紅外遙控開關設計

高秀美,胡承忠

(1.泰安市岱岳區(qū)職業(yè)教育培訓中心,山東 泰安 271024;2.泰山學院 物理與電子工程學院,山東 泰安 271000)

紅外遙控開關設計

高秀美1,胡承忠2

(1.泰安市岱岳區(qū)職業(yè)教育培訓中心,山東 泰安 271024;2.泰山學院 物理與電子工程學院,山東 泰安 271000)

設計了一種新型紅外遙控開關。針對傳統(tǒng)機械式開關,存在接觸電阻大、壽命短、易磨損等不足。本文基于單片機紅外遙控器原理,采用信號編碼、譯碼方法設計出該開關。該設計具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強的優(yōu)點。經(jīng)試驗數(shù)據(jù)表明,其可行性強,且驗證了設計的正確性與有效性。

紅外遙控;開關;紅外發(fā)射;紅外接收

傳統(tǒng)的機械式電源開關存在接觸電阻大、壽命短、易磨損以及可靠性低等缺點,紅外線遙控具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、工作可靠性高等優(yōu)點,成為當今時代的主流,在日常生活中的應用越來越廣泛。

1 紅外數(shù)據(jù)傳輸

1.1 紅外線

人眼能夠看到的可見光按波長從長到短排列,其中紅光的波長為0.62～0.76 μm,比紅光波長更長的光叫做紅外線,它是不可見光,因其波長>950 nm,位于可見光譜之下。本質(zhì)與可見光或電磁波的的性質(zhì)相同,具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。不具有穿過遮擋物去控制被控對象的能力,輻射距離一般為幾米到幾十米甚至更遠[1]。

1.2 紅外通信原理

紅外發(fā)光二極管容易制作,成本很低。只要有發(fā)熱的物體,都會發(fā)出紅外光。因此,需要注意保證紅外遙控傳送的信息準確發(fā)射到接收器上。通過調(diào)制可使紅外光以特定的頻率閃爍。紅外接收器會適配這個頻率,其它的噪音信號都將被忽略。紅外遙控開關由發(fā)送和接收兩部分組成。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號,然后通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號[2]。接收部分對紅外信號進行接收、放大、檢波、整形,并且解調(diào)出紅外遙控編碼脈沖。為減少干擾,現(xiàn)大部分都采用性能可靠,價格便宜的一體化紅外接收頭來接收紅外遙控信號,且能同時對接收信號進行放大、檢波和整形,得到TTL電平的編碼信號傳送給單片機,經(jīng)過單片機的解碼,最后執(zhí)行去控制相關對象。

1.3 編碼、解碼

二進制信號的調(diào)制由編碼譯碼芯片完成,它把編碼后的二進制信號調(diào)制成頻率為38 kHz的間斷脈沖串,再進行發(fā)射。紅外接收需先進行解調(diào),解調(diào)過程是通過紅外接收管進行接收的[3],其基本工作過程為:當接收到調(diào)制信號時,輸出高電平,否則輸出為低電平,是調(diào)制的逆過程。一體化集成的紅外接收器件,可直接輸出解調(diào)后的高低電平信號[4]。

2 電路系統(tǒng)總體設計及主要組件選擇

2.1 紅外遙控發(fā)射、接收系統(tǒng)框圖

這種遙控電路使用的是配套的編碼、譯碼器,所需的器件較少,路相對簡單、制作方便。其紅外發(fā)射接收電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。

對于圖1中的紅外遙控發(fā)射器主要由按鍵控制,編碼調(diào)制電路及紅外發(fā)射3部分組成。按鍵控制即遙控器上的鍵盤,通過按鍵輸入一個信號。編碼調(diào)制電路主要由編碼芯片構(gòu)成,作用就是將按鍵傳送來的信號進行編碼調(diào)制,然后再傳送到紅外發(fā)射模塊,進行紅外信號的發(fā)射[5]。對于紅外接收部分,首先由紅外一體化接收頭接收紅外信號,然后把處理好的信號傳送給解碼模塊,解碼部分的電路主要由解碼芯片構(gòu)成,解碼芯片進行信號解碼后傳送到電源開關控制部分,進行觸發(fā),完成開關的閉合控制[6]。

2.2 紅外發(fā)光二極管

紅外發(fā)光二極管與普通的發(fā)光二極管(LED)相同,構(gòu)成普通發(fā)光二極管的材料是磷化鎵和磷砷化鎵[7]。發(fā)光二極管的光波長通常因其構(gòu)成材料的不同而不同。例如,由砷化鎵構(gòu)成的紅外發(fā)光二極管,其峰值發(fā)光波長為940～950 nm,而波長在900 nm以上,人眼則無法看到。由于其內(nèi)部材料的不同,所以不同于普通的發(fā)光,當在其兩端施加一定電壓時,其發(fā)出的是紅外線而不是可見光。紅外發(fā)光二極管具有方向特性,其發(fā)光強度可因方向不同而不同。當在其兩腳加恒定電壓時,經(jīng)紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生直流電流,只要工作電流不超過紅外發(fā)光二極管性能參數(shù)的數(shù)值時,能夠發(fā)出恒定的紅外光。

2.3 紅外遙控一體化接收頭

新一代的紅外接收頭將紅外接收管、前置放大、解調(diào)電路集成在同一基片上。接收頭是集成電路與接收二極管封裝在一起的,多數(shù)接收頭供電為5 V,接收頭中心頻率應與遙控發(fā)射器頻率相同。大多數(shù)紅外接收頭解調(diào)中心頻率為 38 kHz,但也有一些接收頭中心頻率為 36 kHz、37 kHz、39 kHz、40 kHz,若發(fā)射頻率與接收頻率相差1 kHz,大多可正常遙控,相差2 kHz 以上則會出現(xiàn)遙控不靈的現(xiàn)象,此時可通過更換遙控發(fā)射器的晶振來解決[8]。

遙控接收頭就是將光敏二極管和放大電路組合到一起,完成接收、放大、解調(diào)等功能。紅外線遙控器的輸出都是用經(jīng)過編碼后的串行數(shù)據(jù)對頻率為30～56 kHz的方波進行脈沖幅度調(diào)制產(chǎn)生。若直接對已調(diào)制的波進行測量,因單片機的系統(tǒng)指令周期是μs,但是已調(diào)波的脈寬約20 μs,會產(chǎn)生較大誤差。對已調(diào)波先要進行解調(diào),再對解調(diào)后的波形進行測量。內(nèi)置接收管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號,由于轉(zhuǎn)換的電信號比較微弱,所以要 IC內(nèi)部放大器來進行放大,然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調(diào)、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出的原始編碼,由一體化接收頭的信號輸出腳傳輸?shù)骄幋a識別電路。

2.4 編碼器和譯碼器的選擇

選用的PT2262和PT2272是一種由CMOS工藝制造的低功耗低價位的通用編碼譯碼芯片,其引腳圖如圖2所示。

圖2 編碼芯片PT2262引腳圖

編碼芯片PT2262工作電壓范圍為2.6～15 V,地址管腳為A0～A11,A6～A11可做地址使用,也可做數(shù)據(jù)使用。芯片有3種狀態(tài)編碼,“0”、“1”和高阻態(tài),其中輸出數(shù)據(jù)有效電平為高電平。引腳TE為編碼、輸出啟動,低電平時17腳送出編碼數(shù)據(jù)。引腳OSC1、OSC2為內(nèi)部振蕩電路輸入、輸出端,外接電阻確定振蕩頻率。引腳17DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出端,平時為低電平,接收到信號時為高電平[9]。PT2272是譯碼芯片,其引腳圖如圖3所示。

圖3 譯碼芯片PT2272引腳圖

譯碼芯片的工作電壓為+5 V。A0～A11的功能與編碼芯片PT2262一致。當PT2272的A0～A11與PT2262的A0～A11完全相同時,PT2272才輸出解碼數(shù)據(jù),否則不輸出。譯碼芯片PT2272一旦解碼成功,VT端便會輸出一個“解碼有效”的正脈沖作為標志,同時D0～D5端輸出與PT2262的D0～D5端相同的數(shù)據(jù)[10]。

編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼共同組成,解碼芯片PT2272接收到信號后,地址碼要經(jīng)過兩次比較核對,VT腳才能輸出高電平,與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也會輸出高電平。通常一般

采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼,此時的編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272的1～8腳為地址設定腳。當發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同時,才能配對使用,為便于生產(chǎn)管理和用戶使用,出廠時PT2262和PT2272的8位地址編碼端全部懸空,能夠方便選擇各種編碼狀態(tài)。

2.5 電路控制開關器件

繼電器JMX-94F自鎖雙穩(wěn)態(tài)繼電器,具有體積小、可行性高、耐沖擊、負載大、功耗小等優(yōu)點。此類繼電器在通電脈沖來時,觸頭動作并自鎖,脈沖過后,繼電器觸頭仍能保持吸合狀態(tài);當再來通電脈沖時,繼電器觸頭反動作并自鎖,脈沖過后,繼電器觸頭仍會保持其釋放狀態(tài)。這類自鎖雙穩(wěn)態(tài)繼電器的最大優(yōu)點是在繼電器觸頭狀態(tài)改變期間才會消耗電能,在觸頭吸合或釋放期間均為無電流運行,所以期間不消耗任何電能,具有明顯的節(jié)電效果[11]。由于其驅(qū)動信號為脈沖信號,控制電路簡單[12],且無須考慮繼電器本身的發(fā)熱及附加溫升,使整體設計得以簡化。

3 關于紅外遙控的發(fā)射和接收

3.1 紅外遙控發(fā)射電路設計

紅外遙控發(fā)射電路原理如圖4所示。圖中與非門的中心頻率為40 kHz的方波振蕩,其作用是調(diào)制從編碼芯片17腳輸出的編碼信號及控制信號?？刂菩盘栍删幋a芯片D1～D4引腳提供,經(jīng)過調(diào)制后的信號有紅外發(fā)射二極管PH303發(fā)射,只要按下按鍵,發(fā)光二極管就會不斷地發(fā)射紅外信號。

圖4 紅外遙控發(fā)射電路圖

3.2 紅外遙控接收電路設計

當接收到中心頻率為40 kHz的紅外信號時,從載波中解調(diào)出紅外編碼信號,從引腳2輸出,進入解碼芯片的引腳14,若地址碼相同,則PT2272解碼芯片進行解碼,并且把控制信號鎖存在10～13引腳上,同時17引腳上輸出一個正脈沖,觸發(fā)雙穩(wěn)控制電路。PT2272數(shù)據(jù)輸出端10～13引腳具有記憶保持的功能,數(shù)據(jù)一直會保持。兩地址碼相同時,能夠正確譯碼,而當沒有輸入信號時,譯碼芯片17引腳則回落到低電平狀態(tài),此時則沒有記憶功能。當沒有輸入紅外信號時,譯碼芯片PT2272的17引腳為低電平,VT2截止,繼電器J1釋放,此時的觸點斷開,所以負載不工作。當接收到信號時,17引腳輸出的是高電平,VT2導通,繼電器觸點吸合,負載工作,從而達到了紅外遙控的目的[13]。

圖5 紅外發(fā)射遙控接收電路原理圖

3.3 電源電路設計

圖6 紅外遙控接收電路的電源電路

4 結(jié)束語

電源電路設計時,對于穩(wěn)壓部分器件的選取時,首先考慮穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路雖簡單,但由于其負載能力較差,通常只提供基準電壓,所以穩(wěn)壓管不適用于電源穩(wěn)壓。電源電路選用集成穩(wěn)壓器,集成穩(wěn)壓器因其的輸出電流大,輸出電壓高,體積小,且可靠性高等優(yōu)點,故在電子電路中得到了廣泛應用。本文選用MC78L05由摩托羅拉公司生產(chǎn),輸出電流為0.1 A,輸出電壓為5 V,經(jīng)穩(wěn)壓,即可獲得5 V的直流電。

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Design of an Infrared Remote Control Switch

GAO Xiumei1,HU Chengzhong2

(1.Daiyue Vocational Education and Training Centers of Tai’an City,Tai’an 271024,China;2.School of Physics and Electronic Engineering,Taishan College,Tai’an 271000,China)

This paper introduces a remote switch controller which can be used as an input signal.It designs the switch controller to replace the traditional mechanical one,which has the disadvantages of big contact resistance,short life span,and easy wear-out.This controller has the advantages of simple structure,convenient manufacture,low cost,strong anti-interference ability,and high reliability.Experiments show its feasibility and the correctness of the design.

infrared remote control;switch;infrared emission;infrared receiver

2014- 09- 01

泰安市科技發(fā)展計劃基金資助項目(20140629-1)

高秀美(1967—),女,講師。研究方向:電工電子教學。E-mail:65688289@qq.com

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.04.044

TN219

A

1007-7820(2015)04-166-04