Cooper Maa: 紅外線遙控原理與 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:

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。
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

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 便可以擴展成為 16-bit。