红外遥控电路的原理与发射、接收电路设计

2017-08-18 77 0

红外遥控的发射电路采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波;红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成,它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号,再送后置放大器。遥控技术是指实现对被控目标的远程控制,在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛;红外遥控是一种无线、非接触控制技术,具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现等显著优点,被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用,并越来越多地应用到计算机系统中。

光谱位于红色光之外、波长为 0.76~1.5 μm,比红色光的波长还长,这样的光被称为红外线。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制系统,具有抗干扰、电路简单、编码及解码容易、功耗小、成本低的优点,目前几乎所有的视频和音频设备都支持这种控制方式。

一、红外遥控系统结构

红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分,如图 1 所示。

红外遥控电路的原理与发射、接收电路设计

图 1 红外遥控系统

1. 调制

红外遥控发射数据时采用调制的方式,即把数据和一定频率的载波进行“与”操作,这样可以提高发射效率、降低电源功耗。调制载波频率一般在 30~60 kHz 之间,大多数使用的是 38 kHz、占空比 1/3 的方波,如图 2 所示,这是由发射端所使用的 455 kHz 晶振决定的:在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取 12,所以 455 kHz÷12 ≈ 37.9 kHz ≈ 38 kHz。

红外遥控电路的原理与发射、接收电路设计

图 2 载波波形

2. 发射系统

目前有很多种芯片可以实现红外发射,可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电,这就要求芯片的功耗要很低,芯片大多都设计成可以处于休眠状态,当有按键按下时才工作,这样可以降低功耗;芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力,不能选用普通的石英晶体,一般是选用陶瓷谐振器——陶瓷谐振器的准确性没有石英晶体高,但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去,红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同,在其两端施加一定电压时它发出的是红外线而不是可见光。

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图 3a 简单驱动电路

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图 3b 射极输出驱动电路

图 3a 和图 3b 是 LED 的驱动电路:图 3a 是最简单电路,选用元件时要注意三极管的开关速度要快,还要考虑到 LED 的正向电流和反向漏电流,一般流过 LED 的最大正向电流为 100 mA,电流越大其发射的波形强度越大。图 3a 电路有一点缺陷,当电池电压下降时,流过 LED 的电流会降低,发射波形强度降低,遥控距离就会变小;图 3b 所示的射极输出电路可以解决这个问题——两个二极管把三极管基极电压钳位在 1.2 V 左右,因此三极管发射极电压固定在 0.6 V 左右,发射极电流 IE 基本不变,根据 IE ≈ IC,所以流过 LED 的电流也基本不变,这样就保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。

二、红外遥控开关电路工作原理

红外遥控电路的原理与发射、接收电路设计

图 4 红外遥控开关电路

电源电路由电源开关 S、降压电容器 C1、电阻器 R1、稳压二极管 VS、整流二极管 VD 和滤波电容器 C2 组成;遥控接收电路由红外接收头专用组件 IC1 和电阻器 R2、电容器 C3 组成;计数器电路由串行计数器集成电路 IC2 和电阻器 R3、电容器 C4 组成;控制执行电路由电阻器 R4、R5、晶体管 V 和晶闸管 VT 组成。

电视机等家电使用的红外遥控器每秒约发送 10 组遥控编码脉冲,每组遥控编码脉冲之间有一定间隔。红外接收头 IC1 接收到遥控器发射的红外遥控信号并对其进行解调后输出,经 R2、C3 积分(滤除每组脉冲中的编码信息)后从 IC2 的 1 脚加入,作为 IC2 的计数脉冲(每秒约 10 个脉冲);IC2 在收到 8 个脉冲(约 0.8 s)后,其 6 脚变为低电平或高电平,使 V 和 VT 导通或截止,负载(用电设备)的工作电源被接通或断开。

元器件选择:R1~R5 选用 1/4 W 碳膜电阻器或金属膜电阻器;C1 选用耐压值为 400 V 以上的涤纶电容器或 CBB 电容器,C2~C4 均选用耐压值为 16 V 的铝电解电容器;VD 选用 1N4007 型硅整流二极管;VS 选用 1/2 W、6.2 V 硅稳压二极管;V 选用 S9015 或 S8550、C8550 型硅 PNP 晶体管;VT 选用 3 A、400 V 双向晶闸管;IC1 选用电视机用微型一体化封装红外接收头(使用时加罩或加半透明滤色片),IC2 选用 CD4024 型 7 位二进制串行计数器集成电路。

电路调试:电路安装完毕后接上电源和负载,改变 R5 的阻值,使 VT 的 T1 极与 T2 极之间的交流电压值为 3 V 以下。

红外遥控电路的原理与发射、接收电路设计

图 5 红外遥控装置

红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段,由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点,因而得到广泛应用。

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