Emisión y recepción de infrarrojos
Javier de Lope Asían
Departamento de Inteligencia Artificial
Facultad de Informática
Universidad Politécnica de Madrid
19 de noviembre de 2001

Nota el material fue modificado en su tamaño por cuestiones de espacio

1. Introducción
Las comunicaciones inalámbricas son interesantes desde todos lo puntos de vista y en todos los ámbitos
Tecnológicos. El _n principal que persigue la Robótica Móvil es la creación de sistemas completamente
Autónomos y un grado de autónoma puede ser la comunicación entendida en un sentido amplio, es
Decir, entre varios robots, entre los robots y un ordenador base, entre los robots y otros elementos del
Entorno o entre los robots y los propios humanos.
Existen varias tecnologías que nos van a permitir el establecimiento de comunicaciones inalámbricas
Del tipo de las mencionadas pero en este documento nos vamos a centrar en las comunicaciones
Mediante infrarrojos que, por ejemplo, van a servir para enviar señales al robot, establecer y detectar
balizas en el entorno, comunicar varios elementos o enviar ordenes al robot utilizando mandos
a distancia convencionales.
Las ideas que aquí se comentan también pueden utilizarse para la construcción de sensores de
detección de obstáculos sin mas que cambiar la disposición y colocación de los elementos emisor y
receptor. De hecho, el mayor uso de este tipo de montajes suele ser precisamente el de servir de
base a sensores utilizados durante la navegación. Sin embargo, la aparición de dispositivos como por
ejemplo los GP2D02 o los GP2D12 de Sharp que también utilizan infrarrojos aunque de una forma
ligeramente diferente lo que permite conocer incluso la distancia a la que se encuentran los objetos
dentro de un determinado rango, hacen que el uso de infrarrojos para la simple detección de la
presencia de obstáculos este perdiendo interés.
2. Recepción
Vamos a comenzar por definir y comentar la parte de la recepción de la señal infrarroja ya que, por un
lado, es sumamente sencilla de conectar a un microcontrolador y, por otro, es la que nos va a obligar
a diseñar y ajustar los circuitos que necesitamos en la parte de la emisión.
Para la recepción vamos a utilizar un dispositivo que única en el mismo encapsulado el receptor de
luz infrarroja, una lente y toda la lógica necesaria para distinguir señales moduladas a una determinada
frecuencia. Concretamente, en este montaje utilizaremos los receptores IS1U60 de Sharp (figura 1) que
se activan cuando reciben una luz infrarroja modulada a una frecuencia de 38 Khz. (el haz infrarrojo
se apaga y enciende 38000 veces por segundo). Esto los hace compatibles con un gran numero de
mandos a distancia de electrodomésticos.

1
Emisión y recepción de infrarrojos 2
Figura 1: IS1U60 de Sharp
En el mercado existen otras alternativas tanto de la misma compañía como otros fabricantes.
Sharp también proporciona otros receptores de infrarrojos como por ejemplo los IS1U621, similares
a los aquí utilizados pero con mas rango de recepción (8 metros frente a los 5 de los IS1U60). De
otros fabricantes se destacan los PNA4602 o PNA4612 de Panasonic, los LTM-97DS-38 de LiteOn
o los SFH5110 de Siemens. En esta comparativa puede encontrarse información adicional sobre las

prestaciones de unos y otros.
Aunque los pines diferente entre los distintos fabricantes y deberá consultarse en el datasheet
correspondiente antes de realizar cualquier conexión, en todos los casos nos vamos a encontrar tres
patas: una que conectaremos a Vcc, otra que lo haremos a GND y una tercera, Vout, por la que
obtendremos diferentes niveles si se recibe o no la señal infrarroja (en el caso de los Sharp, un nivel
alto si no se recibe la señal infrarroja modulada o un nivel bajo si se esta recibiendo). Tal y como se
muestra en la figura 2, con el IS1U60 visto de frente, las patas de izquierda a derecha corresponden

con Vout, GND y Vcc.
Figura 2: Esquema del patillaje de un IS1U60
Para la conexión, el fabricante recomienda que se utilice un filtro de las conexiones de alimentación
mediante una resistencia de 47 en serie con Vcc y un condensador de 47 _F entre Vcc y GND
tal y como se muestra en la figura 3. En nuestro caso, también realizamos las conexiones sin estos
elementos y los resultados fueron aproximadamente los mismos, si bien es aconsejable si utilización.
Para las pruebas se utilizo una tarjeta CT6811 de Macrobiótica, conectando la señal Vout del
Emissor y recepción de infrarrojos 3
Figura 3: Recomendaciones de conexión del fabricante
IS1U60 a un Rin del puerto E, concretamente al PE1. Las lecturas sobre ese Rin se han realizado de
forma digital y no de forma analógica (como es sabido, el microcontrolador MC68HC11 dispone de
un conversor analógico-digital en el puerto E) ya que la salida que obtendremos del IS1U60 es de esa
naturaleza. No obstante, realizando conversiones de los valores le todos, se obtuvieron valores de $FF para
cuando no se recibe señal infrarroja (nivel alto) y de $11 para cuando se recibe señal (nivel bajo).
El siguiente programa en ensamblador enciende el LED de la placa CT6811 (accionado mediante
el BIT PA6 del puerto A) cuando se está recibiendo la portadora infrarroja; si dicha señal no se recibe
la señal, el LED se apaga.
* -----------------------------------------------------------------------
* ledir.asm
*
* Enciende el led del PA6 si recibe una señal infrarroja por el PE1
* -----------------------------------------------------------------------
PORTA EQU $00 ; Direccion del puerto A
PORTE EQU $0A ; Direccion del puerto E
ORG $0000 ; Programa en RAM interna
inicio STAA PORTA,X
BRCLR PORTE,X $02 ledon
ledoff CLRA
BRA inicio
ledon LDAA #$40
BRA inicio
END
Si se esta utilizando el receptor IS1U60 de Sharp, para las pruebas puede utilizarse cualquier mando
a distancia que emita infrarrojos y podrá verse que el LED parpadea mientras que se este pulsando
cualquier tecla. Normalmente, los mandos a distancia emiten una portadora a 38 Khz. (frecuencia
que excitara al receptor) que es modulada por cada fabricante para conseguir los distintos códigos
Emisión y recepción de infrarrojos 4
asociados a cada una de las teclas (volumen, cambio de canal, accionamiento del CD, etc.). En las
pruebas se han utilizado mandos a distancia de diferentes fabricantes y electrodomésticos (Sony,
Grundig, Sanyo, Samsung y Creative).
3. Emisión
Una vez resuelto el problema de la recepción, vamos a centrarnos en la otra parte del sistema: la
emisión. Ya hemos mencionado que los receptores utilizados son sensibles a la mayor parte de los
mandos de infrarrojos de electrodomésticos. Eso nos puede ayudar en la fase de pruebas de la recepción
e incluso utilizar el mando para enviar _ordenes al robot. Este problema precisa un estudio de los códigos
que emiten los mandos de diferentes fabricantes y será objeto de otro documento.
Como se dijo en la introducción, el objetivo es establecer una comunicación entre dos dispositivos
de una forma general, ya sean dos robots, un robot y un ordenador o dos dispositivos electrónicos
genéricos. Por lo tanto, a continuación vamos a presentar dos montajes basados en un circuito integrado
muy conocido y utilizado: el 555.
En el primero utilizaremos la típica configuración en estable con una ligera modificación para
conseguir un 50% de ciclo de trabajo que es lo que nos requiere el receptor. Por 50% de ciclo de
trabajo entendemos que solo durante la mitad del tiempo se esta enviando la señal, o lo que es lo
mismo, el tiempo que esta encendido el LED es el mismo que el que esta apagado; al tratarse de una
frecuencia de 38 Khz. (periodo de 26.316 _s), dicho tiempo será de 13.158 _s.
En el segundo, estaremos cerca de de ese ciclo de trabajo, justo para activar el receptor, con
bastantes menos elementos que los que se precisan en el primero de ellos. Este segundo montaje
también incorpora algunos componentes nuevos con respecto al primero como son los condensadores
de filtro y el transistor que permite aumentar la corriente que circula por el LED infrarrojo.
3.1. Emisor con 50% de ciclo de trabajo
Utilizando el 555 en modo estable hace que se dispare a s__ mismo y pueda funcionar como un multivibrador
(figura 4. En esta configuración son necesarias dos resistencias (Ra y Rb) y un condensador
(C). En la siguiente figura se muestra el conexionado típico.
Figura 4: 555 en modo astable
Emisión y recepción de infrarrojos 5
El condensador C se carga a través de las resistencia Ra+Rb y se descarga a través de la resistencia
Rb. Variando los valores de estos tres parámetros (C, Ra y Rb) se puede ajustar de forma precisa el
ciclo de trabajo. El tiempo t1 que la señal esta a valor alto (tiempo de carga) y el tiempo t2 que la
señal esta a valor bajo (tiempo de descarga) vienen dados por las siguientes expresiones:
t1 = 0;693 (Ra + Rb) C
t2 = 0;693 (Rb) C(1)

Examinando ambas expresiones puede verse claramente que el 50% de ciclo de trabajo (t1 = t2)
solo se alcanzar__a si la resistencia Ra fuese nula. Ese caso no es posible ya que debido a las restricciones
del 555 la resistencia Ra debe ser mayor que cero. Por tanto, utilizando este esquema de conexiones,
podrían elegirse valores para los tres parámetros, y en concreto para Ra, que hiciesen casi iguales los
dos tiempos en el mejor de los casos.
Podemos encontrar un ajuste del circuito anterior mediante un diodo colocado en paralelo con la
resistencia Rb (con el cátodo entre Rb y C y el ánodo entre Rb y Ra). De esta forma para el tiempo
de carga solo debemos tener el en cuenta la resistencia Ra y los tiempos de activación y desactivación
vendrán determinados por:
t1 = 0;693 (Ra) C
t2 = 0;693 (Rb) C
(2)
Por lo que para conseguir un ciclo de trabajo del 50% se deberá seleccionar una pareja de resistencias
de igual valor. El montaje definitivo podemos verlo en la figura 5.
Figura 5: Esquemático con 50% de ciclo de trabajo
Solo resta hacer un comentario sobre los valores de las resistencias Ra y Rb y del condensador C
(R2, R3 y C1 en el esquemático, respectivamente).
De partida, querríamos conseguir una frecuencia de 38 Khz. Fijando el valor del condensador C = 10
nF y a partir de las _ultimas dos expresiones de los tiempos t1 y t2, puede definirse un valor para las
resistencias de Ra = Rb = 1.898 . Con estos valores de resistencias y condensador, se obtienen unos
tiempos de carga y de descarga de t1 = t2 = 13.153 _s con lo que la frecuencia es de 38013 Hz, valor
muy próximo a los 38 Khz. iniciales que va a excitar a los receptores.
Encontrar resistencias de 1.898 puede ser un tanto difícil (por no decir imposible) por lo que
pueden también utilizarse potenciómetros en ese rango o mejor aun, resistencias de ajuste multivuelta,
algo caras pero permite ajustar mejor el valor que queremos.
Emisión y recepción de infrarrojos 6

Figura 6: Resistencias de ajuste
Como emisor se ha utilizado un LED infrarrojo de 5 mm, concretamente un CQY89, que emite
en un Angulo de 25 grados una longitud de onda de 930 nm lo que hace que entre en la banda del
infrarrojo. Aunque este LED infrarrojo es muy fácil de encontrar en tiendas de electrónica, cualquier
otro de características similares puede servir también.
Para las pruebas de funcionamiento puede cambiarse el LED infrarrojo por otro que emita luz
dentro de la franja visible. Será imposible ver si el LED se apaga y enciende 38000 veces por segundo
pero si se compara con otro que este permanentemente encendido se vera que luce a la mitad de la
intensidad que _este ya que, al _n y al cabo, solo la mitad del tiempo esta encendido.
El LED infrarrojo no podrá verse directamente en ningún caso (afortunadamente, no estamos
preparados para ver este tipo de emisión) pero existen algunos papeles especiales sensibles a este
tipo de luz que cambian cuando reciben la emisión. También pueden utilizarse los visores de cámaras
fotográficas digitales o cámaras de video, cuando el LED este encendido se vera que toma un color

que tiende a morado.
Figura 7: LED infrarrojo apagado (izquierda) y encendido (derecha)
Emisión y recepción de infrarrojos 7
3.2. Emisor con resistencia de ajuste
El segundo montaje que aquí presentamos también puede encontrarse en su formato original en el
fantastico web sobre robots móviles Robot Room de David Cook. Para una discusión mas completa
del circuito y las ventajas de utilizar el 555 frente a otro tipo de posibilidades consultase dicho web.
Como puede verse en el esquemático, este montaje solo utiliza una resistencia de ajuste (en este
caso de 5K) que además nos va a permitir seleccionar una frecuencia de emisión que este en el rango
de los 36 a 40 Khz. De esta forma pueden también utilizarse otros receptores diferentes al que se ha
utilizado en la pruebas, el IS1U60 de Sharp, y que trabajen en el mencionado intervalo. Para que el
circuito funcione a una frecuencia de 38 Khz., la suma de las resistencias R1 y R2 (una de 15K y
otra variable de 5K, respectivamente, situadas a la derecha del 555) debe ser de 18.797 .
Figura 8: Esquemático con resistencia de ajuste
A diferencia del otro montaje propuesto, en _este no se utiliza directamente la salida del 555 (pata
3) para alimentar el LED sino que se utiliza el transistor T1 (un transistor NPN 2N2222). La salida
del 555 la conectaremos, a través de la resistencia R4, con la base de transistor. La activación o
desactivación de la base abrirá o cerrara el circuito entre el colector y emisor.
Este uso de los transistores como meros interruptores electrónicos es muy frecuente y permite
ajustar la corriente (aumentar en este caso) que pasa a través del elemento a controlar (el LED
infrarrojo). Aumentando la corriente, también aumentaremos la cantidad de luz emitida por el LED
y por lo tanto el alcance del emisor.
Con este circuito alimentado con 4 baterías de 1.5 voltios, se ha conseguido un alcance de poco mas
de dos metros. Bajando el valor de la resistencia R3 puede aumentarse la intensidad en esa rama y
el alcance. Para calcular la corriente debe tenerse en cuenta, por un lado, el limite máximo permitido
por el LED y, por otro, la caída de tensión en el LED (unos 1.8 voltios) y entre el colector y el emisor
del transistor (unos 0.2 voltios).
El interruptor S1 permite activar o desactivar la emisión sin cortar la alimentación. La resistencia
R5 actúa de Rull-up por lo que cuando S1 este abierto, el Reset (pata 4) del 555 estará desactivado y
se estará emitiendo señal; cuando el interruptor S1 este cerrado, se activara el Reset a nivel bajo y se
dejara de emitir.
Emisión y recepción de infrarrojos 8
Figura 9: Circuito de emisión de prueba
Para su utilización como baliza esto no tiene mucho sentido ya que se podría conectar y desconectar
directamente la alimentación, pero para utilizarlo con un microcontrolador, esto puede tenerse en
cuenta para realizar la conexión y desconexión directamente con una pata de salida del micro.
4. Conclusiones
Hemos presentado los componentes básicos para establecer una comunicación mediante infrarrojos
entre dos dispositivos electrónicos, como pueden ser dos robots móviles o un robot móvil y cualquier
otro dispositivo (balizas, ordenadores, etc.). Para una comunicación completa se tendría que definir
el protocolo usado durante la comunicación, desde la determinación de los valores de los bits a enviar
hasta el propio protocolo de alto nivel.
Para la recepción se ha utilizado un circuito receptor de infrarrojos como es el IS1U60 de Sharp,
que en el mismo integrado engloba el receptor infrarrojo, lentes para mejorar la recepción y la lógica
necesaria. Desde el punto de vista de su utilización, este dispositivo lo podemos ver como una caja
negra que una vez alimentada, activa o desactiva una salida cuando recibe una señal infrarroja
modulada a 38 Khz.
Para la emisión se han propuesto dos circuitos basados en el integrado 555. El primero de ellos
determina un 50% de ciclo de trabajo, es decir, justo la mitad del tiempo esta dando un nivel alto
y la otra mitad un nivel bajo. El segundo, mas completo al incorporar elementos adicionales para
controlar la emisión y su propia activación de forma electrónica, utiliza una resistencia de ajuste que
permite seleccionar la frecuencia en el rango de los 36 a los 40 kHz.