一種智能紅外遙控開關(guān)的原理及設(shè)計(jì)

0 引言

　　紅外遙控是當(dāng)前使用最為廣泛的通信和控制手段之一，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高及成本低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品、工業(yè)控制和智能儀器系統(tǒng)中。然而市場(chǎng)上的絕大部分遙控器都是針對(duì)各自特定的遙控對(duì)象設(shè)計(jì)的，不能直接應(yīng)用于通用的智能儀器研發(fā)及其更一般的控制場(chǎng)合。通常情況下，一般家庭所使用的電視機(jī)、空調(diào)、VCD／DVD等家用電器都使用了紅外遙控器，而這些紅外遙控器都是針對(duì)各自產(chǎn)品所設(shè)計(jì)的，從而導(dǎo)致了一般家庭中擁有數(shù)個(gè)遙控器，那么，能否將這些遙控器的功能進(jìn)行復(fù)用，進(jìn)而減少遙控器的數(shù)量，使遙控器的功能更加強(qiáng)大，就顯得十分必要了。

　　電源開關(guān)廣泛應(yīng)用于家庭、工廠、倉(cāng)庫(kù)、以及辦公室等場(chǎng)所。傳統(tǒng)的機(jī)械式電源開關(guān)存在接觸電阻大、易磨損、可靠性低以及壽命短等缺點(diǎn)，特別是當(dāng)家用電器的遙控器繁多的情況下，如果能借助這些遙控器設(shè)計(jì)開關(guān)用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式電源開關(guān)，不僅節(jié)約了成本，而且操作方便。使用電視機(jī)等家用電器的遙控器實(shí)現(xiàn)開關(guān)操作，安裝和代換都很方便，可以用它代換家居中非常普及的墻壁開關(guān)，從而提高遙控器在家電領(lǐng)域的實(shí)用價(jià)值。

1 工作原理

　　智能紅外遙控開關(guān)主要由紅外接收、放大整形、微控制器、開關(guān)控制以及降壓電源等模塊組成，其原理框圖如圖1所示。

　　智能紅外遙控開關(guān)的功能是將常見家用電器的遙控器，如電視機(jī)、VCD／DVD等，由用戶任意指定一個(gè)按鍵作為這個(gè)紅外遙控開關(guān)的控制鍵。使用時(shí)，用戶按下智能紅外遙控開關(guān)的“學(xué)習(xí)”按鍵，然后再對(duì)準(zhǔn)遙控開關(guān)的紅外接收頭按下遙控器上指定的這個(gè)開關(guān)控制按鍵，遙控器發(fā)出的紅外編碼信號(hào)經(jīng)過紅外接收頭接收后，再經(jīng)過放大整形，輸入到微控制器，微控制器通過內(nèi)置的E2PROM記住遙控器這個(gè)指定按鍵的編碼。那么，用戶下次使用時(shí)，當(dāng)按下遙控器這個(gè)指定按鍵后，其發(fā)出的紅外編碼信號(hào)同樣經(jīng)過紅外接收頭，放大整形后輸入到微控制器，由微控制器發(fā)出控制信號(hào)控制開關(guān)控制模塊里面繼電器的導(dǎo)通與斷開，進(jìn)而控制輸出電壓的通斷。

　　為了保證對(duì)各種用電器實(shí)現(xiàn)遙控開關(guān)控制，那么控制信號(hào)就一定要穩(wěn)定、安全。為此，在傳輸過程中要使各模塊間的通信信號(hào)足夠強(qiáng)，這就要求電路的電源能夠獨(dú)立給電路各部分供電。因此，紅外遙控開關(guān)還必須擁有降壓電源模塊。

2 電路設(shè)計(jì)

　　硬件電路設(shè)計(jì)包括電源電路的設(shè)計(jì)和解碼電路的設(shè)計(jì)兩部分。電源電路是為解碼電路提供電源而設(shè)計(jì)的，除了要求電壓穩(wěn)定外，還要求其體積小，成本低。解碼電路要求能對(duì)紅外編碼進(jìn)行可靠地接收，同時(shí)要能夠穩(wěn)定地控制繼電器的開關(guān)。

　　2．1 電源設(shè)計(jì)

　　考慮到解碼電路的功耗很小，所以電源的設(shè)計(jì)采用電容降壓式電源。它比變壓器電源和開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單得多，而且體積小、成本低，適合作為遙控開關(guān)的電源。電源設(shè)計(jì)的原理圖如圖2所示。MC2為降壓電容器，D1為半波整流二極管，D2在市電的負(fù)半周時(shí)給MC2提供放電回路，ZD1是5．1 V穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后MC2的電荷泄放電阻。

　　電容降壓式電源是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。當(dāng)交流電壓為220 V，頻率為50 Hz的工作條件下，電容器MC2在電路中的容抗Xc(單位：Ω)為：

　　流過電容器MC2的充電電流Ic(單位：mA)為：

　　通過降壓電容MC2向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過MC2的充放電電流IC。顯然，電容MC2容量越大，容抗Xc越小，則流經(jīng)MC2的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于MC2的充放電電流時(shí)，多余的電流就會(huì)流過穩(wěn)壓管。若穩(wěn)壓管的最大允許電流IdmaxIC-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。

　　雖然流過電容MC2的電流IC有69．08 mA，但在電容器上幾乎不產(chǎn)生功耗，這是因?yàn)閷?duì)于一個(gè)理想電容，流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率?？梢?，電容降壓式電源的效率也很高。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該電源電路通電后輸出4．88 V的直流電壓，交流電壓分量小于3 mV，輸出電流在50 mA時(shí)，電壓不低于4．7 V，可以滿足解碼電路的電源需求。

　　2．2 解碼電路設(shè)計(jì)

　　智能紅外遙控開關(guān)的硬件核心部分是微控制器和紅外接收部分，其原理圖如圖3所示。