频分制红外遥控开关电路的设计与实现
红外遥控在各种电器控制中的应用非常广泛,它的主要特点是不影响周边环境,不干扰其他电器设备。多通道红外遥控开关有多种实现方式,如采用脉冲编码的码分制方式和采用不同频率的频分制方式。采用频分制方式具有结构简单、易于实现的优点,非常适合于业余制作,可广泛应用于家庭、娱乐、办公等场所。
1 设计方案
1.1 红外遥控系统的基本组成
常用的红外遥控系统一般由发射和接收2部分组成,如图1所示。
![](../img/ele-ee/ee-472105iefp3eove3.jpg)
图1(a)为红外发射框图。编码波形发生器产生一定占空比的脉冲信号,经调制放大后驱动红外发光二极管,发射红外脉冲信号。图1(b)为红外接收框图。光电探测将红外信号转换为电信号,经过放大与解码,输出控制信号,驱动执行机件动作。发射与接收系统可以采用码分制和频分制,该设计采用频分制。
1.2 频分制多路红外遥控开关电路设计方案
频分制是按照发射载频的不同来区分不同的开关信号。图2(a)为频分制发射系统组成。采用频道编码开关,来改变振荡电路的参数,从而改变振荡频率。当按下不同的编码键时,振荡器输出不同振荡频率的指令信号,经放大后驱动红外发光管发出红外开关信号。
![](../img/ele-ee/ee-47211bgzavqyrpuf.jpg)
图2(b)为红外接收控制电路组成框图。当红外接收器接收到红外编码指令后,先转换为相应的电信号,经放大器放大,加至频率译码电路,再经选频电路,选出不同指令的频率信号,最后驱动相应的执行机件。
根据发射编码信号的数量,即频率个数,在接收端应有相应个数的选频、驱动机构。
频分制控制指令频率一般取几百赫兹至几十千赫兹。频分制红外遥控开关系统结构简单,易于组装,适用于通道数不太多的场合,当通道数较多时,电路复杂,且易产生频道间串扰,影响系统的稳定性。
2 三通道频分制红外遥控开关电路的设计
三通道红外遥控开关系统可在图2的基础上,发射端用3个开关控制振荡频率,接收端则用3个选频和执行电路即可。
2.1 红外发射电路设计
2.1.1 电路结构
红外发射电路采用NE555接成振荡电路,如图3所示。振荡频率由SA1~SA3开关控制,改变开关位置,即改变接入振荡电路的电阻RP1~RP3,调节 RP1~RP3,可以调节每一通道的具体频率。振荡脉冲由3号引脚输出,驱动红外发光二极管发射红外光,即实现了用振荡脉冲对红外光的调制。
2.1.2 参数设计
根据有关知识,555定时器构成振荡器的振荡频率可按下式估算:
![](../img/ele-ee/ee-47212fmonh2imovp.jpg)
可选用6.8 kΩ,5.1 kΩ,3.3kΩ电位器。
2.2 红外接收电路设计
2.2.1 电路结构
红外接收电路主要由光敏二极管、集成运算放大器(OP07)、音频锁相环(LM567)、双稳态触发器(CD4013)、继电器驱动电路等组成。其电路见图4。
![](../img/ele-ee/ee-47213ydt4skp0evd.jpg)
基本原理是:光敏二极管接收到光信号并转换为电信号,运算放大器将微弱的电信号加以放大,与发射频率相对应的通道进入工作状态。LM567为通用音频译码器,内含鉴相器(PD)、放大器(AMP)、压控振荡器(VCO)等单元,当输入信号频率与VCO频率一致时,环路进入锁定,LM567的8号引脚输出由高电平变为低电平,使三极管导通,其集电极由低电平转为高电平,D触发器翻转,输出Q为高电平,继电器吸合,执行设备工作。
当发射频率改变时,则另一路转入工作。
2.2.2 参数选择
IC1的闭环增益选Au=R5/R2=1 000,同相端基准电压取1/2VDD)。
LM567的压控振荡器中心频率按下式确定:
![](../img/ele-ee/ee-47214qfmznxwso0s.jpg)
根据发射频率可求得Rp11~RP13的值。如第一通道,发射频率为20 kHz,则:
![](../img/ele-ee/ee-47215adppv5n323c.jpg)
依次类推可得Rpl2=3.03 kΩ,Rpl3=2.27 kΩ,选标称电位器5.1 kΩ,4.7 kΩ,3.3 kΩ。
调节参数时,接通发射和接收电路,如选择第一通道,用示波器测试输出波形,调节图3中的RP1,使发射频率为20 kHz,再测试图4电路LM567的8脚电平,仔细调节图4中的RP11使8脚为低电平。采用同样方法调节其他各路。
3 参数测试数据
3.1 发射电路测试数据
主要测试静态数据和不同发射状态下的NE555引脚数据,以验证设计的正确性。发射电路测试数据见表1。
![](../img/ele-ee/ee-47216qo125wqfsug.jpg)
从表1可看出,随着发射频率的提高,NE555的3脚输出电压不断下降。
当将三个通道分别调整到20 kHz,30 kHz,40 kHz时,测得三个电位器的数值分别为5.091 kΩ,2.841 kΩ,1.572 kΩ,其与理论计算值比较接近。
3.2 接收电路测试数据
主要测试接收电路与发射电路对应通道的数据,以验证接收电路与发射电路工作配合的一致性。当电路工作在第一通道时,LM567各脚电压如表2所示。
![](../img/ele-ee/ee-472174e1fdqvm2dq.jpg)
从表2可看出,工作于第一通道时,LM567的8引脚输出电压为5.093 V,而第二、第三通道8引脚均接近电源电压。表明通道工作时,输出电平较低,可确保相应通道继电器吸合,而不工
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