多功能紅外線彩燈遙控器設(shè)計方案

　　本文在常用的NE555為核心組成多諧振蕩器構(gòu)成紅外線發(fā)射機的基礎(chǔ)上提出了一種多功能紅外線彩燈遙控器的設(shè)計方案。該方案利用紅外線接收頭接收信號，進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)的方波，用NE567、 CD4017 、CC4081 組成邏輯控制電路，實現(xiàn)彩燈的流水、追逐、跳閃等功能。

　　0 引言

　　家用電器的遙控器多采用紅外線遙控，隨著電子科技的發(fā)展，遙控器的功能越來越強，其發(fā)射和接收部件也成品化、集成化，但其價格比較高。 本方案介紹的是以集成定時器NE555為核心組成的多功能紅外線彩燈遙控器，主要用于對彩燈的遙控。方案利用紅外線接收頭接收信號，進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)的方波，用NE567、 CD4017 、CC4081 組成邏輯控制電路，實現(xiàn)彩燈的流水、追逐、跳閃等功能。經(jīng)驗證該方案實用性強、成本低、市場潛力大，可以推廣到電子裝飾廣告玩具家電等其他用途。

　　1系統(tǒng)方案設(shè)計的原理及框圖

　　彩燈控制器組成框圖如圖1 所示，主要由紅外線發(fā)射機、接收頭、解碼電路、邏輯控制電路等組成。 遙控發(fā)射機按照鍵盤指令，產(chǎn)生約5kHz 的紅外線信號，通過紅外線接收頭接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電信號后，將信號送到解碼器解碼器，負責(zé)完成對接收信號的解碼，解碼后信號通過積分電路，產(chǎn)生上升沿；振蕩器產(chǎn)生1 Hz 標(biāo)準(zhǔn)信號以及反相器形成一對相位相同、極性相反的觸發(fā)脈沖供邏輯控制部分用，邏輯控制部分將控制各組燈LA、 LB 、LC、 LD……的亮滅順序。

圖1 系統(tǒng)框圖

　　2 邏輯控制電路設(shè)計

　　2.1 紅外線遙控器電路

　　紅外線發(fā)射機的電路如圖2 所示。由NE555組成一個自激多諧振蕩器時，在R3 的兩端并上一個二極管使電容C1 只通過電阻R2 充電。 NE555 輸出方波周期T 頻率f及占空比D 分別為：

　　為了使NE555 輸出方波的占空比為D = 1/ 2取R2=R3， 故：

　　為避免紅外線接收頭接收全波段的紅外信號而使解碼電路產(chǎn)生誤解碼，取 R2 = R 3 =220U，C1 = 0.68uF ，代入公式（4）， 得遙控器發(fā)出的紅外線的頻率f = 4 823 Hz. 第5 腳所接電容C2 主要是防止干擾電路正常工作時，C2 相當(dāng)于交流短路。

圖2 紅外線發(fā)射機電路圖　　2.2 紅外線接收放大電路

　　傳統(tǒng)的紅外線接收放大電路多采用分立元件組成2 級到3 級的反饋放大電路，對紅外線接收頭所產(chǎn)生的微弱的電流變化進行放大。

　　本系統(tǒng)采用了一體化紅外線接收頭可以接收并放大全波段的紅外線這樣既可省去外設(shè)放大電路又提高了輸出幅度。

　　2.3 解碼電路

　　解碼電路主要由NE567 組成如圖3 所示，其性能的好壞決定了系統(tǒng)的紅外線遙控功能能否實現(xiàn)。 NE567 是一個高穩(wěn)定性的低頻集成鎖相環(huán)，具有AM 同步鎖相檢波及功率輸出功能。 NE567 的中心頻率，帶寬和輸出延時等由外接元件Rt 、Ct 、Cof 、Clf 獨立確定。 電路的工作頻率為：

　　式中Rt 的阻值限定在2~20 k Ω之間，Ct 應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性好的電容器。

　　其中Vi 是輸入信號幅度的有效值，單位為V，f o 的單位為Hz， Clf 的單位為uF.

　　Clf 的容量對環(huán)路的性能有重要的影響，它的選擇要兼顧以下兩點：一是考慮到環(huán)路的帶寬B 時，如果已知輸入信號幅度Vi ，就可以根據(jù)公式（7） 求出所需的Clf 值。 二是Clf 對環(huán)路的鎖定時間有影響，Clf 容值越小，則環(huán)路的鎖定時間也就越小，勢必使帶寬B 加大。

圖3 解碼電路圖

　　輸出濾波電容Cof 的選取一般不太嚴格，為濾除各種寄生輸出，Cof 可取大一些。 但是Cof過大，會使Cof 上電壓變化太慢，將延遲輸出級的開啟時間，所以Cof 也不宜取得太大，通常用下面公式計算：

　　為防止干擾造成對CD4017 的多次觸發(fā)，特在NE567 的第8 腳外接一個π型濾波器減少誤觸發(fā)。

　　2.4 秒脈沖發(fā)生器電路

　　秒脈沖發(fā)生器由NE555 為核心的振蕩器和反相器組成，占空比D = 1/ 2 ，頻率f = 1Hz 的方波發(fā)生器。 電路圖如圖4 所示。

圖4 秒脈沖發(fā)生器原理圖

　　秒脈沖發(fā)生器在系統(tǒng)中的作用是為邏輯控制電路中的從計數(shù)器CD4017（ IC3） 提供計數(shù)脈沖（實現(xiàn)“流水”、“追逐”功能）、為與門集成CC4081 提供脈沖信號和反相脈沖信號（實現(xiàn)“跳閃”功能） .

　　2.5 邏輯控制電路

　　邏輯控制電路的原理圖如圖5 所示。 電路中選用CD4017 作為主控部件。

圖5 邏輯控制電路　　3 系統(tǒng)調(diào)試過程

　　系統(tǒng)的工作過程如下（以4 組彩燈為例并設(shè)主計數(shù)器初態(tài)為復(fù)位狀態(tài)）：

　?。? ）主計數(shù)器CLK端（后用“主CLK” 表示，其它也類似）依次接收到第一、第二、第三、第四個脈沖，主Q1、 Q2Q3 、Q4 分別輸出高電平，并依次使D11、 D9、D12 、D10 導(dǎo)通，并分別驅(qū)動LA 、LB 、LC、 LD發(fā)亮實現(xiàn)系統(tǒng)功能一。

　?。? ）主CLK 接收到第五個脈沖，主Q5 輸出高電平同時開啟與門U3A ，秒脈沖通過U3A和D2 送至從CLK； 通過D6 向反相器輸入高電平，D5 輸出低電平，解除對從計數(shù)器RST 的鎖定從計數(shù)器開始計數(shù)（每計到“5” 就立刻復(fù)位）。 接著從Q1、 Q2 、Q3、 Q4 依次輸出高電平，使D13、 D14、 D15、 D16 依次導(dǎo)通LA、 LB 、LC、LD 依次點亮，實現(xiàn)系統(tǒng)功能二“流水”.

　?。? ）主CLK 接收到第六個脈沖，主Q6 輸出高電平，同時開啟與門U3B， 秒脈沖通過U3B和D1 送至從CLK ；通過D7 向反相器輸入高電平，D5 輸出低電平，解除對計數(shù)器RST 的鎖定，從計數(shù)器開始計數(shù)；通過D8 開啟與門U2A、 B 、C、 D. 接著從Q1 輸出高電平，使D13、U2A 導(dǎo)通，即D13、 D21、 D28 同時導(dǎo)通，LA、 LB、 LC 同時點亮。 類推得LA、 LB 、LC 亮，LB、 LC、 LD 亮，LC 、LD、 LA 亮，LD 、LA、 LB 亮，從而實現(xiàn)系統(tǒng)功能三追逐。

　?。? ）主CLK 接收到第七個脈沖主，Q7 輸出高電平同時打開與門U1A、 U1B. 由于U1A 的2 腳一直接著反相秒脈沖，而U1B 的6 腳一直接著秒脈沖，所以U1A 與U1B 的輸出始終反相，在秒脈沖處于高電平的半個周期里，D18 和D29 導(dǎo)通，LB 和LD 點亮；在秒脈沖處于低電平的半個周期里，D17 和D26 導(dǎo)通，LA 和LC 點亮。 同理主CLK 接收到第八個脈沖，在秒脈沖處于高電平時，LA 和LD 點亮，在秒脈沖處于低電平時，LB 和LC 點亮。 這就是“跳閃一”和“跳閃二”.

　?。? ）主CLK 接收到第九個脈沖，主Q9 輸出高電，D3 導(dǎo)通，系統(tǒng)立刻復(fù)位，系統(tǒng)功能實現(xiàn)一個循環(huán)。

　　4 結(jié)束

　　本文提出了一種多功能紅外線彩燈遙控器的設(shè)計方案。該方案利用紅外線接收頭接收信號，進行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)的方波，用NE567、 CD4017 、CC4081 組成邏輯控制電路，實現(xiàn)彩燈的流水、追逐、跳閃等功能。最后以4 組彩燈為例，把遙控功能引入到彩燈控制中，實現(xiàn)了一組彩燈的輪流一個點亮，依次熄滅以及交替點亮等多種功能，令彩燈的控制更加靈活、方便。 系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)試驗應(yīng)用，工作穩(wěn)定、可靠、控制功能準(zhǔn)確，達到了預(yù)期的研制目的。