CN103701531A - 红外发射电路、红外接收电路及红外收发系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了红外发射电路、红外接收电路及红外收发系统。红外发射电路,其包括串口发射端和红外发光管，串口发射端的输出端依次连接有第一反相器和第二反相器，红外发光管的正极与第一反相器的输出端连接，红外发光管的负极与第二反相器的输出端连接。红外接收电路，其包括红外接收管，红外接收管的输出端依次连接有小信号放大模块、信号限幅模块、电平转换模块和串口接收端。红外收发系统，其包括红外发射电路和红外接收电路，红外接收电路用于接收来自红外发射电路的红外信号。本发明利用分立元器件实现红外信号的发射和接收，具有红外通信抗干扰能力强，节省成本的优点。

Description

红外发射电路、红外接收电路及红外收发系统

技术领域

本发明涉及无线传输系统，尤其涉及一种红外接收电路，本发明还涉及一种红外发射电路及红外收发系统。

背景技术

红外传输是一种点对点的无线传输方式。红外发射器是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线接收器是一种可以接收红外信号并能独立完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的器件，适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

现有技术中，红外收发系统主要通过红外通信解码芯片来实现，红外通信解码芯片价格昂贵，且收发电路集成在一起，容易互相干扰，在需要双向通信的场合不适用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于分立元器件的、低成本、发射性能好的红外发射电路。

为了解决上述技术问题，本发明的第二个目的是提供一种基于分立元器件的、低成本、接收性能好的红外接收电路。

为了解决上述技术问题，本发明的第三个目的是提供一种基于分立元器件的、低成本、收发性能好的红外收发电路。

本发明所采用的技术方案是：

一种红外发射电路,其包括串口发射端和红外发光管，所述串口发射端的输出端依次连接有第一反相器和第二反相器，所述红外发光管的正极与第一反相器的输出端连接，所述红外发光管的负极与第二反相器的输出端连接。

优选的，其还包括第三反相器和第四反相器，所述第三反相器的输入端与串口发射端的输出端连接，所述第三反相器的输出端与红外发光管的正极连接，所述第四反相器的输入端与第三反相器的输出端连接，所述第四反相器的输出端与红外发光管的负极连接。

一种红外接收电路，其包括红外接收管，所述红外接收管的输出端依次连接有小信号放大模块、信号限幅模块、电平转换模块和串口接收端。

优选的，所述小信号放大模块包括一级反相放大子模块、二级同向放大子模块、第五电阻、第六电阻和参考电压端，所述一级反相放大子模块包括第一运算放大器和第四电阻，所述第一运算放大器的负极输入端连接到红外接收管的正极，所述第一运算放大器的正极输入端连接到红外接收管的负极，所述第一运算放大器的正极输入端连接到参考电压端，所述第一运算放大器的输出端通过第四电阻连接到负极输入端，所述二级同向放大子模块包括第二运算放大器、第七电阻和第八电阻，所述第二运算放大器的正极输入端通过第五电阻与第一运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的负极输入端通过第七电阻与参考电压端连接，所述第二运算放大器的输出端通过第八电阻连接到负极输入端，所述第二运算放大器的输出端通过第六电阻连接到第一运算放大器的负极输入端，所述第二运算放大器的输出端连接到信号限幅模块。

优选的，所述信号限幅模块包括第三级反向限幅子模块、第四级反向子模块和参考电压端，所述第三级反向限幅子模块包括第三运算放大器、第一二极管、第二二极管和第一电容，所述第三运算放大器的负极输入端连接到小信号放大模块，所述第一二极管的正极与第三运算放大器的负极输入端连接，所述第一二极管的负极与第三运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的正极与第三运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的负极与第三运算放大器的负极输入端连接，所述第三运算放大器的负极输入端通过第一电容连接到输出端，

所述第四级反向子模块包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的负极输入端与第三运算放大器的输出端连接，所述第四运算放大器的正极输入端与参考电压端连接，所述第四运算放大器的输出端与电平转换模块连接。

优选的，所述电平转换模块包括第一电源端、第三二极管和上拉电阻，所述第三二极管的负极连接到信号限幅模块，所述第三二极管的正极通过上拉电阻连接到第一电源端，所述第三二极管的正极与串口接收端连接。

优选的，所述电平转换模块还包括第四二极管，所述第四二极管与第三二极管同向并联。

优选的，其还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻与红外接收管并联，所述红外发光管的正极通过第二电阻连接到小信号放大模块，所述红外发光管的负极通过第三电阻连接到小信号放大模块。

优选的，其还包括第一耦合电容、第二耦合电容和第九电阻，所述第一耦合电容与第九电阻串联后与第二耦合电容并联，所述第二耦合电容的一端与小信号放大模块连接，另一端与信号限幅模块连接。

一种红外收发系统，其包括红外发射电路和红外接收电路，所述红外接收电路用于接收来自红外发射电路的红外信号。

本发明的第一个有益效果是：

本发明一种红外发射电路利用分立元器件实现红外信号的放大和反射，具有红外通信抗干扰能力强，节省成本的优点。

本发明的第二个有益效果是：

本发明一种红外接收电路通红外遥控接收管和外围电路，可以完成对红外信号的前置放大、限幅放大、带通滤波、波形整形，只需加上简单的外围电路即可直接由红外信号转换为串口信号。使用该设计可以优化电路设计，降低物料成本。

本发明的第三个有益效果是：

本发明一种红外收发系统通过分立元器件实现红外信号的收发，具有红外通信抗干扰能力强，节省成本的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种红外发射电路的电路框图；

图2是本发明一种红外发射电路一种实施例的电路原理图；

图3是本发明一种红外接收电路的电路框图；

图4是本发明一种红外接收电路一种实施例的电路原理图；

图5是本发明一种红外收发系统的电路框图；

图6是本发明一种红外接收电路中各级波形示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种红外发射电路,其包括串口发射端和红外发光管L1A，所述串口发射端的输出端依次连接有第一反相器U1A和第二反相器U2A，所述红外发光管L1A的正极与第一反相器U1A的输出端连接，所述红外发光管L1A的负极与第二反相器U2A的输出端连接。其还包括第三反相器U3A和第四反相器U4A，所述第三反相器U3A的输入端与串口发射端的输出端连接，所述第三反相器U3A的输出端与红外发光管L1A的正极连接，所述第四反相器U4A的输入端与第三反相器U3A的输出端连接，所述第四反相器U4A的输出端与红外发光管L1A的负极连接。

如图2所示，作为红外发射电路较佳的实施例，红外发光管L1A为红外发光二极管，反相器均采用74HC04反相器。红外发射电路的具体电路中，还包括第一限流电阻R1A、第二限流电阻R2A、第三限流电阻R3A和第四限流电阻R4A，第一反相器U1A的输出端通过第一限流电阻R1A连接到红外发光管L1A的正极，第二反相器U2A的输出端通过第三限流电阻R3A连接到红外发光管L1A的负极，第三反相器U3A的输出端通过第二限流电阻R2A连接到红外发光管L1A的正极，第四方向器的输出端通过第四限流电阻R4A连接到红外发光管L1A的负极。各限流电阻起到电路限流作用。其中，串口发射端的信号经过第一反相器U1A和第三反相器U3A后，驱动红外发光管L1A，使红外发光管L1A发光。使用两个反相器（第一反相器U1A和第三反相器U3A）的目的是增强红外发光管L1A的驱动能力，单个反相器的输出电流达到20mA，这样保证能驱动红外发光管L1A发光。当然，也可以采用多个反相器增强红外发光管L1A的驱动能力。

红外发射电路工作原理为：当串口发射端输出高电平后，分别经过第一反相器U1A和第三反相器U3A后，信号变为低电平，即红外发光管L1A的正极为低电平，所以红外发光管L1A不能发光。当串口发射端输出低电平后，分别经过第一反相器U1A和第三反相器U3A后,信号变为高电平，即红外发光管L1A的正极为高电平；高电平信号再分别经过第二反相器U2A和第四反相器U4A之后变为低电平，即红外发光管L1A的负极为低电平，所以红外发光管L1A发光，红外信号可以发送出去。本发明一种红外发射电路利用分立元器件实现红外信号的放大和反射，具有红外通信抗干扰能力强，节省成本的优点。上述可知，红外发光管L1A发射的信号为串口发射端发送信号的反相信号，即红外发光管L1A发射的信号与串口发射端发送信号相比相移180度。

如图3所示，一种红外接收电路，其包括红外接收管L1B，所述红外接收管L1B的输出端依次连接有小信号放大模块、信号限幅模块、电平转换模块和串口接收端RXD。应用普通红外接收管L1B，实现接收红外发射电路发射的红外信号。红外接收管L1B接收到红外信号后，先由小信号放大模块放大，再经过信号限幅模块放大，最后经过电平转换模块转换成为标准的TTL串口信号输出到串口接收端RXD。

如图4所示，红外接收电路使用分立元器件搭建实现。作为较佳实施例，所述小信号放大模块包括一级反相放大子模块、二级同向放大子模块、第五电阻R5B、第六电阻R6B和参考电压端VREF，所述一级反相放大子模块包括第一运算放大器U1B和第四电阻R4B，所述第一运算放大器U1B的负极输入端连接到红外接收管L1B的正极，所述第一运算放大器U1B的正极输入端连接到红外接收管L1B的负极，所述第一运算放大器U1B的正极输入端连接到参考电压端VREF，所述第一运算放大器U1B的输出端通过第四电阻R4B连接到负极输入端，所述二级同向放大子模块包括第二运算放大器U2B、第七电阻R7B和第八电阻R8B，所述第二运算放大器U2B的正极输入端通过第五电阻R5B与第一运算放大器U1B的输出端连接，所述第二运算放大器U2B的负极输入端通过第七电阻R7B与参考电压端VREF连接，所述第二运算放大器U2B的输出端通过第八电阻R8B连接到负极输入端，所述第二运算放大器U2B的输出端通过第六电阻R6B连接到第一运算放大器U1B的负极输入端，所述第二运算放大器U2B的输出端连接到信号限幅模块。所述信号限幅模块包括第三级反向限幅子模块、第四级反向子模块和参考电压端VREF，所述第三级反向限幅子模块包括第三运算放大器U3B、第一二极管D1B、第二二极管D2B和第一电容，所述第三运算放大器U3B的负极输入端连接到小信号放大模块，所述第一二极管D1B的正极与第三运算放大器U3B的负极输入端连接，所述第一二极管D1B的负极与第三运算放大器U3B的输出端连接，所述第二二极管D2B的正极与第三运算放大器U3B的输出端连接，所述第二二极管D2B的负极与第三运算放大器U3B的负极输入端连接，所述第三运算放大器U3B的负极输入端通过第一电容连接到输出端，所述第四级反向子模块包括第四运算放大器U4B，所述第四运算放大器U4B的负极输入端与第三运算放大器U3B的输出端连接，所述第四运算放大器U4B的正极输入端与参考电压端VREF连接，所述第四运算放大器U4B的输出端与电平转换模块连接。所述电平转换模块包括第一电源端VCC、第三二极管D3B和上拉电阻R10B，所述第三二极管D3B的负极连接到信号限幅模块，所述第三二极管D3B的正极通过上拉电阻R10B连接到第一电源端VCC，所述第三二极管D3B的正极与串口接收端RXD连接。所述电平转换模块还包括第四二极管D4B，所述第四二极管D4B与第三二极管D3B同向并联。优选的，其还包括第一电阻R1B、第二电阻R2B和第三电阻R3B，所述第一电阻R1B与红外接收管L1B并联，所述红外发光管L1A的正极通过第二电阻R2B连接到小信号放大模块，所述红外发光管L1A的负极通过第三电阻R3B连接到小信号放大模块。其还包括第一耦合电容C1B、第二耦合电容C2B和第九电阻R9B，所述第一耦合电容C1B与第九电阻R9B串联后与第二耦合电容C2B并联，所述第二耦合电容C2B的一端与小信号放大模块连接，另一端与信号限幅模块连接。

如图6所示，下面以串口接收端RXD在38400波特率下进行通信为例，说明红外接收电路接收红外信号后的处理过程。

串口信号S0为原始串口发送信号。一级反相放大子模块将红外管接收的数据反向放大后输出一级信号S1，跟初始红外接收管L1B接收信号相比相移180度。由于红外接收管L1B输出波形和一级信号S1波形很微弱，只有几十毫伏左右，所以波形无法测量，图6中示出一级信号S1示意图。

一级信号S1经过二级同向放大子模块正向放大后输出二级信号S2，相比一级信号S1波形无相移，如图6所示，可以看出两者相位相同。但是第一级波形很微弱，测试带来的噪声严重影响了真实波形。

二级信号S2经过第三级反向限幅子模块反向限幅放大后输出三级信号S3，三级信号S3相比二级信号S2波形相移180度。

三级信号S3经过第四级反向子模块反向后输出四级信号S4，四级信号S4输出波形相比三级信号S3波形相移180度，波形如图6所示。

四级信号S4经过电平转换模块实现电平转换，两者波形无相移。由于四级信号S4的高电平是5V，串口接收端RXD电平是3.3V，所以在终端需要一个电平转换模块。

最后可以看出，相对于红外接收管L1B初始接收信号，一级信号S1相移180度、二级信号S2无相移、三级信号S3相移180度、四级信号S4相移180度。最终输出的波形跟红外接收管L1B初始接收信号相移180度。由于发送的数据串口信号S0即是反向发送，所以最终串口发送端TXD和串口接收端RXD数据同向。

本发明一种红外接收电路通红外遥控接收管和外围电路，可以完成对红外信号的前置放大、限幅放大、带通滤波、波形整形，只需加上简单的外围电路即可直接由红外信号转换为串口信号。使用该设计可以优化电路设计，降低物料成本。

如图5所示，一种红外收发系统，其包括红外发射电路和红外接收电路，所述红外接收电路用于接收来自红外发射电路的红外信号。本发明一种红外收发系统通过分立元器件实现红外信号的收发，具有红外通信抗干扰能力强，节省成本的优点。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种红外发射电路,其特征在于：其包括串口发射端和红外发光管，所述串口发射端的输出端依次连接有第一反相器和第二反相器，所述红外发光管的正极与第一反相器的输出端连接，所述红外发光管的负极与第二反相器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种红外发射电路，其特征在于：其还包括第三反相器和第四反相器，所述第三反相器的输入端与串口发射端的输出端连接，所述第三反相器的输出端与红外发光管的正极连接，所述第四反相器的输入端与第三反相器的输出端连接，所述第四反相器的输出端与红外发光管的负极连接。

3.一种红外接收电路，其特征在于：其包括红外接收管，所述红外接收管的输出端依次连接有小信号放大模块、信号限幅模块、电平转换模块和串口接收端。

4.根据权利要求3所述的一种红外接收电路，其特征在于：所述小信号放大模块包括一级反相放大子模块、二级同向放大子模块、第五电阻、第六电阻和参考电压端，

所述一级反相放大子模块包括第一运算放大器和第四电阻，所述第一运算放大器的负极输入端连接到红外接收管的正极，所述第一运算放大器的正极输入端连接到红外接收管的负极，所述第一运算放大器的正极输入端连接到参考电压端，所述第一运算放大器的输出端通过第四电阻连接到负极输入端，

所述二级同向放大子模块包括第二运算放大器、第七电阻和第八电阻，所述第二运算放大器的正极输入端通过第五电阻与第一运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器的负极输入端通过第七电阻与参考电压端连接，所述第二运算放大器的输出端通过第八电阻连接到负极输入端，所述第二运算放大器的输出端通过第六电阻连接到第一运算放大器的负极输入端，所述第二运算放大器的输出端连接到信号限幅模块。

5.根据权利要求3所述的一种红外接收电路，其特征在于：所述信号限幅模块包括第三级反向限幅子模块、第四级反向子模块和参考电压端，

所述第三级反向限幅子模块包括第三运算放大器、第一二极管、第二二极管和第一电容，所述第三运算放大器的负极输入端连接到小信号放大模块，所述第一二极管的正极与第三运算放大器的负极输入端连接，所述第一二极管的负极与第三运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的正极与第三运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的负极与第三运算放大器的负极输入端连接，所述第三运算放大器的负极输入端通过第一电容连接到输出端，

所述第四级反向子模块包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的负极输入端与第三运算放大器的输出端连接，所述第四运算放大器的正极输入端与参考电压端连接，所述第四运算放大器的输出端与电平转换模块连接。

6.根据权利要求3所述的一种红外接收电路，其特征在于：所述电平转换模块包括第一电源端、第三二极管和上拉电阻，所述第三二极管的负极连接到信号限幅模块，所述第三二极管的正极通过上拉电阻连接到第一电源端，所述第三二极管的正极与串口接收端连接。

7.根据权利要求6所述的一种红外接收电路，其特征在于：所述电平转换模块还包括第四二极管，所述第四二极管与第三二极管同向并联。

8.根据权利要求3所述的一种红外接收电路，其特征在于：其还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻与红外接收管并联，所述红外发光管的正极通过第二电阻连接到小信号放大模块，所述红外发光管的负极通过第三电阻连接到小信号放大模块。

9.根据权利要求3所述的一种红外接收电路，其特征在于：其还包括第一耦合电容、第二耦合电容和第九电阻，所述第一耦合电容与第九电阻串联后与第二耦合电容并联，所述第二耦合电容的一端与小信号放大模块连接，另一端与信号限幅模块连接。

10.一种红外收发系统，其特征在于：其包括权利要求1或2所述的红外发射电路和权利要求3至9所述的红外接收电路，所述红外接收电路用于接收来自红外发射电路的红外信号。

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