紅外遙控開關設計

宋文龍

摘要：本次設計的紅外遙控開關，采用熱釋電傳感器結合單片機技術及外設繼電器和外接電路實現(xiàn)，具有 較好的靈敏度，當傳感器感受到人體接近時，會發(fā)出一個邏輯電平給單片機，單片機會對信號經(jīng)行處理，然后通過控制繼電器等外設控制開關的啟動閉合，這樣就完成了紅外遙控開關的功能。

關鍵詞：紅外遙控;單片機;熱釋電傳感器

1 引言

本課題所要設計的紅外遙控開關主要就是要通過近紅外光信號來傳送我們需要的指令。由于當前設計的紅外發(fā)射器中的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外信號與紅外接收器 接收到的紅外信號的峰值波長基本都會落在近紅外譜線的波段內(nèi)，并且它們相對應的譜線正好重疊，可以非常好的匹配，這樣就能夠保證很高的傳輸效率和較好的準確性。由于紅外信號是存在于自然界中的一種普通電磁輻射，是不可見光，所以對環(huán)境的影響基本很小。還有就是因為我們知道紅外光譜的波長很明顯比無線電的波長要小，所以平時使用紅外遙控開關時，干擾不到其周圍電器設備的正常使用和工作。最后，使用紅外遙控開關的時候，因為它的低電壓工作，體積小，耗能小，設計電路容易實現(xiàn)，所以具有非常廣的發(fā)展空間。

2 紅外遙控開關發(fā)射器設計

紅外遙控開關系統(tǒng)主要是由紅外信號發(fā)射系統(tǒng)和紅外信號接收系統(tǒng)兩大部分構成，本設計也是如此。紅外遙控開關的發(fā)射系統(tǒng)的要用到的器件主要是紅外發(fā)光二極管，555定時器構成的多諧振蕩器來當方型波信號發(fā)生器。另外本課題發(fā)射器部分的電路我們選擇由通常為3V電源來完成供電。 這樣發(fā)射器系統(tǒng)就會有非常高的穩(wěn)定性能。紅外接收器部分我們選擇用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來對繼電器形成控制，進而通過繼電器的開關再對最后的負載電路進行控制。本課題紅外發(fā)射器選用的是簡單的555定時器組成的多諧振蕩器電路以及紅外發(fā)光二極管來構成。我們知道555定時器的主要特點是使用成本較小，工作性能穩(wěn)定，通過外接幾個簡單電容、電阻，就完全可以完成我們需要的多諧振蕩器等脈沖電路。多諧振動器又被叫做無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，就是說它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，多諧振動器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在其電路在某一暫穩(wěn)態(tài)之后，過一段時間后可自行觸發(fā)到另外一個暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下。然后就是電路中的這兩個暫穩(wěn)態(tài)自行互相轉換時輸出一系列的矩形方波。所以多諧振動器可以作為我們的矩形波發(fā)射器來使用。

輸出方波的占空比為：

紅外發(fā)光二極管外加正向的偏置電壓向制作的PN結內(nèi)注入電流然后進而激發(fā)出紅外信號。紅外發(fā)光二極管要求在能夠適應不同程度的電壓下正常工作，所以在它的電路回路中經(jīng)常要串有限制電流的電阻，來達到其正常工作的效果。 當我們按下K按鈕時，電路中的電源立刻就會接通，使該電路處在工作狀態(tài)，同時，該電路會同時擁有可能出現(xiàn)的兩種工作狀態(tài)（即Q1導通狀態(tài)，或Q1截止狀態(tài)），但事實上電路中的這兩種工作狀態(tài)都會是暫穩(wěn)態(tài)，再經(jīng)過電容C2的反向充電，讓Q1中的基極電壓就會持續(xù)的產(chǎn)生變化，令該電路完成自動翻轉，然后在這個電路每翻轉一次時，輸出的信號就會發(fā)生一次跳變，這樣就使得最后輸出的信號是矩形方波，在通過紅外發(fā)光二極管調(diào)制下，該信號變成不可見光形式的紅外信號然后發(fā)射出去。

3 紅外遙控開關接收器設計

紅外接收器系統(tǒng)主要是由簡單的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路和簡單的繼電器驅(qū)動電路來實現(xiàn)的。所說的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種很常見的電器元件，是具有很強記憶功能的簡單邏輯單元電路，就是其可以儲存一位二進制編碼。普通的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常具有兩個基本穩(wěn)定的工作狀態(tài)，它的工作方式就是經(jīng)過外加信號的觸發(fā)下使該電路就能夠從其中一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)下快速的轉變到另外一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)下。經(jīng)實際設計我們可以清楚看到雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路以及繼電器電路是構成了該接收電路系統(tǒng)的主體，尤其是該系統(tǒng)電路中的兩個三極管Q2、Q3所構成了簡單雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。仔細觀察電路圖可知，電阻R2和R4是通過5V的電源然后與三極管Q3的基極相連。還有就是三極管Q2的基極則直接和三極管Q3中的集電極相互連接。我們給電源通上電時，因為電阻能夠分壓，即三極管Q3的基極由于電阻R2、R4的分壓大于三極管Q3的基極導通電壓，因此電路中三極管Q3經(jīng)過通電的基極就會因為變得導通然后變得飽和，進而 繼電器就會吸合。最后當繼電器吸合后，三極管Q2中的基 極電壓會因為三極管Q3的飽和導通進而會被拉低，所以最后三極管Q2將會變得截止、三極管Q3會變?yōu)轱柡蛯ǖ臅悍€(wěn)態(tài)。

當電路中的紅外接收管在接收到來自紅外發(fā)射器發(fā)射出的紅外信號時，然后在該紅外信號經(jīng)過電路中的電容C3，C4時就會變?yōu)橐唤M尖脈沖形式（這是就是因為電路中給定的電容的阻值會非常小，這樣就能保證其充放電的過程會在瞬間完成，就是說接收到的信號波形將會被我們近似成一組尖脈沖形式）。然后被二極 管的隔離變成的脈沖波形只有低電平，把這組低電平脈沖波 形送到二極管D2、D3處，等到負脈沖過來了之后，三極管Q2因為處在截止狀態(tài)而會沒有任何的反應，但是這時處在導通狀態(tài)下的三極管Q3 卻會因為二極管D3的變得導通而其基極中的電壓被拉低使得三極管截止，所以電路中三極 Q3的集電極中的電壓會變高，拉高另一三極管Q2的基極中的電壓，將從截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，最后構成另外一種穩(wěn)態(tài)。

4 系統(tǒng)測試

該紅外遙控開關的設計主要是用示波器來測量紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外信號是不是方波。經(jīng)過調(diào)試，本次設計的紅外發(fā)射器發(fā)出信號的是方波。所以該紅外發(fā)射器電路已調(diào)試成功，可以用來系統(tǒng)的整體設計。因為紅外接收器最后是用繼電器電路來控制的，調(diào)試結果會非常的簡單明白，就不用專門的選儀器調(diào)試了。

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