一種智能紅外遙控開關的原理及設計

0 引言

　　紅外遙控是當前使用最為廣泛的通信和控制手段之一，由于其結構簡單、體積小、功耗低、抗干擾能力強、可靠性高及成本低等優(yōu)點而廣泛應用于家電產品、工業(yè)控制和智能儀器系統(tǒng)中。然而市場上的絕大部分遙控器都是針對各自特定的遙控對象設計的，不能直接應用于通用的智能儀器研發(fā)及其更一般的控制場合。通常情況下，一般家庭所使用的電視機、空調、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各自產品所設計的，從而導致了一般家庭中擁有數(shù)個遙控器，那么，能否將這些遙控器的功能進行復用，進而減少遙控器的數(shù)量，使遙控器的功能更加強大，就顯得十分必要了。

　　電源開關廣泛應用于家庭、工廠、倉庫、以及辦公室等場所。傳統(tǒng)的機械式電源開關存在接觸電阻大、易磨損、可靠性低以及壽命短等缺點，特別是當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計開關用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式電源開關，不僅節(jié)約了成本，而且操作方便。使用電視機等家用電器的遙控器實現(xiàn)開關操作，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，從而提高遙控器在家電領域的實用價值。

1 工作原理

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

　　智能紅外遙控開關的功能是將常見家用電器的遙控器，如電視機、VCD／DVD等，由用戶任意指定一個按鍵作為這個紅外遙控開關的控制鍵。使用時，用戶按下智能紅外遙控開關的“學習”按鍵，然后再對準遙控開關的紅外接收頭按下遙控器上指定的這個開關控制按鍵，遙控器發(fā)出的紅外編碼信號經過紅外接收頭接收后，再經過放大整形，輸入到微控制器，微控制器通過內置的E2PROM記住遙控器這個指定按鍵的編碼。那么，用戶下次使用時，當按下遙控器這個指定按鍵后，其發(fā)出的紅外編碼信號同樣經過紅外接收頭，放大整形后輸入到微控制器，由微控制器發(fā)出控制信號控制開關控制模塊里面繼電器的導通與斷開，進而控制輸出電壓的通斷。

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

2 電路設計

　　硬件電路設計包括電源電路的設計和解碼電路的設計兩部分。電源電路是為解碼電路提供電源而設計的，除了要求電壓穩(wěn)定外，還要求其體積小，成本低。解碼電路要求能對紅外編碼進行可靠地接收，同時要能夠穩(wěn)定地控制繼電器的開關。

　　2．1 電源設計

　　考慮到解碼電路的功耗很小，所以電源的設計采用電容降壓式電源。它比變壓器電源和開關電源的設計要簡單得多，而且體積小、成本低，適合作為遙控開關的電源。電源設計的原理圖如圖2所示。MC2為降壓電容器，D1為半波整流二極管，D2在市電的負半周時給MC2提供放電回路，ZD1是5．1 V穩(wěn)壓二極管，R1為關斷電源后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頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。當交流電壓為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向負載提供的電流Io，實際上是流過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MC2的充、放電電流越大。當負載電流Io小于MC2的充放電電流時，多余的電流就會流過穩(wěn)壓管。若穩(wěn)壓管的最大允許電流IdmaxIC-Io時易造成穩(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生功耗，這是因為對于一個理想電容，流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率?？梢姡娙萁祲菏诫娫吹男室埠芨?。經過實驗測試，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，電壓不低于4．7 V，可以滿足解碼電路的電源需求。

　　2．2 解碼電路設計

　　智能紅外遙控開關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。