红外线智能遥控开关的设计＊

武汉工程大学 电气信息学院（武汉430073) 杨 帆 肖 贝 汤 路 程 雯

0 引言

随着科技的进步，人民生活水平的提高，智能家居是发展的趋势。作为智能家居控制系统中最为基本的部分，开关的智能化是必然的要求。目前，大多数家用电器的开关都是手动控制，多有不便，尤其是对于老人或是残疾人更是烦恼。基于此，本文设计了一款红外智能遥控开关[1-3]。该红外线智能遥控开关主要用于控制220V供电的各种家用电器，其中又以日光灯、白炽灯等照明灯具为主。

1 总体方案设计

规划设计一套4路红外线遥控开关，遥控系统主要由发射模块和接收模块组成，系统原理框图如图1所示[4-5]。其中发射模块包括编码和38kHz方波信号产生部分；接收模块包括开关电源、解码锁存以及继电控制三部分。遥控器发射板上设有5个按键，分别记为1～5号。其中1～4号四个按键分别相当于一个开关，每按一个按键，接收模块解码后即可控制相应的220V电路回路。四路开关在同一时刻只能有一路工作，即四路开关是互锁的，5号按键可以关闭任意一个开关。这样用户只需将接收部分接入220V家电回路上，手持遥控器即可通过按键实现电器的遥控通断。

图1 系统原理框图

PT2262/PT2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，它们最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供531441地址码。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272-M4中M表示非锁存输出，后缀4表示采用4路并行数据时，对应的地址编码应该是8位。SM0038是一种特殊的红外接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体。

2 电路设计

2.1 发射模块

设计中使用的PT2262不是红外专用芯片，其片内并没有载波信号的分离，也没有载波信号与编码信号的调制。因此，在发射部分中需要单独制作一个载波发生器对信号进行调制处理。本设计采用门电路构成的多谐振荡器来产生38kHz方波信号。发射模块整体电路如图2所示[6-7]。

发射模块工作过程如下：以1号按键按下为例，其他键工作方式与之类似。当1号按键按下时，二极管D1导通，PT2262的Vcc得电开始工作，对数据位和地址位状态进行编码，与此同时PT2262的第17脚不断地串行输出其编码串，编码器用不同的占空比及组合表示不同的状态。这些编码串就是基带信号，基带信号接着通过一个与门与多谐振荡器产生的38kHz载波信号进行调制。这样调制之后的信号通过两个三极管加在红外发射二极管DS1上，由红外光将信号发射出去。

2.2 接收模块

接收模块由开关电源部分、解码部分和继电器控制部分构成。解码和继电控制部分的整体电路如图3所示。当SM0038感光面接收到红外信号，对信号进行放大解调和滤波后，将发射部分的编码信号由2脚输出，信号经过三极管放大后，送到PT2272-M4进行解码。PT2272-M4对信号解码后由D0～D3的相应引脚输出互锁的高电平信号，该信号约4～5V。由于PT2272-M4没有锁存的功能，所以外加了一个74LS373先将信号进行锁存处理后送到继电器驱动端。C8050作为一个开关元件使用，当锁存器的某一个输出引脚为高电平时，相应的三极管导通，继电器的线圈得电，由继电器的触点开关控制220V的电路回路的通断。这样就实现了信号的接收解码以及控制的整个过程。

2.3 开关电源

红外遥控开关体积要尽量小，开关电源是最好选择，省掉了体积庞大的变压器[7]。此外，由于开关电源的调整管工作在饱和或截止的状态，因而发热量小，且效率比线性电源要高两倍以上。开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。本设计的开关电源原理图如图4。

图2 发射部分电路原理图

图3 接收模块原理图

L，N两端接入220V的市电，本设计中L、N两端能承受的最大电压是260V交流电(有效值)，也不能太低，低于110V会影响到电路的正常工作。接通电源后，220V交流电首先经过桥式整流和C1滤波，得到约 +300V的直流高压，再通过高频变压器T的一次侧绕组N1，给开关电源控制器WS157提供所需工作电压。从二次侧绕组N3上输出的脉宽调制功率信号，经D6、C3、L和 C4进行高频整流滤波后，获得+5V/1.6A的稳压输出。由VD5、R1和C2构成反向峰值电压的箝位电路，能有效抑制 WS157漏极的反向尖峰电压。电路中的光电耦合器(CNY75A)和可调式精密并联稳压器(TL431)构成精密的反馈调压回路。R3为限流电阻，R4和R5为取样电阻。D1～D5选用1N4007(1A/1000V)型硅整流管；D7选择1N4148型硅高速开关二极管；D6须采用3A/40V以上的肖特基二极管，可选B82-004型(15A/40V)。C2宜选2200pF/1kV高压陶瓷电容。R1为 C2的泄放电阻，可防止断电后在 C2上积累电荷，形成高压。为降低空载电压，在输出端并联一只560!的负载电阻。该电源的电压调整率 SV＜011%，负载调整率 SI＜1%。

图4 5V/1.6A开关电源原理图

图5 载波波形

图6 编码信号

图7 已调信号

图8 解调信号

3 调试结果

将设计遥控器的输出信号用外接USB存储功能的示波器记录下来。图5是门电路构成的多谐振荡器产生的38KHz载波波形。

图6是按下1号按键时，PT2262的14号引脚输出的编码波形，其频率为260Hz左右。图7是按下1号键后，已调信号的波形，频率约为38KHz。图8是一体化红外接收头解调后经过一级放大送给PT2272-M4的波形，可以对比该波形恰好是发射波形的反相波。

4 结语

设计中由于采用了专用解码芯片PT2272，解码速度很快，控制非常迅速。实际制作出来的红外遥控开关可以实现5米左右的控制，该套装置总共可以控制4路220V家居电路，通过调节与红外管串联的电位器还可以适当增加控制距离，不过最好不要让红外管的工作电流超过100mA，否则会严重影响红外管的寿命。本设计中发射部分只有按下按键时PT2262才工作，因此比较节能，但是振荡器却一直在工作，可以将1N4148更换为低压差的二极管1N60，然后将74HC00的VCC与PT2262的VCC相连，这样在没有按下键时整个电路基本上不耗电。接收部分由于增加了74LS373锁存电路，导致电路的功耗增大，如果将芯片PT2272-M4换成带有锁存功能的PT2272-L4，则开关电源的供电要求只需5V/300mA即可。本设计如果采用单片机解码，则电路可以变得更灵活，而且可以轻易地实现延时、定时等功能，不过成本也会相应的增加。

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