計容易。下圖是紅外線發射器 (Transmitter 或稱 IR LED)和接收器(Receiver)常見外觀,一般來說,紅外線遙控系統由發射器和接收器這兩部份組成。



紅 外線是不可見光,其實生活中充滿了紅外線,只是我們看不到。紅外線主要來自太陽,不過很多物體也會發射紅外線,例如燈泡、蠟燭、中央空調等,甚至人體也會 散發紅外線。人體所發出的紅外線的量是可以偵測的,耳溫槍就是利用這個道理測量人的體溫。有這麼多紅外線光源,當然會對遙控造成干擾,所以得做一些預防措 施確保通訊正確。



避 免干擾的解藥是 Modulation。我們講話速度若適當,不徐不急,聽得舒服,聽者自然不漏接。相同的道理,利用 Modulation 讓 IR LED 以特定的頻率閃爍,Receiver 端也調整到同樣的頻率,便可以忽略干擾。在上圖中,可以看到調變訊號 (Modulated signal)在驅動 IR LED 發射訊號,而偵測到的訊號則從右手邊的 receiver 跑出來。


在 Serial 通訊中常會提到 mark 和 space 狀態。space 是紅外線的預設訊號,Transmitter 處於 off 狀態,這時 IR LED 不會發射光亮;而在 mark 狀態 IR LED 會以特定的頻率送出 on/off 脈衝(Pulse)。消費電子一般使用 30kHz 到 60kHz 的頻率。


兩點注意事項:


  1. 因為 Receiver 會把訊號反向,所以從 Receiver 這端來看,space 意味著 high level 訊號輸出,而 mark 則是 low level 訊號輸出。
  2. 要 特別注意 mark 跟 space 並非我們要傳輸的 1 與 0 數位訊號。mark 跟 space 以及 1 與 0 之間的關係是由所用的 protocol 決定的。目前 IR Protocol 有相當多種,如 NEC, Phlips RC5, RC6, RC-MM, Toshiba, Sharp, JVC, Sony SIRC 等。

NEC IR Protocol

Features

NEC format 特點摘要如下,詳細後述:


  • 8-bit Custom Code 與 8-bit Data Code
  • 38kHz 的 Carrier freqeuncy
  • 使用 PPM (Pulse Position Modulation)
  • Bit time 為 1.125ms 和 2.25ms
Protocol

如 下圖,NEC format 由 Leader code, 8-bit Custom Code, 8-bit Data Code 組成。Leader code 包含 9ms 載波(carrier waveform) 和 4.5ms 的 OFF waveform。Custom Code 和 Data Code 各傳輸兩次,第二次是反向後的結果,目的是讓 Receiver 驗證資料。如果不在乎可靠性,可以不要做反相,Custom Code 和 Data Code 便擴展成為 16-bit。



Bit data format:


  • 560us 的 Pulse 加上 1690us 的 space 共計 2.25ms 的波形代表 1
  • 560us 的 Pulse 加上 560us 的 space 共計 1.12ms 的波形代表 0


Pulse 係由很多 on/off 交替的訊號所組成:


  • Carrier frequency = 38kHz
  • duty factor = 1/3
  • period = 26.5us


按著遙控器按鈕不放,會發出連發指令。連發指令有兩種形式,一種是每次都發射送同樣的 code,好處是可以避免干擾,缺點是耗電。另一種是在送出正常指令的 code 後緊接著只傳送簡短的 Repeat code:



Repeat code 由 9ms 載波(carrier waveform) 和 2.25ms 的 space 以及一個 560us Pulse 組成:



參考資料



http://coopermaa2nd.blogspot.com/2010/01/nec-ir-protocol.html



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