一种红外发射和探测集成芯片的制作方法

1.本发明涉及红外遥控技术领域，特别涉及一种红外发射和探测集成芯片。


背景技术：

2.目前现今的智能电子设备中，红外遥控已经成为了十分基础的一种功能。目前红外遥控方案的设计通常是使用一个红外发射灯来实现红外控制的功能。但这样依靠单一的红外信号来执行红外遥控功能，对红外信号的发射角度也有一定要求，有时还需要用户不断调整遥控设备发射红外信号的方向，才能提高红外控制的准确率，操作过程麻烦。
3.其次，现有的红外遥控设备哪怕时万能遥控器，其在控制层面也受限制于按键电路的功能。无法超出按键的控制功能范围。现有的编码电路只能基于原始的按键电路实现功能控制，一般只能执行红外发射功能或者红外探测功能，功能比较单一，在面对多种不同只能电子设备时，只能单对单的控制，无法根据距离实现任意设备的定点控制。


技术实现要素：

4.本发明提供一种红外发射和探测集成芯片，用以解决，现有的红外遥控设备哪怕时万能遥控器，其在控制层面也受限制于按键电路的功能。无法超出按键的控制功能范围。现有的编码电路只能基于原始的按键电路实现功能控制，一般只能执行红外发射功能或者红外探测功能，功能比较单一，在面对多种不同只能电子设备时，只能单对单的控制，无法根据距离实现任意设备的定点控制的情况。
5.本发明公开了一种红外发射和探测集成芯片，包括：键盘扫描电路、红外发射控制单元、红外探测控制单元、输出控制电路、振荡电路、发码电路和光学组件，其中：键盘扫描电路，用于接收控制信号，并进行编码，生成电信号；键盘扫描电路分别与红外发射控制单元、红外探测控制单元和输出控制电路电连接；其中，红外发射控制单元与振荡电路和发码电路电连接，振荡电路与发码电路电连接，发码电路和输出控制电路与光学组件连接，执行红外遥控发射；红外探测单元与光学组件电连接，进行红外探测遥控。
6.优选的，所述键盘扫描电路包括编码模拟电路、编码电路和切换控制电路，其中：编码电路包括第一寄存器和第二寄存器，第一寄存器用存储预置编码指令，第二寄存器用于存储实时执行的目标编码指令；切换控制电路包括数字编码处理器和多通道隔离芯片，数字编码处理器与第一寄存器电连接，多通道隔离芯片的输入端与数字编码处理器和第一寄存器电连接，多通道隔离芯片的输出端与第二寄存器电连接；编码模拟电路包括模拟电路芯片，模拟电路芯片和第二寄存器电连接，其中：模拟电路芯片上由接触式迷你电容阵列构成；
模拟电路芯片上设置触控端口和显示端口。
7.优选的，所述红外发射控制单元包括：解析电路、第一时钟电路、校准电路和差分放大电路；其中，解析电路用于接收键盘扫描电路的电信号，并进行电信号解析，生成红外控制信号；第一时钟电路与解析电路连接，用于生成时钟信号；校准电路与第一时钟电路和解析电路连接，生成参考电压；差分放大电路，其第一输入端与解析电路连接，其输出端与振荡电路电连接生成差分电流，并将差分电流输入振荡电路，其中：差分放大电路的第二输入端与输出控制电路连接。
8.优选的，所述红外探测控制单元包括：第一探测电路、第二探测电路和处理器模块；其中，第一探测电路与光学组件和处理器模块连接，用于接收红外分布图，生成红外感应信息；第二探测电路与光学组件和处理器模块连接，用于接收红外测距信号，进行遥控定位；处理器模块与键盘扫描电路的显示端口连接，用于根据红外感应信息和遥控定位，生成反馈信号，并将反馈信号通过显示端口传输至外接的触控显示设备。
9.优选的，所述振荡电路包括：基准偏置电路、调频电路、rc振荡器和低压差线性稳压器，其中：基准偏置电路分别与调频电路、rc振荡器和低压线性稳压器电连接，基准偏执电路用于降低rc振荡器的偏置电流，低压线性稳压器用于稳定rc振荡器工作电压，调频电路与红外发射控制单元和发码电路电连接，并提供基准电流；rc振荡器的输入端分别和调频电路和低压差线性稳压器的输出端电连接。
10.优选的，所述发码电路包括信号转换电路、红外驱动电路、滤波电路和耦合器，其中：信号转换电路与红外发射控制单元电连接，并接收红外发射控制单元的红外控制信号，并转换为锯齿波信号；红外驱动电路，与信号转换电路电连接，并在信号转换电路接收到锯齿波信号时，生成驱动电压；滤波电路，与信号转换电路的输出端电连接，并对锯齿波信号进行高频噪声过滤；耦合器，与滤波电路的输出端电连接，并与锯齿波信号进行耦合，生成锯齿波信号传输至光学组件的控制总线。
11.优选的，所述光学组件包括：控制总线、红外发射组件、红外探测组件和红外信号同步传输组件；控制总线，控制总线分别连接红外发射组件、红外探测组件和红外信号同步传输组件，其中：红外发射组件，包括多个红外线发射器和多通道数字开关，其中：多通道数字开关连接分别连接每个红外线发射器，红外线发射器用于发出红外遥
控信号；红外探测组件，包括光电二极管、fpga驱动计数单元、衰减电路和信号鉴别电路，其中：光电二极管用于接收红外探测信号，光电二极管与衰减电路电连接，衰减电路与信号鉴别电路电连接，信号鉴别电路将红外探测信号整形为脉冲信号发送到fpga驱动计数单元进行计数；红外信号同步传输组件，包括红外驱动电路和数字同步控制器，数字同步控制器与红外驱动电路电连接，红外信号同步传输组件用于发出红外遥控信号或接收红外探测信号时，同步传输信号至输出控制电路。
12.优选的，所述红外发射组件还包括如下发射步骤：通过振荡电路的基准电流分别驱动多通道数字开关和红外线发射器；通过多通道数字开关接收控制总线上的锯齿波信号，生成红外线发射器的红外驱动参数；通过红外驱动参数驱动红外线发射器发射红外线，并生成红外发射反馈信号。
13.优选的，所述红外探测组件还包括如下探测步骤：通过光电二极管接收红外探测信号，并生成探测电信号；将探测电信号传输至衰减电路进行信号衰减，并过滤探测电信号中的噪声信号，生成过滤电信号；将过滤电信号传输至信号鉴别电路，进行信号波形鉴别，生成探测信号值；通过fpga驱动计数单元对探测信号值进行计数，生城目标探测信号。
14.优选的，所述输出控制电路包括：信号采集电路、信号控制电路和控压输出电路；其中，信号采集电路用于接收键盘扫描电路的输入电信号，确定红外信号类型，并确定红外信号参数；信号控制电路与信号采集电路电连接，信号控制电路用于通过红外信号参数，确定基准驱动电压，其中：基准驱动电压包括光学组件的红外探测驱动电压和红外发射驱动电压；控压输出电路与信号控制电路和电源连接，并在接收到基准驱动电压后，通过可变式调压器对光学组件的驱动电压进行稳态调节。本发明的有益效果在于：本发明能够实现对物理键盘的模拟，可以通过预先设置的按键编码，控制不同的电器。为了方便在进行电器遥控的时候，通过切换不同的控制编码，也就是不同电器设备的模拟控制键盘，实现键盘的切换，然后进行不同电器设备的控制。
15.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
16.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实
施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种红外发射和探测集成芯片的芯片电路组成示意图；图2为本发明实施例中键盘扫描电路的芯片电路组成示意图；图3为本发明实施例中红外发射控制单元的电路组成示意图；图4为本发明实施例中红外探测控制单元的电路组成示意图；图5为本发明实施例中振荡电路的电路组成示意图；图6为本发明实施例中发码电路的电路组成示意图；图7为本发明实施例中光学组件的组成示意图；图8为本发明实施例中红外探测组件的电路组成示意图；图9为本发明实施例中脉冲计数图的脉冲示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
19.本发明公开了一种红外发射和探测集成芯片，其包括：键盘扫描电路、红外发射控制单元、红外探测控制单元、输出控制电路、振荡电路、发码电路和光学组件，其中：键盘扫描电路，用于接收控制信号，并进行编码，生成电信号；键盘扫描电路分别与红外发射控制单元、红外探测控制单元和输出控制电路电连接；其中，红外发射控制单元与振荡电路和发码电路电连接，振荡电路与发码电路电连接，发码电路和输出控制电路与光学组件连接，执行红外遥控发射；红外探测单元与光学组件电连接，进行红外探测遥控。
20.如附图1所示，本发明是一种红外发射的红外探测两种功能集成的控制芯片。在现有技术中，虽然也有万能遥控器，可以实现对不同电器设备的控制，手机也可以根据遥控程序的切换，实现对不同电器设备的控制。万能遥控器就是对芯片内部的存储器进行了扩展，将数百上千只单个同类或异类的不同型号的遥控器的各种格式的编码集合在一块发射电路中每种编码格式均给一个代码，当使用时，再根据代码将其对应的编码调出来，通过各个功能按键发挥作用。这个调编码的过程，就叫设置。其虽然可以实现对电器进行控制，是通过存储控制编码的形式；但是其本发明中键盘扫描电路可以实现对不同控制信号的编码，实现对不同智能电子设备的遥控控制，首先可以储存很多的控制编码；例如：预先会存储空调、电视机、收音机、风扇等多种不同设备的控制编码，即键盘编码，实现键盘模拟，从而可以变换为多种键盘。但是，其在内置多种不同控制编码之后就不能进行编码的改变，编码无法增加也无法减少。本发明可以实现编码的增加和减少。其次，其收到键盘按键的限制，但是，本发明的芯片为触屏控制设计，可以通过触屏屏幕进行多种不同按键的模拟。
21.本发明比较适用于触屏设备，如果是固定阵列的键盘，在控制层面具有局限性，例如：固定键盘具有12键码，但是，如果控制编码是24键码，就无法实现控制，但是如果控制编码是在12键码之内，就可以实现模拟。因此，按键通过触屏设备进行模拟是本发明的主要适
用类型，但是现有技术中的预设物理键盘的键盘电路也是可以应用，但是存在限制性。
22.因为本发明的键盘扫描电路可以基于编码变换为各种不同的键盘，也需要适用于不同的控制设备，所以本发明执行的功能具有红外发射功能和红外探测功能。红外发射功能用于实现远程遥控，红外探测功能能够实现红外测距和红外感应，实现红外遥控的设备定位和选择，根据红外测距距离，对需要遥控的智能电子设备进行遥控。
23.上述技术方案的有益效果在于：本发明能够实现对物理键盘的模拟，可以通过预先设置的按键编码，控制不同的电器。为了方便在进行电器遥控的时候，通过切换不同的控制编码，也就是不同电器设备的模拟控制键盘，实现键盘的切换，然后进行不同电器设备的控制。
24.进一步的，所述键盘扫描电路包括编码模拟电路、编码电路和切换控制电路，其中：编码电路包括第一寄存器和第二寄存器，第一寄存器用存储预置编码指令，第二寄存器用于存储实时执行的目标编码指令；切换控制电路包括数字编码处理器和多通道隔离芯片，数字编码处理器与第一寄存器电连接，多通道隔离芯片的输入端与数字编码处理器和第一寄存器电连接，多通道隔离芯片的输出端与第二寄存器电连接；编码模拟电路包括模拟电路芯片，模拟电路芯片和第二寄存器电连接，其中：模拟电路芯片上由接触式迷你电容阵列构成；模拟电路芯片上设置触控端口和显示端口。
25.上述技术方案的原理在于：如附图2所示，本发明的编码电路包括两个寄存器第一寄存器用于存储不同智能电子设备的遥控控制编码的键盘编码和对应的控制指令信号，在进行遥控控制的时候，目标智能电子设备的控制编码会存储在第二寄存器中进行编码信息调用和功能执行。
26.多通道隔离芯片用于隔离不同的控制编码，防止进行远程遥控的时候出现控制偏差，当需要同步调用两种模拟按键的时候，通过通道的隔离，在触屏的屏幕上显示两种不同的键盘，实现两种设备的同时控制。而多通道隔离芯片就是用于隔离不同的按键编码的执行。
27.模拟电路芯片用于进行控制键盘模拟，模拟电路芯片上的电容阵列是接触式电容阵列，用于实现键盘模拟。
28.上述技术方案的有益效果在于：本发明将模拟按键编码执行存储和预置存储分开，可以防止在调用按键编码指令的时候出现内存不足。切换控制电路，可以实现在进行多种遥控模拟的时候，实现执行编码的物理隔离。编码模拟电路通过接触式迷你电容阵列实现按键模拟，同时通过触控端口进行触发，然后通过显示端口上传到显示屏幕进行显示具体的按键。
29.进一步的，所述红外发射控制单元包括：解析电路，用于接收键盘扫描电路的电信号，并进行电信号解析，生成红外控制信号；第一时钟电路，与解析电路连接，用于生成时钟信号；校准电路与第一时钟电路和解析电路连接，生成参考电压，参考电压是差分放大
电路的参考电压；差分放大电路，其第一输入端与解析电路连接，其输出端与振荡电路电连接，生成差分电流，并将差分电流输入振荡电路，其中：差分放大电路的第二输入端与输出控制电路连接。
30.上述技术方案的原理在于：如附图3所示，本发明的红外发射控制单元，会对键盘扫描电路输入的电信号进行解析，确定对应的红外控制信号；第一时钟电路进行红外信号的时钟标定，从而基于差分放大电路的差分电流，经过振荡电路生成脉冲信号，进行红外发射控制。
31.红外发射控制单元用于进行红外发射，传输红外信息。电信号解析之后，确定了需要生成的红外光波，这个红外光波的信号，通过时钟电路进行标记，然后通过校准电路进行信号的调理，进而通过差分放大电路生成差分电流，差分电流在振荡电路中形成控制光学组件发射红外光线的脉冲信号。
32.上述技术方案的有益效果在于：本发明通过红外发射控制单元，可以对红外信号进行解析校准和差分放大，在这两种电路的优化措施之下，可以更加准确的发射红外信号。本发明也对现有技术只是通过振荡电路进行红外发射的模式进行了优化和改进，按键信号传输不准确，现有技术中因为有固定物理键盘，所以不需要差分放大和校准电路，但是本发明需要适用于模拟的触屏键盘，所以在具有校准电路和差分放大电路的加持之后，不会出现信号缺失和信号不稳定。
33.进一步的，所述红外探测控制单元包括：第一探测电路，与光学组件和处理器模块连接，用于接收红外分布图，生成红外感应信息；第二探测电路，与光学组件和处理器模块连接，用于接收红外测距信号，进行遥控定位；处理器模块与键盘扫描电路的显示端口连接，用于根据红外感应信息和遥控定位，生成反馈信号，并将反馈信号通过显示端口传输至外接的触控显示设备。
34.上述技术方案的原理在于：如附图4所示，红外探测控制单元用于接收红外分布图生成红外感应信息，确定不同电子设备的红外分布情况，确定外部的红外遥控源，通过红外遥控源进行不同只能电子设备的红外测距和红外定位，从而通过红外测距和红外定位，进而实现单对单的红外控制，还能通过显示端口在外部终端上显示控制信息。
35.第一探测电路主要是进行红外感应，确定周边可以进行红外控制的电器。第二探测电路接收红外探测信号，实现红外的测距。处理器模块通过连接显示端口，在屏幕上显示可以控制的红外电器的分布图或者列表，然后，用户选择需要进行控制的电器，进而进行单一控制或者多个电器控制。
36.上述技术方案的有益效果在于：本发明能够实现对电器设备的红外探测和测距，然后生成电器设备的红外分布图，通过红外分布图，选择需要进行控制的电器设备，然后进行红外控制。
37.进一步的，所述振荡电路包括：基准偏置电路、调频电路、rc振荡器和低压差线性稳压器，其中：
基准偏置电路分别与调频电路、rc振荡器和低压线性稳压器电连接，基准偏执电路用于降低rc振荡器的偏置电流，低压线性稳压器用于稳定rc振荡器工作电压，调频电路与红外发射控制单元和发码电路电连接，并提供基准电流；rc振荡器的输入端分别和调频电路和低压差线性稳压器的输出端电连接。
38.上述技术方案的原理在于：如附图5所示，本发明的振荡电路会设置基准偏置电路,降低rc振荡起的偏执电流，进而实现对振荡电路输出的脉冲信号的稳定调控。其次，通过低压线性稳压电路其稳定工作电压，可以实现基准电压的调节，从而在进行调频的时候，可以实现多频调节，生成多种不同的脉冲信号。
39.进一步的，所述发码电路包括信号转换电路、红外驱动电路、滤波电路和耦合器，其中：信号转换电路，与红外发射控制单元电连接，并接收红外发射控制单元的红外控制信号，并转换为锯齿波信号；红外驱动电路，与信号转换电路电连接，并在信号转换电路接收到锯齿波信号时，生成驱动电压；滤波电路与信号转换电路的输出端电连接，并对锯齿波信号进行高频噪声过滤；耦合器，与滤波电路的输出端电连接，并与锯齿波信号进行耦合，生成锯齿波信号与光学组件的控制总线上。
40.上述技术方案的原理在于：如附图6所示，本发明的发码电路在进行生成红外控制信号的过程中，会通过红外控制信号转换为锯齿波形式的红外信号执行对应的红外控制指令，锯齿波信号在传输的过程中可能会产生高频噪声，所以滤波电路进行过滤高频噪声，然后以耦合器进行耦合控制的方式，控制光学组件发出红外发射信号。
41.上述技术方案的有益效果在于：本发明对发码电路也进行了改进，相对于现有技术中的发码电路，本发明是以锯齿波的形式生成驱动电压，因而更加便于进行高频噪声过滤，然后通过耦合器和和锯齿波信号耦合，从而通过光学组件的控制总线进行控制，保证了信号的准确性。
42.进一步的，所述光学组件包括：控制总线，控制总线分别连接红外发射组件和红外探测组件，其中：红外发射组件，包括多个红外线发射器和多通道数字开关，其中：多通道数字开关连接分别连接每个红外线发射器，红外线发射器用于发出红外遥控信号；红外探测组件，包括光电二极管、fpga驱动计数单元、衰减电路和信号鉴别电路，其中：光电二极管用于接收红外探测信号，光电二极管与衰减电路电连接，衰减电路与信号鉴别电路电连接，信号鉴别电路将红外探测信号整形为脉冲信号发送到fpga驱动计数单元进行计数；到fpga驱动计数单元通过进行脉冲计数，确定不同电器设备的红外距离，从而是是实现红外分布功能。
43.红外信号同步传输组件，包括红外驱动电路和数字同步控制器，数字同步控制器与红外驱动电路电连接，红外信号同步传输组件用于发出红外遥控信号或接收红外探测信号时，同步传输信号至输出控制电路。
44.上述技术方案的原理在于：如附图7所示，本发明的红外组件是通过控制总线分别进行控制的红外探测组件和红外发射组件构成；通过相同的总线进行控制，可以通过一个红外线性二极管一个光电二极管分别执行红外探测和红外发射功能，在进行遥控的过程中，红外发射组件先发射红外发射信号，然后红外探测组件根据红外发射信号的反馈信号，进行红外探测，确定可以控制的电器，然后进行红外遥控控制。
45.控制总线为驱动型的数字模拟控制总线，多个红外发射器的作用是同时控制多个电器。红外探测组件的光电二极管接收红外探测信号，衰减电路通过进行信号衰减，从而方便信号鉴别电路鉴别红外探测信号的鉴别分析，确定不同电器设备的红外探测信号的强度。
46.上述技术方案的有益效果在于：本发明的光学组件具有控制总线，控制总线接收上位的红外发射信号和红外探测信号对光学组件进行控制。本发明的光学组件具有探测和发射双重功能，相对于现有技术的红外芯片的只具备发射功能，本发明实现了一体两用。而且可以进行信号的间隔。
47.进一步的，所述红外发射组件还包括如下发射步骤：通过振荡电路的基准电流分别驱动多通道数字开关和红外线发射器；通过多通道数字开关接收控制总线上的锯齿波信号，生成红外线发射器的红外驱动参数；通过红外驱动参数驱动红外线发射器发射红外线，并生成红外发射反馈信号。
48.上述技术方案的原理在于：如附图7所示，本发明在进行红外发射的步骤中，多通道数字开关可以控制不同的红外线发射器通过多种不同的红外信号进行红外遥控，可以通过两组甚至更多组的红外控制信号执行一种红外控制功能，实现了一种多重红外信号的加密手段，保证红外遥控信号的准确性和安全性。
49.进一步的，所述红外探测组件还包括如下探测步骤：通过光电二极管接收红外探测信号，并生成探测电信号；将探测电信号传输至衰减电路进行信号衰减，并过滤探测电信号中的噪声信号，生成过滤电信号；将过滤电信号传输至信号鉴别电路，进行信号波形鉴别，生成探测信号值；通过fpga驱动计数单元对探测信号值进行计数，生城目标探测信号。
50.上述技术方案的原理在于：如附图7所示，本发明的红外探测信号在接收到探测电信号之后进行衰减过滤，消除探测过程中的杂波，然后通过过滤电信号之后，通过波形鉴别的方式，进行智能电子设备的定位识别。
51.上述技术方案的有益效果在于：首先，本发明相对于现有技术中的直接测距，本发明采用了波形鉴别的方式能够确定电器的类型，然后通过计数的方式进行电器设备定位，本发明的准确度和可操作性更高。
52.在一种可选实施例中：fpga驱动计数单元对探测信号值进行计数，包括如下步骤：步骤1：获取探测信号值，并转换为脉冲计数图，如附图9所示：
步骤2：通过红外发射信号的发射时间和红外探测信号的接收时间，确定待测时间间隔；步骤3：确定待测时间间隔内的上升沿数量，上升沿时间和下降沿时间；步骤4：计算有效的探测时间;红外发射信号的发射时间和红外探测信号的接收时间内，红外信号可能还存在折射或者其它干扰，但是上升沿表示的是红外探测信号感应电器时的信号，这个信号才属于有效探测时间，所以探测距离，本发明以有效探测时间进行计算。表示的脉冲信号的时钟计数频率。
53.步骤5：通过时钟计数频率和上升沿数量，进行距离等效计算：其中，表示每个电器的距离；表示计数和距离的转换系数上述方案中，通过等效脉冲计数的方式计算不同电器的具体，不仅仅计数结果精确，不会产生过多的误差，还能满足高效快速的距离计算。
54.进一步的，所述输出控制电路包括：信号采集电路、信号控制电路和控压输出电路；其中，信号采集电路用于接收键盘扫描电路的输入电信号，确定红外信号类型，并确定红外信号参数；信号控制电路与信号采集电路电连接，信号控制电路用于通过红外信号参数，确定基准驱动电压，其中：基准驱动电压包括光学组件的红外探测驱动电压和红外发射驱动电压；控压输出电路与信号控制电路和电源连接，并在接收到基准驱动电压后，通过可变式调压器对光学组件的驱动电压进行稳态调节。
55.上述技术方案的原理在于：如附图8所示，本发明通过红外信号类型，可以确定需要提供的是光学组件的红外探测组件或者红外发射组件的红外驱动信号，以及对应的红外驱动参数，通过红外驱动参数，可以进行红外信号参数进行红外发射信号的发射驱动和红外调节。
56.上述技术方案的有益效果在于：本发明的输出控制电路是一个提供基准驱动电压的电路，能够根据红外信号参数，确定对应的基准驱动电压，从而在控制不同的电器的时候，使得电压更加稳定，然后实现光学组件在进行红外发射和红外探测的时候处于稳态状态。
57.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精
神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。