专利名称：红外发射电路、红外遥控系统的发射端及其实现方法
技术领域：
本申请涉及一种红外遥控系统的发射端，特别是涉及其中的红外发射电路。
背景技术：
红外遥控技术在工业控制、家电领域的应用广泛，典型应用诸如电视机、空调器的遥控器等。一般的红外遥控系统至少包括发射端和接收端两部分。请参阅图1，红外遥控系统的发射端包括:——人机界面，可以是硬件形式的按键或操纵杆，也可以是软件界面等，用来接收用户下达的操作指令。—指令编码电路，将人机界面传递来的操作指令进行编码，形成红外控制码。——调制电路，将红外控制码调制到载波上，形成调制信号。所述载波信号或者由硬件的振荡器电路产生、或者由CPU通过定时中断的软件方式生成，通常为连续的方波信号。一般的红外控制码的频率只有几百Hz，而载波信号的频率为几十KHz，常用的调制方式为脉宽调制(PWM)和脉冲位置调制(PPM)。——发射电路，将调制信号由电信号形式变成红外光信号发射出去。常见的发射电路为红外发光二极管。调制信号通常先经过功率放大后，再进入发射电路。请参阅图2,红外遥控系统的接收端包括:——接收电路，接收红外光信号并转变为电信号。常见的接收电路为红外光电二极管。转变后的电信号就是发射端所产生的调制信号，通常还需进行放大、滤波、检波、整形等步骤。—解调电路，从转变后的电信号中解调出红外控制码。—指令译码电路，将红外控制码译码为操作指令。—驱动电路，控制各个执行机构根据操作指令进行相应操作。现在已经可以在手机等移动终端上实现红外遥控系统的发射端功能。申请公布号为CN102368350A、申请公布日为2012年3月7日的中国发明专利申请(以下简称A申请)公开了一种基于手机实现通用性红外遥控器的装置和方法。A申请中的装置主要由微处理器芯片、外围器件、电源、耳机插头组成，同时具有红外遥控发射和学习功能。该装置与手机之间通过耳机插头连接，并采用串口通信模式。两者之间的通信数据以字节形式预先录制成256种音频文件，通过分析音频文件得知所代表的的字节数据。由于说明书的记载并不详细，从本领域的一般技术人员的角度推测，该装置与手机之间所传输的是红外控制码。一方面，微处理器芯片根据红外控制码进行信号调制并由外围器件发送出去，即“发射”功能；另一方面，外围器件接收红外光信号并由微处理器芯片分析出红外控制码后回传给手机，即“学习”功能。授权公告号为CN202587126U、授权公告日为2012年12月5日的中国实用新型专利(以下简称B专利)公开了另一种音频信号转换成红外遥控信号的装置。B专利中的装置主要由音频插头、信号放大器、红外发生器和电池组成。其说明书记载较为简略，并未给出该装置与手机之间的信号传输方法，也未给出该装置如何发射红外信号的方法。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种可插拔的红外发射电路，其可通过音频接头与手机、平板电脑等智能电子设备的耳机接口相连接，从而构成红外遥控系统的发射端。为此，本申请还要提供所述红外遥控系统的发射端的实现方法。为解决上述技术问题，本申请红外发射电路包括两个红外发光二极管和一个音频接头；每个红外发光二极管均有正极和负极两个引脚；所述音频接头包括左声道和右声道两个引脚；所述左声道引脚同时连接一个红外发光二极管的正极和另一个红外发光二极管的负极，所述右声道引脚同时连接两个红外发光二极管剩下的两个引脚。本申请红外遥控系统的发射端包括智能电子设备和红外发射电路两部分；所述智能电子设备进一步包括:——人机界面，接收用户所输入的操作指令；—主芯片，接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号；还对调制信号进行采样和反相，得到双声道数字音频信号；——音频处理芯片，接收双声道数字音频信号并生成双声道模拟音频信号；——耳机接口，输出双声道模拟音频信号；所述红外发射电路中的音频接头插入到智能电子设备的耳机接口中；当任意红外发光二极管的正极和负极之间形成正向电流，该红外发光二极管即发出红外光信号。本申请红外遥控系统的发射端的实现方法为:第I步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；第2步，主芯片将红外控制码以调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号；所述载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2 ；第3步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号；所述采样频率大于或等于2倍的载波频率；主芯片还将数字音频信号进行反相，反相前后的两路数字音频信号构成了双声道；第4步，音频处理芯片接收双声道数字音频信号，并生成双声道模拟音频信号，再传递给耳机接口 ；所述模拟音频信号由正弦波和静音组成，分别调制有红外控制码的高电平和低电平；左、右声道的模拟音频信号反相；第5步，双声道的模拟音频信号通过耳机接口传递给音频接头，红外发射电路中的任意红外发光二极管的正极和负极之间形成正向电流，该红外发光二极管即对外发射红外光信号；所述红外光信号的频率为2倍的载波频率。本申请红外发射电路通过两个红外发光二极管的交替发射，可以使红外光信号的频率两倍于载波信号的频率，这便使得信号调制时速度更快，也更加节省计算资源。本申请红外遥控系统的发射端由智能电子设备和红外发射电路组成，结构简单、成本低廉，但计算能力强大、处理速度快，并可适应任意现有的红外遥控系统的接收端。
本申请红外遥控系统的发射端的实现方法，由智能电子设备的主芯片进行信号调制、数字采样、相移的工作，由音频处理芯片进行数模转换，再由耳机接口和音频插头传递双声道模拟音频信号形式的调制信号，最终由发射电路进行红外光信号的发射。整个流程处理速度快、耗费资源少，并具有信号调制方式简单等特点。
图1是红外遥控系统的发射端的组成结构示意图；图2是红外遥控系统的接收端的组成结构示意图；图3是本申请红外发射电路的第一实施例的电路结构示意图；图4是本申请红外发射电路的第二实施例的电路结构示意图；图5a、图5b分别是三芯、四芯音频接头的引脚示意图；图6是本申请的红外遥控系统的发射端的第一实施例的结构示意图；图7是本申请的红外遥控系统的发射端的第二实施例的结构示意图；图8是本申请的红外遥控系统的发射端实现红外光信号发射的流程图；图9是左、右声道的模拟音频信号的示意图。图中附图标记为:10为第一红外发光二极管；20为第二红外发光二极管；30为音频接头；40为红外发光器件；50为智能电子设备；51为人机界面；52为主芯片；53为音频处理芯片；54为耳机接口；60为红外发射电路。
具体实施例方式请参阅图3，这是本申请红外发射电路60的第一实施例，其包括:—第一红外发光二极管10，具有正极和负极两个引脚。—第二红外发光二极管20，也具有正极和负极两个引脚。红外发光二极管工作于直流电下，只有在正极与负极之间有正向电流通过时才会发出红外光，其余情况下均不发出红外光。—音频接头30，至少包括左声道和右声道这两个引脚。所述左声道引脚同时连接第一红外LED器件10的正极和第二红外LED器件20的负极，所述右声道引脚同时连接第一红外LED器件10的负极和第二红外LED器件20的正极；或者连接关系相反。优选地，第一红外LED器件10和第二红外LED器件20的距离越近越好。请参阅图4，这是本申请红外发射电路60的第二实施例，其包括:—红外发光器件40，具有两个引脚。红外发光器件40是由第一红外发光二极管10和第二红外发光二极管20封装在一起而形成的。封装时，将第一红外发光二极管10的正极和第二红外发光二极管20的负极相连接并作为红外发光器件40的第一引脚，将第一红外发光二极管10的负极和第二红外发光二极管20的正极相连接并作为红外发光器件40的第二引脚。—音频接头30，至少包括左声道和右声道这两个引脚，分别连接红外发光器件40的两个引脚，对应关系不限。上述第二实施例是第一实施例的一种变形，第二实施例中将第一发光二极管10和第二发光二极管20由半导体制造厂商封装在一起，因而距离最近。上述两个红外发射电路的实施例中，音频接头30通常是三芯以上的结构，常见的为三芯或四芯的音频接头。请参阅图5a，这是三芯音频接头，自下而上有三根被黑色绝缘材料相互隔离的引脚，分别是左声道、右声道和地线(顺序有可能变化)。请参阅图5b，这是四芯音频接头，自下而上有四根被黑色绝缘材料相互隔离的引脚，分别是左声道、右声道、地线和麦克风(顺序有可能变化)。本申请的红外发射电路只使用到音频接头30的左声道和右声道两个引脚，多余的引脚就悬空。请参阅图6，这是本申请红外遥控系统的发射端的第一实施例。所述红外遥控系统的发射端包括智能电子设备50和红外发射电路60两部分。所述智能电子设备50进一步包括:—人机界面51(例如按键、触摸屏等)，接收用户所输入的操作指令。——主芯片52 (例如基带芯片、CPU等)，接收人机界面51传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。所述数据库预存在智能电子设备的存储器中，其中记录有各个操作指令所对应的红外控制码。主芯片52还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号。主芯片52还对调制信号进行采样和反相，得到双声道的数字音频信号。——音频处理芯片53，接收双声道的数字音频信号并生成双声道的模拟音频信号，再传递给耳机接口 54。——耳机接口 54，输出双声道的模拟音频信号。所述红外发射电路60如图3所示，其中的音频接头30插入到智能电子设备50的耳机接口 54中。所述音频接头30接收双声道的模拟音频信号，并将左声道的模拟音频信号传递给第一红外发光二极管10的正极和第二红外发光二极管20的负极，还将右声道的模拟音频信号传递给第一红外发光二极管10的负极和第二红外发光二极管20的正极，也可为相反的信号传递关系。当任意红外发光二极管10、20的正极和负极之间形成正向电流，即发出红外光信号。请参阅图7，这是本申请红外遥控系统的发射端的第二实施例。其与第一实施例的区别仅在于:所述红外发射电路60如图4所示，其中的音频接头30插入到智能电子设备50的耳机接口 54中。所述音频接头30接收双声道的模拟音频信号，并将左、右声道的模拟音频信号分别传递给红外发光器件40的第二引脚、第一引脚，也可为相反的信号传递关系。当红外发光器件40内部封装的任意红外发光二极管10、20的正极和负极之间形成正向电流，即发出红外光信号。在诸如手机、平板电脑等便携式智能电子设备50中，人机界面、主芯片、音频处理芯片、耳机接口等硬件部件均为常见的标准配置。本申请在此基础上通过一个可插拔的红外发射电路60而使得智能电子设备50实现红外遥控电路的发射端功能。可选地，还可在音频接头30的左声道引脚、或右声道引脚上串联一个电阻，以实现限流，保护智能电子设备50。可选地，还可在红外发射电路60内部增加放大器电路、电源等，以放大双声道的模拟音频信号，获取更远的红外光信号的传输距离。请参阅图8，这是本申请的红外遥控系统的发射端进行红外光信号发射的实现方法的流程图，包括如下步骤:第I步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码。红外控制码由高电平和低电平组成，两种电平的顺序和持续时间的不同就代表着不同的含义。红外控制码的频率通常只有几十到几百Hz。第2步，主芯片将红外控制码以调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号。所述载波为广义的正弦波信号，不限制初始相位，因此也包括余弦波等情况。载波信号可以用sin(2Jift)来表示，其中f表示载波频率，t表示时间。本申请将载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2，通常为几十KHz。所述脉冲调幅的调制方法为:当红外控制码为高电平时，调制信号为载波信号；当红外控制码为低电平时，调制信号为O;或者相反。第3步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号。通常，采样频率应大于或等于2倍的载波频率。所述数字音频信号在采样时可以采用任何音频文件格式，例如wav格式、mp3格式等。当采用wav格式时，如果采样点的数据精度为8比特，则采用无符号数；如果采样点的数据精度为16比特，则采用有符号数。在得到数字音频信号后，主芯片还对其进行反相处理，原本的数字音频信号和反相后的数字音频信号就构成了双声道。第4步，音频处理芯片接收双声道的数字音频信号，并生成双声道的模拟音频信号，再传递给耳机接口。所述模拟音频信号由正弦波和静音组成，分别对应着红外控制码的高电平和低电平。左、右声道的模拟音频信号反相。第5步，双声道的模拟音频信号通过耳机接口传递给音频接头，再传递给两个红外发光二极管。只要任意红外发光二极管的正极和负极之间形成正向电流，即对外发射红夕卜光信号。请参阅图9，左、右声道的模拟音频信号反相。无论采用图3还是图4所示的红外发射电路，当左声道信号电压大于O时，右声道信号电压小于0，此时第一红外发光二极管10发射红外光信号，第二红外发光二极管20不发射红外光信号；或相反。当左声道信号电压小于O时，右声道信号电压大于0，此时第二红外发光二极管20发射红外光信号，第一红外发光二极管10不发射红外光信号；或相反。当左声道信号电压等于O (静音)时，右声道信号电压也等于O (静音)，两个红外发光二极管10、20均不发射红外光信号。本申请所设计的红外发射电路可以在模拟音频信号的2 π周期内最多由两个红外发光二极管各自交替地发射一次红外光信号，这便使得红外光信号的频率为2倍的载波频率。并且，每个红外发光二极管的正极为最大绝对值的正电压时，负极恰为最大绝对值的负电压，因而发射的红外光信号最为强烈。以最常见的情况为例，当确定了第5步中的红外光信号的频率为38ΚΗζ，那么第2步中的载波频率取19ΚΗζ，第3步中的采样频率至少在38ΚΗζ以上，例如为44ΚΗζ ;采样频率越高越准确，但对计算能力的实时性要求也越高。本申请采用智能电子设备实现红外遥控系统的发射端功能时，对于红外遥控系统的接收端而言，其进行接收、解调等过程全无改变，即本申请的红外遥控系统的发射端可以兼容现有的任意接收端，而无需对接收端进行改变。
与现有技术相比，本申请红外发射电路、红外遥控系统的发射端及其实现方法具有如下优势:其一，本申请红外发射电路的结构简单，仅由两个红外发光二极管和一个音频接头相互连接而成，这便减少了红外发光电路的体积和能耗，节省了制造成本。其二，本申请在智能电子设备和红外发射电路之间所传输的是双声道的模拟音频信号，以模拟音频信号中的正弦波和静音来分别表不红外控制码的高电平和低电平。模拟音频信号是调制信号经过模数转换(即采样)和数模转换(即音频处理芯片的处理过程)而来，本质上仍属于调制信号。A申请在手机和实现通用性红外遥控器的装置之间传输的是预录制的256种音频文件，分别表示256种字节数据，这些字节数据表示的是红外控制码而非调制信号。这使得A申请中的信号调制过程是由微处理器芯片实现的，增加了其所述实现通用性红外遥控器的装置的体积、能耗和制造成本。B专利则并未给出手机与音频信号转换成红外遥控信号装置之间的信号传输方法。其三，本申请将信号调制过程交由计算能力强大、存储资源丰富的智能电子设备的主芯片来处理，这使得调制速度很快。并且通过巧妙的电路设计，使得载波信号采用1/2的红外光信号频率的正弦波，通过正弦波信号在一个完整周期内的一半时间大于O、另一半时间小于O的规律，驱动红外发射电路发射出2倍于载波信号的红外光信号。这种电路设计可以最大程度地简化红外发射电路的结构与成本，并且调制方式简单。A申请由微处理器芯片实现红外控制码的发射和学习，其计算能力难以与智能电子设备的主芯片相媲美，因而信号调制速度受限。此外，A申请并未记载由两个红外发光二极管构建红外发射电路的内容。B专利则并未给出音频信号所代表的的含义，也就不清楚信号调制的过程。并且，B专利也没有记载由两个红外发光二极管构建红外发射电路的内容。以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
权利要求
1.一种红外发射电路，其特征是，包括两个红外发光二极管和一个音频接头；每个红外发光二极管均有正极和负极两个引脚；所述音频接头包括左声道和右声道两个引脚；所述左声道引脚同时连接一个红外发光二极管的正极和另一个红外发光二极管的负极，所述右声道引脚同时连接两个红外发光二极管剩下的两个引脚。
2.根据权利要求1所述的红外发射电路，其特征是，所述两个红外发光二极管封装在一起形成一个红外发光器件，一个红外发光二极管的正极和另一个红外发光二极管的负极相连接并作为红外发光器件的第一引脚，两个红外发光二极管剩下的两个引脚相连接并作为红外发光器件的第二引脚；音频接头的两个引脚分别与红外发光器件的两个引脚相连。
3.根据权利要求1或2所述的红外发射电路，其特征是，所述音频接头是三芯以上的结构，除左声道和右声道以外的引脚悬空。
4.一种红外遥控系统的发射端，其特征是，包括智能电子设备和如权利要求1或2所述的红外发射电路两部分； 所述智能电子设备进一步包括: ——人机界面，接收用户所输入的操作指令； —主芯片，接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码；还将所得到的红外控制码调制到载波信号上，生成调制信号；还对调制信号进行采样和反相，得到双声道数字音频信号； ——音频处理芯片，接收双声道数字音频信号并生成双声道的模拟音频信号； ——耳机接口，输出双声道的模拟音频信号； 所述红外发射电路中的音频接头插入到智能电子设备的耳机接口中；当任意红外发光二极管的正极和负极之间形成正向电流即发出红外光信号。
5.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端，其特征是，在音频接头的左声道引脚、或右声道引脚上串联一个电阻，以进行限流。
6.根据权利要求4所述的红外遥控系统的发射端，其特征是，在红外发射电路内部增加放大器电路、电源等，以放大双声道模拟音频信号。
7.—种红外遥控系统的发射端的实现方法，其特征是，包括如下步骤: 第I步，主芯片接收人机界面传递来的操作指令，查询数据库而得到该操作指令所对应的红外控制码； 第2步，主芯片将红外控制码以调幅的方式调制在正弦波形式的载波上，生成调制信号；所述载波频率取为红外遥控系统的发射端所发出的红外光信号的频率的1/2 ； 第3步，主芯片对调制信号进行采样，生成数字音频信号；所述采样频率大于或等于2倍的载波频率；主芯片还将数字音频信号进行反相，反相前后的两路数字音频信号构成了双声道； 第4步，音频处理芯片接收双声道数字音频信号，并生成双声道的模拟音频信号，再传递给耳机接口 ；所述模拟音频信号由正弦波和静音组成，分别对应红外控制码的高电平和低电平；左、右声道的模拟音频信号反相； 第5步，双声道的模拟音频信号通过耳机接口传递给音频接头，红外发射电路中的任意红外发光二极管的正极和负极之间形成正向电流，该红外发光二极管即对外发射红外光信号；所述红外光信号的频率为2倍的载波频率。
8.根据权利要求7所述的红外遥控系统的发射端的实现方法，其特征是，所述方法第2步中的调制方法为:当红外控制码为高电平时，调制信号为载波信号；当红外控制码为低电平时，调制信号为O ;或者相反。
9.根据权利要求7所述的红外遥控系统的发射端的实现方法，其特征是，所述方法第3步中，所述数字音频信号在采样时采用音频文件格式；当采用wav格式时，如果采样点的数据精度为8比特，则采用无符号数；如果采样点的数据精度为16比特，则采用有符号数。
10.根据权利要求7所述的红外遥控系统的发射端的实现方法，其特征是，所述方法第5步中，当左声道信号电压大于O时，右声道信号电压小于0，此时仅有一个红外发光二极管发射红外光信号；当左声道信号电压小于O时，右声道信号电压大于0，此时仅有另一个红外发光二极管发射红外光信号；当左声道信号电压等于O时，右声道信号电压也等于0，此时两个红外发光二极管均不 发射红外光信号。
全文摘要
本发明公开了一种红外发射电路，包括两个红外发光二极管和一个音频接头；每个红外发光二极管均有正极和负极两个引脚；所述音频接头包括左声道和右声道两个引脚；所述左声道引脚同时连接一个红外发光二极管的正极和另一个红外发光二极管的负极，所述右声道引脚同时连接两个红外发光二极管剩下的两个引脚。本发明还公开了由所述红外发射电路和智能电子设备所组成的红外遥控系统的发射端及其实现方法。本发明所述电路结构具有体积小、功耗低的特点，其进行红外光信号发射具有调制方式简单、调制速度快等优点。
文档编号H04B10/50GK103152104SQ20131006985
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者张宇科, 王剑峰, 吴曙斌 申请人:恬家(上海)信息科技有限公司