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。

　　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。

　　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：

　　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。

　　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：

　　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：

　　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。

　　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。

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