적외선 통신을 알아보자.

적외선 이란?

 IR(Infrared)라고 부르며, 가시광선보다 파장이 길며, 햇빛이나 백열된 물체로 부터 방출되는 빛을 스펙트럼으로 분산시켜 보면 적색스펙트럼의 끝보다 더 바깥쪽에 있으므로 적외선이라 한다.

 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이며, 이 때문에 열선(熱線)이라고도 한다. 태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이다. 공업용이나 의료용으로 사용하기 위한 것으로, 강한 적외선을 방출하는 적외선전구가 있다. 적외선이 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문에, 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진현상(共振現象)을 일으켜 적외광파의 에너지가 효과적으로 물질에 흡수되는 것에 기인한다. 특히 액체나 기체상태의 물질은 각각의 물질에 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수하며, 이 흡수스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성·반응과정·분자구조를 정밀히 추정하는 수단으로 쓰는데, 이것을 적외선분광분석이라 한다. 또, 적외선은 파장이 길기 때문에 자외선이나 가시광선에 비하여 미립자에 의한 산란효과가 적어서 공기 중에 비교적 잘 투과한다. 이 특징을 이용한 것으로 적외선사진이 있다.

적외선 통신 이란?

적외선을 쏘아서 이를 통해 정보를 전달하는 통신 방식이다. 보통 TV, 오디오, 에어컨 등 가전제품에서 사용되는 리모컨이 적외선 통신 방식을 사용한다.

적외선 통신은 송신부와 수신부로 나누어 지고, TV를 예로 들면 TV가 수신부, TV리모컨이 송신부가 된다.

 송신부는 IRED로 적외선 발광 다이오드라고 생각하면 된다. 일반 LED와 비슷하다고 생각하면되고 차이점은 일반 LED는 전류가 흐르면 가시광선을 출력하지만, IRED는 전류가 흐르면 적외선을 출력한다는 것이다. 적외선은 사람의 눈으로는 보이지 않기 때문에 IRED가 빛을 내고있는지 눈으로 확인할 수는 없다. 하지만 일반 카메라나 휴대폰 카메라는 적외선 빛을 볼수 있다. 그렇기 때문에 카메라로 IRED를 보게 되면 빛을 내는지 확인 할 수 있다.

 적외선 통신에서 송신부는 정보를 전달할때 메시지 신호를 변조하여 전송한다. 변조는 일정 진폭의 반송파를 만드는 행위이다. 변조를 하게 되면 효율적으로 정보를 전달할 수 있고 외부 빛이나 노이즈에 대한 영향을 덜 받게된다.

위 그림을 보면 신호가 변조되는 것을 간단하게 표현을 한것이다. Message Signal은 High과 Low으로 이루어진 하나의 펄스이다. 이것을 변조를 해서 출력하면 Modulated Output 처럼 신호가 출력이 된다. Message Signal이 High 일때 변조할 주파수의 성분으로 펄스형태로 신호를 생성해서 보내는 것이다. 이것이 변조를 하는 과정며 최종 출력은 반송파가 되는 것이다.

 적외선 통신은 37 ~ 42 kHz로 변조를 하며, 보통 리모컨에서는 38kHz로 변조를 한다.

 수신부는 Photodiode 이다. 적외선 빛이 검출이 되면 광전 효과에 의해 빛에너지가 전기에너지로 바뀌게 되어 전류를 흘려 보내는 특성을 가진 소자이다. IR Photodiode는 대부분 검정색인데 이것은 적외선 파장만 통과시키는 필터의 역할을 한다. 위 사진과 같은 일반 IR Photodiode는 모든 적외선에 반응을 하게된다. 하지만 적외선 통신을 할 때는 출력되는 신호가 38kHz로 변조된 적외선으로 출력이 되기 때문에 38kHz의 주파수 성분을 가진 신호만 최종적으로 처리를 해야한다. 그렇기 때문에 아래와 같은 구성으로 구현을 해야한다.

BPF(Band Pass Filter)를 설계해서 38kHz의 성분을 가진 신호만 걸러내는 것이다. 그렇기 때문에 이렇게 구성이된 소자를 별도로 존재한다. 아래의 사진의 소자가 그런 소자이다. 리모컨용 IR Photodiode 이다.

 위 소자는 리모컨 신호인 38kHz의 성분을 가진 적외선을 수신해서 구형파 형태로 신호를 출력하는 소자이다. 일반적으로 적외선 통신의 수신부에 많이 사용이 된다.

최종적으로 적외선 통신을 구현을 한다면 위와 같은 형태로 된다.

적외선 통신 Code Format

 리모컨에서 사용되는 적외선 통신의 Code 형태는 다양하다. 제품의 제조회사나 제품의 기능이 모두 다르기 때문에 제조자들 마다 다 다른 형태의 Format이 사용된다. 시중에서 가장많이 사용되는 Code Format은 NEC 방식으로 알고 있다. 이것을 기준으로 설명을 하겠다.

 위 그림이 NEC 방식의 기본 Frame이다. Leader 코드를 보내고, Custom(Address, Address) 코드를 보내고, Data(Command, Command) 코드를 보내게 된다. 그리고 적외선 통신에서 0과 1을 구분하는 방식은 아래 그림을 참고하자. 0 일 때는 High와 Low의 시간의 같고, 1 일 때는 High의 시간보다 Low의 시간이 더 길다. 이런 시간을 판단해서 데이터를 구분하게 되는 것이다.