頻分制紅外遙控開關(guān)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　紅外遙控在各種電器控制中的應(yīng)用非常廣泛，它的主要特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境，不干擾其他電器設(shè)備。多通道紅外遙控開關(guān)有多種實(shí)現(xiàn)方式，如采用脈沖編碼的碼分制方式和采用不同頻率的頻分制方式。采用頻分制方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于業(yè)余制作，可廣泛應(yīng)用于家庭、娛樂、辦公等場所。

　　1 設(shè)計(jì)方案

　　1.1 紅外遙控系統(tǒng)的基本組成

　　常用的紅外遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射和接收2部分組成，如圖1所示。

　　圖1(a)為紅外發(fā)射框圖。編碼波形發(fā)生器產(chǎn)生一定占空比的脈沖信號，經(jīng)調(diào)制放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，發(fā)射紅外脈沖信號。圖1(b)為紅外接收框圖。光電探測將紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大與解碼，輸出控制信號，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)件動(dòng)作。發(fā)射與接收系統(tǒng)可以采用碼分制和頻分制，該設(shè)計(jì)采用頻分制。

　　1.2 頻分制多路紅外遙控開關(guān)電路設(shè)計(jì)方案

　　頻分制是按照發(fā)射載頻的不同來區(qū)分不同的開關(guān)信號。圖2(a)為頻分制發(fā)射系統(tǒng)組成。采用頻道編碼開關(guān)，來改變振蕩電路的參數(shù)，從而改變振蕩頻率。當(dāng)按下不同的編碼鍵時(shí)，振蕩器輸出不同振蕩頻率的指令信號，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管發(fā)出紅外開關(guān)信號。

　　圖2(b)為紅外接收控制電路組成框圖。當(dāng)紅外接收器接收到紅外編碼指令后，先轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，經(jīng)放大器放大，加至頻率譯碼電路，再經(jīng)選頻電路，選出不同指令的頻率信號，最后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)件。

　　根據(jù)發(fā)射編碼信號的數(shù)量，即頻率個(gè)數(shù)，在接收端應(yīng)有相應(yīng)個(gè)數(shù)的選頻、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

　　頻分制控制指令頻率一般取幾百赫茲至幾十千赫茲。頻分制紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于組裝，適用于通道數(shù)不太多的場合，當(dāng)通道數(shù)較多時(shí)，電路復(fù)雜，且易產(chǎn)生頻道間串?dāng)_，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　2 三通道頻分制紅外遙控開關(guān)電路的設(shè)計(jì)

　　三通道紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)可在圖2的基礎(chǔ)上，發(fā)射端用3個(gè)開關(guān)控制振蕩頻率，接收端則用3個(gè)選頻和執(zhí)行電路即可。

　　2.1 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì)

　　2.1.1 電路結(jié)構(gòu)

　　紅外發(fā)射電路采用NE555接成振蕩電路，如圖3所示。振蕩頻率由SA1～SA3開關(guān)控制，改變開關(guān)位置，即改變接入振蕩電路的電阻RP1～RP3，調(diào)節(jié) RP1～RP3，可以調(diào)節(jié)每一通道的具體頻率。振蕩脈沖由3號引腳輸出，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光，即實(shí)現(xiàn)了用振蕩脈沖對紅外光的調(diào)制。

　　2.1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)有關(guān)知識(shí)，555定時(shí)器構(gòu)成振蕩器的振蕩頻率可按下式估算：

　　可選用6.8 kΩ，5.1 kΩ，3.3kΩ電位器。

　　2.2 紅外接收電路設(shè)計(jì)

　　2.2.1 電路結(jié)構(gòu)

　　紅外接收電路主要由光敏二極管、集成運(yùn)算放大器(OP07)、音頻鎖相環(huán)(LM567)、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(CD4013)、繼電器驅(qū)動(dòng)電路等組成。其電路見圖4。

　　基本原理是：光敏二極管接收到光信號并轉(zhuǎn)換為電信號，運(yùn)算放大器將微弱的電信號加以放大，與發(fā)射頻率相對應(yīng)的通道進(jìn)入工作狀態(tài)。LM567為通用音頻譯碼器，內(nèi)含鑒相器(PD)、放大器(AMP)、壓控振蕩器(VCO)等單元，當(dāng)輸入信號頻率與VCO頻率一致時(shí)，環(huán)路進(jìn)入鎖定，LM567的8號引腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑谷龢O管導(dǎo)通，其集電極由低電平轉(zhuǎn)為高電平，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出Q為高電平，繼電器吸合，執(zhí)行設(shè)備工作。

　　當(dāng)發(fā)射頻率改變時(shí)，則另一路轉(zhuǎn)入工作。

　　2.2.2 參數(shù)選擇

　　IC1的閉環(huán)增益選Au=R5/R2=1 000，同相端基準(zhǔn)電壓取1/2VDD)。

　　LM567的壓控振蕩器中心頻率按下式確定：

　　根據(jù)發(fā)射頻率可求得Rp11～RP13的值。如第一通道，發(fā)射頻率為20 kHz，則：

　　依次類推可得Rpl2=3.03 kΩ，Rpl3=2.27 kΩ，選標(biāo)稱電位器5.1 kΩ，4.7 kΩ，3.3 kΩ。

　　調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)，接通發(fā)射和接收電路，如選擇第一通道，用示波器測試輸出波形，調(diào)節(jié)圖3中的RP1，使發(fā)射頻率為20 kHz，再測試圖4電路LM567的8腳電平，仔細(xì)調(diào)節(jié)圖4中的RP11使8腳為低電平。采用同樣方法調(diào)節(jié)其他各路。

　　3 參數(shù)測試數(shù)據(jù)

　　3.1 發(fā)射電路測試數(shù)據(jù)

　　主要測試靜態(tài)數(shù)據(jù)和不同發(fā)射狀態(tài)下的NE555引腳數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。發(fā)射電路測試數(shù)據(jù)見表1。

　　從表1可看出，隨著發(fā)射頻率的提高，NE555的3腳輸出電壓不斷下降。

　　當(dāng)將三個(gè)通道分別調(diào)整到20 kHz，30 kHz，40 kHz時(shí)，測得三個(gè)電位器的數(shù)值分別為5.091 kΩ，2.841 kΩ，1.572 kΩ，其與理論計(jì)算值比較接近。

　　3.2 接收電路測試數(shù)據(jù)

　　主要測試接收電路與發(fā)射電路對應(yīng)通道的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證接收電路與發(fā)射電路工作配合的一致性。當(dāng)電路工作在第一通道時(shí)，LM567各腳電壓如表2所示。

　　從表2可看出，工作于第一通道時(shí)，LM567的8引腳輸出電壓為5.093 V，而第二、第三通道8引腳均接近電源電壓。表明通道工作時(shí)，輸出電平較低，可確保相應(yīng)通道繼電器吸合，而不工作的通道輸出為高電平，相應(yīng)的繼電器不動(dòng)作。

　　當(dāng)分別接收第一，二，三通道時(shí)，調(diào)整各通道電位器的數(shù)值使之與發(fā)射頻率同步，測試Rp11～Rp13數(shù)值分別為5.831 kΩ，3.472 kΩ，2.754 kΩ，與理論計(jì)算基本相符。

　　4 結(jié)語

　　該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試較好地實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)功能。頻分制遙控開關(guān)電路主要通過硬件電路設(shè)計(jì)與調(diào)試來實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制功能，具有實(shí)現(xiàn)容易，使用方便，尤其適用于家庭與公共場所的多功能紅外遙控。