红外遥控开关设计

高秀美,胡承忠

(1.泰安市岱岳区职业教育培训中心,山东 泰安 271024;2.泰山学院 物理与电子工程学院,山东 泰安 271000)

红外遥控开关设计

高秀美1,胡承忠2

(1.泰安市岱岳区职业教育培训中心,山东 泰安 271024;2.泰山学院 物理与电子工程学院,山东 泰安 271000)

设计了一种新型红外遥控开关。针对传统机械式开关,存在接触电阻大、寿命短、易磨损等不足。本文基于单片机红外遥控器原理,采用信号编码、译码方法设计出该开关。该设计具有结构简单、制作方便、成本低廉、抗干扰能力强的优点。经试验数据表明,其可行性强,且验证了设计的正确性与有效性。

红外遥控;开关;红外发射;红外接收

传统的机械式电源开关存在接触电阻大、寿命短、易磨损以及可靠性低等缺点,红外线遥控具有结构简单、制作方便、成本低廉、抗干扰能力强、工作可靠性高等优点,成为当今时代的主流,在日常生活中的应用越来越广泛。

1 红外数据传输

1.1 红外线

人眼能够看到的可见光按波长从长到短排列,其中红光的波长为0.62～0.76 μm,比红光波长更长的光叫做红外线,它是不可见光,因其波长>950 nm,位于可见光谱之下。本质与可见光或电磁波的的性质相同,具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。不具有穿过遮挡物去控制被控对象的能力,辐射距离一般为几米到几十米甚至更远[1]。

1.2 红外通信原理

红外发光二极管容易制作,成本很低。只要有发热的物体,都会发出红外光。因此,需要注意保证红外遥控传送的信息准确发射到接收器上。通过调制可使红外光以特定的频率闪烁。红外接收器会适配这个频率,其它的噪音信号都将被忽略。红外遥控开关由发送和接收两部分组成。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号,然后通过红外发射管发射红外信号[2]。接收部分对红外信号进行接收、放大、检波、整形,并且解调出红外遥控编码脉冲。为减少干扰,现大部分都采用性能可靠,价格便宜的一体化红外接收头来接收红外遥控信号,且能同时对接收信号进行放大、检波和整形,得到TTL电平的编码信号传送给单片机,经过单片机的解码,最后执行去控制相关对象。

1.3 编码、解码

二进制信号的调制由编码译码芯片完成,它把编码后的二进制信号调制成频率为38 kHz的间断脉冲串,再进行发射。红外接收需先进行解调,解调过程是通过红外接收管进行接收的[3],其基本工作过程为:当接收到调制信号时,输出高电平,否则输出为低电平,是调制的逆过程。一体化集成的红外接收器件,可直接输出解调后的高低电平信号[4]。

2 电路系统总体设计及主要组件选择

2.1 红外遥控发射、接收系统框图

这种遥控电路使用的是配套的编码、译码器,所需的器件较少,路相对简单、制作方便。其红外发射接收电路系统框图如图1所示。

对于图1中的红外遥控发射器主要由按键控制,编码调制电路及红外发射3部分组成。按键控制即遥控器上的键盘,通过按键输入一个信号。编码调制电路主要由编码芯片构成,作用就是将按键传送来的信号进行编码调制,然后再传送到红外发射模块,进行红外信号的发射[5]。对于红外接收部分,首先由红外一体化接收头接收红外信号,然后把处理好的信号传送给解码模块,解码部分的电路主要由解码芯片构成,解码芯片进行信号解码后传送到电源开关控制部分,进行触发,完成开关的闭合控制[6]。

2.2 红外发光二极管

红外发光二极管与普通的发光二极管(LED)相同,构成普通发光二极管的材料是磷化镓和磷砷化镓[7]。发光二极管的光波长通常因其构成材料的不同而不同。例如,由砷化镓构成的红外发光二极管,其峰值发光波长为940～950 nm,而波长在900 nm以上,人眼则无法看到。由于其内部材料的不同,所以不同于普通的发光,当在其两端施加一定电压时,其发出的是红外线而不是可见光。红外发光二极管具有方向特性,其发光强度可因方向不同而不同。当在其两脚加恒定电压时,经红外发光二极管产生直流电流,只要工作电流不超过红外发光二极管性能参数的数值时,能够发出恒定的红外光。

2.3 红外遥控一体化接收头

新一代的红外接收头将红外接收管、前置放大、解调电路集成在同一基片上。接收头是集成电路与接收二极管封装在一起的,多数接收头供电为5 V,接收头中心频率应与遥控发射器频率相同。大多数红外接收头解调中心频率为 38 kHz,但也有一些接收头中心频率为 36 kHz、37 kHz、39 kHz、40 kHz,若发射频率与接收频率相差1 kHz,大多可正常遥控,相差2 kHz 以上则会出现遥控不灵的现象,此时可通过更换遥控发射器的晶振来解决[8]。

遥控接收头就是将光敏二极管和放大电路组合到一起,完成接收、放大、解调等功能。红外线遥控器的输出都是用经过编码后的串行数据对频率为30～56 kHz的方波进行脉冲幅度调制产生。若直接对已调制的波进行测量,因单片机的系统指令周期是μs,但是已调波的脉宽约20 μs,会产生较大误差。对已调波先要进行解调,再对解调后的波形进行测量。内置接收管将光信号转换为电信号,由于转换的电信号比较微弱,所以要 IC内部放大器来进行放大,然后通过自动增益控制、带通滤波、解调、波形整形后还原为遥控器发射出的原始编码,由一体化接收头的信号输出脚传输到编码识别电路。

2.4 编码器和译码器的选择

选用的PT2262和PT2272是一种由CMOS工艺制造的低功耗低价位的通用编码译码芯片,其引脚图如图2所示。

图2 编码芯片PT2262引脚图

编码芯片PT2262工作电压范围为2.6～15 V,地址管脚为A0～A11,A6～A11可做地址使用,也可做数据使用。芯片有3种状态编码,“0”、“1”和高阻态,其中输出数据有效电平为高电平。引脚TE为编码、输出启动,低电平时17脚送出编码数据。引脚OSC1、OSC2为内部振荡电路输入、输出端,外接电阻确定振荡频率。引脚17DOUT为串行数据输出端,平时为低电平,接收到信号时为高电平[9]。PT2272是译码芯片,其引脚图如图3所示。

图3 译码芯片PT2272引脚图

译码芯片的工作电压为+5 V。A0～A11的功能与编码芯片PT2262一致。当PT2272的A0～A11与PT2262的A0～A11完全相同时,PT2272才输出解码数据,否则不输出。译码芯片PT2272一旦解码成功,VT端便会输出一个“解码有效”的正脉冲作为标志,同时D0～D5端输出与PT2262的D0～D5端相同的数据[10]。

编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码共同组成,解码芯片PT2272接收到信号后,地址码要经过两次比较核对,VT脚才能输出高电平,与此同时相应的数据脚也会输出高电平。通常一般

采用8位地址码和4位数据码,此时的编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的1～8脚为地址设定脚。当发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同时,才能配对使用,为便于生产管理和用户使用,出厂时PT2262和PT2272的8位地址编码端全部悬空,能够方便选择各种编码状态。

2.5 电路控制开关器件

继电器JMX-94F自锁双稳态继电器,具有体积小、可行性高、耐冲击、负载大、功耗小等优点。此类继电器在通电脉冲来时,触头动作并自锁,脉冲过后,继电器触头仍能保持吸合状态;当再来通电脉冲时,继电器触头反动作并自锁,脉冲过后,继电器触头仍会保持其释放状态。这类自锁双稳态继电器的最大优点是在继电器触头状态改变期间才会消耗电能,在触头吸合或释放期间均为无电流运行,所以期间不消耗任何电能,具有明显的节电效果[11]。由于其驱动信号为脉冲信号,控制电路简单[12],且无须考虑继电器本身的发热及附加温升,使整体设计得以简化。

3 关于红外遥控的发射和接收

3.1 红外遥控发射电路设计

红外遥控发射电路原理如图4所示。图中与非门的中心频率为40 kHz的方波振荡,其作用是调制从编码芯片17脚输出的编码信号及控制信号。控制信号由编码芯片D1～D4引脚提供,经过调制后的信号有红外发射二极管PH303发射,只要按下按键,发光二极管就会不断地发射红外信号。

图4 红外遥控发射电路图

3.2 红外遥控接收电路设计

当接收到中心频率为40 kHz的红外信号时,从载波中解调出红外编码信号,从引脚2输出,进入解码芯片的引脚14,若地址码相同,则PT2272解码芯片进行解码,并且把控制信号锁存在10～13引脚上,同时17引脚上输出一个正脉冲,触发双稳控制电路。PT2272数据输出端10～13引脚具有记忆保持的功能,数据一直会保持。两地址码相同时,能够正确译码,而当没有输入信号时,译码芯片17引脚则回落到低电平状态,此时则没有记忆功能。当没有输入红外信号时,译码芯片PT2272的17引脚为低电平,VT2截止,继电器J1释放,此时的触点断开,所以负载不工作。当接收到信号时,17引脚输出的是高电平,VT2导通,继电器触点吸合,负载工作,从而达到了红外遥控的目的[13]。

图5 红外发射遥控接收电路原理图

3.3 电源电路设计

图6 红外遥控接收电路的电源电路

4 结束语

电源电路设计时,对于稳压部分器件的选取时,首先考虑稳压二极管。稳压管稳压电路虽简单,但由于其负载能力较差,通常只提供基准电压,所以稳压管不适用于电源稳压。电源电路选用集成稳压器,集成稳压器因其的输出电流大,输出电压高,体积小,且可靠性高等优点,故在电子电路中得到了广泛应用。本文选用MC78L05由摩托罗拉公司生产,输出电流为0.1 A,输出电压为5 V,经稳压,即可获得5 V的直流电。

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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

泰安市科技发展计划基金资助项目(20140629-1)

高秀美(1967—),女,讲师。研究方向:电工电子教学。E-mail:65688289@qq.com

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.04.044

TN219

A

1007-7820(2015)04-166-04