频分制红外遥控开关电路的设计

摘要：介绍频分制红外遥控开关电路的设计与实现。遥控开关电路的类型很多，采用频分制具有电路简单、易于实现，可广泛应用于家庭、办公场所的开关控制。频分制有多种实现方法，该设计主要采用NE555定时器作为发射电路的核心器件，接收电路采用通用音频译码器LM567作为主要器件，制作方便，易于推广使用。经安装调试，控制效果较好。
关键词：红外遥控；频分制；开关电路；NE555

红外遥控在各种电器控制中的应用非常广泛，它的主要特点是不影响周边环境，不干扰其他电器设备。多通道红外遥控开关有多种实现方式，如采用脉冲编码的码分制方式和采用不同频率的频分制方式。采用频分制方式具有结构简单、易于实现的优点，非常适合于业余制作，可广泛应用于家庭、娱乐、办公等场所。

1 设计方案
1．1 红外遥控系统的基本组成
常用的红外遥控系统一般由发射和接收2部分组成，如图1所示。


图1(a)为红外发射框图。编码波形发生器产生一定占空比的脉冲信号，经调制放大后驱动红外发光二极管，发射红外脉冲信号。图1(b)为红外接收框图。光电探测将红外信号转换为电信号，经过放大与解码，输出控制信号，驱动执行机件动作。发射与接收系统可以采用码分制和频分制，该设计采用频分制。
1．2 频分制多路红外遥控开关电路设计方案
频分制是按照发射载频的不同来区分不同的开关信号。图2(a)为频分制发射系统组成。采用频道编码开关，来改变振荡电路的参数，从而改变振荡频率。当按下不同的编码键时，振荡器输出不同振荡频率的指令信号，经放大后驱动红外发光管发出红外开关信号。


图2(b)为红外接收控制电路组成框图。当红外接收器接收到红外编码指令后，先转换为相应的电信号，经放大器放大，加至频率译码电路，再经选频电路，选出不同指令的频率信号，最后驱动相应的执行机件。
根据发射编码信号的数量，即频率个数，在接收端应有相应个数的选频、驱动机构。
频分制控制指令频率一般取几百赫兹至几十千赫兹。频分制红外遥控开关系统结构简单，易于组装，适用于通道数不太多的场合，当通道数较多时，电路复杂，且易产生频道间串扰，影响系统的稳定性。

2 三通道频分制红外遥控开关电路的设计
三通道红外遥控开关系统可在图2的基础上，发射端用3个开关控制振荡频率，接收端则用3个选频和执行电路即可。
2．1 红外发射电路设计
2．1．1 电路结构
红外发射电路采用NE555接成振荡电路，如图3所示。振荡频率由SA1～SA3开关控制，改变开关位置，即改变接入振荡电路的电阻RP1～RP3，调节 RP1～RP3，可以调节每一通道的具体频率。振荡脉冲由3号引脚输出，驱动红外发光二极管发射红外光，即实现了用振荡脉冲对红外光的调制。
2．1．2 参数设计
根据有关知识，555定时器构成振荡器的振荡频率可按下式估算：

可选用6．8 kΩ，5．1 kΩ，3．3kΩ电位器。
2．2 红外接收电路设计
2．2．1 电路结构
红外接收电路主要由光敏二极管、集成运算放大器(OP07)、音频锁相环(LM567)、双稳态触发器(CD4013)、继电器驱动电路等组成。其电路见图4。


基本原理是：光敏二极管接收到光信号并转换为电信号，运算放大器将微弱的电信号加以放大，与发射频率相对应的通道进入工作状态。LM567为通用音频译码器，内含鉴相器(PD)、放大器(AMP)、压控振荡器(VCO)等单元，当输入信号频率与VCO频率一致时，环路进入锁定，LM567的8号引脚输出由高电平变为低电平，使三极管导通，其集电极由低电平转为高电平，D触发器翻转，输出Q为高电平，继电器吸合，执行设备工作。
当发射频率改变时，则另一路转入工作。

2．2．2 参数选择
IC1的闭环增益选Au=R5／R2=1 000，同相端基准电压取1／2VDD)。
LM567的压控振荡器中心频率按下式确定：

根据发射频率可求得Rp11～RP13的值。如第一通道，发射频率为20 kHz，则：

依次类推可得Rpl2=3．03 kΩ，Rpl3=2．27 kΩ，选标称电位器5．1 kΩ，4．7 kΩ，3．3 kΩ。
调节参数时，接通发射和接收电路，如选择第一通道，用示波器测试输出波形，调节图3中的RP1，使发射频率为20 kHz，再测试图4电路LM567的8脚电平，仔细调节图4中的RP11使8脚为低电平。采用同样方法调节其他各路。

3 参数测试数据
3．1 发射电路测试数据
主要测试静态数据和不同发射状态下的NE555引脚数据，以验证设计的正确性。发射电路测试数据见表1。


从表1可看出，随着发射频率的提高，NE555的3脚输出电压不断下降。
当将三个通道分别调整到20 kHz，30 kHz，40 kHz时，测得三个电位器的数值分别为5．091 kΩ，2．841 kΩ，1．572 kΩ，其与理论计算值比较接近。
3．2 接收电路测试数据
主要测试接收电路与发射电路对应通道的数据，以验证接收电路与发射电路工作配合的一致性。当电路工作在第一通道时，LM567各脚电压如表2所示。


从表2可看出，工作于第一通道时，LM567的8引脚输出电压为5．093 V，而第二、第三通道8引脚均接近电源电压。表明通道工作时，输出电平较低，可确保相应通道继电器吸合，而不工作的通道输出为高电平，相应的继电器不动作。
当分别接收第一，二，三通道时，调整各通道电位器的数值使之与发射频率同步，测试Rp11～Rp13数值分别为5．831 kΩ，3．472 kΩ，2．754 kΩ，与理论计算基本相符。

4 结语
该系统经调试较好地实现了各项功能。频分制遥控开关电路主要通过硬件电路设计与调试来实现开关控制功能，具有实现容易，使用方便，尤其适用于家庭与公共场所的多功能红外遥控。