一種改進(jìn)型硬件紅外遙控檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳見(jiàn)輝

摘要：本文介紹了一款改進(jìn)型紅外遙控檢測(cè)儀的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法，利用電磁波對(duì)紅外光線進(jìn)行中近程傳輸，實(shí)際可控制信號(hào)距離不小于50米，而改進(jìn)后的紅外遙控檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，是目前智能家居中最為廣泛的一種遙控裝置。

關(guān)鍵詞：檢測(cè)；紅外遙控；解碼；控制

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）09-0229-02

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種各樣的智能家居產(chǎn)品走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，由于人們對(duì)電子產(chǎn)品智能化、自動(dòng)化、信息化技術(shù)的要求逐步提升，而紅外遙控技術(shù)在智能控制中就凸顯得尤為重要[1]；它在工業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息采集和處理、通信工程、紅外制導(dǎo)、電子對(duì)抗、環(huán)境檢測(cè)、汽車遙控、智能家居等方面得到了廣泛的應(yīng)用，由于不同的智能家居設(shè)備所遵循的紅外傳輸規(guī)約不盡相同，給使用者帶來(lái)了諸多的不便，為了能更好地確定遙控設(shè)備能夠發(fā)出正確的紅外編碼、更準(zhǔn)確地解決遙控信號(hào)檢測(cè)問(wèn)題而設(shè)計(jì)出一款由硬件電路設(shè)計(jì)而成的改進(jìn)型紅外遙控電子測(cè)試儀備受關(guān)注；該款紅外遙控測(cè)試儀能夠正確無(wú)誤的檢測(cè)出紅外編碼信號(hào)進(jìn)行處理，并成為目前智能家居領(lǐng)域中使用最為廣泛的一種遙控通信手段，可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)紅外遙控電路的檢測(cè)功能。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 電路系統(tǒng)框圖

該電路的系統(tǒng)框圖主要包括以下六部分，如圖1所示；

1.2 電路原理圖

1.3 電路工作原理

該紅外遙控測(cè)試儀電路系統(tǒng)重點(diǎn)介紹了接收系統(tǒng)的工作原理，系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備可以是任何一款具有紅外功能的遙控裝置；而接收端則采用一體化紅外接收頭，利用電磁波對(duì)紅外光線信號(hào)進(jìn)行實(shí)施傳輸控制，當(dāng)接收到紅外遙控信號(hào)時(shí)，并進(jìn)一步對(duì)接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形、解碼、最終將獲得的TTL電平編碼信號(hào)傳送給可控電路進(jìn)行控制[2]。電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

220V上電接通后，通過(guò)并聯(lián)RC積分電路經(jīng)過(guò)二極管進(jìn)行半波整流，輸出半個(gè)周期的正弦波形，再經(jīng)過(guò)5.1V穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓，由于輸出的5.1V電壓波形不穩(wěn)定，還需要經(jīng)過(guò)電解電容濾波輸出穩(wěn)定的5.1V電壓為紅外接收裝置提供合適的待工作電壓；當(dāng)CHQ1838沒(méi)有接收到外界紅外遙控裝置所傳送的信號(hào)時(shí)，CHQ1838便沒(méi)有輸出信號(hào)，放大器的基極便沒(méi)有信號(hào)輸入，三極管不工作，發(fā)光二極管無(wú)壓降，指示燈不亮，此時(shí)，雙向可控硅就沒(méi)有觸發(fā)控制信號(hào)，雙向可控硅不工作，5.1V電源直接加在限流電阻和指示發(fā)光二極管VD4上，指示發(fā)光二極管常亮；當(dāng)CHQ1838有接收到外界紅外信號(hào)時(shí)，CHQ1838有輸出信號(hào)，放大器有基極有信號(hào)輸入，三極管導(dǎo)通，工作發(fā)光二極管VD3有電壓，工作發(fā)光二極管亮；此時(shí)，雙向可控硅就有觸發(fā)控制信號(hào)，雙向可控硅工作；5.1V電源被放大電路短路，電壓沒(méi)有加在限流電阻和指示發(fā)光二極管上，指示發(fā)光二極管VD4不亮。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 半波整流電路

輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)二極管只在正半周導(dǎo)通，整流后的電壓是直流脈沖電壓[3]，波形就是正弦波的一半即上半周，利用電容的充放電特性來(lái)補(bǔ)平波形，使輸出波形更接近平直，也可以理解為整流后的直流中還有交流成分，這些交流電通過(guò)電容旁路掉，通過(guò)二極管形成半個(gè)周期的脈沖直流電壓波形。

2.2 穩(wěn)壓濾波電路

電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)RC積分電路變換和二極管VD1半波整流后，雖然電壓基本上能夠接近于脈動(dòng)的直流電壓；由于受電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載、溫度變化等性能參數(shù)的影響總會(huì)有一小部分干擾電壓信號(hào)通過(guò)，直接影響到后極電路性能的穩(wěn)定性；因此，在確保穩(wěn)定輸出的同時(shí)，利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性，來(lái)維持直流電壓的有序輸出，進(jìn)而達(dá)到實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。

電容C2采用低通濾波其作用是對(duì)VD2穩(wěn)壓電路輸出的脈動(dòng)直流電壓信號(hào)進(jìn)行一次平滑濾波，其目的是為了濾除穩(wěn)壓信號(hào)中的紋波電壓，確保所輸出的基波頻率信號(hào)能夠順利通過(guò)，為后續(xù)電路提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)。

2.3 放大電路

2.3.1 1838紅外接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1838紅外接收器有三個(gè)引腳，即電源引腳、接地端和信號(hào)輸出端，不同型號(hào)的紅外接收器所能夠接收到調(diào)制信號(hào)頻率參數(shù)也不相同，該款改進(jìn)型紅外遙控測(cè)試儀可以根據(jù)發(fā)射端所發(fā)出的調(diào)制信號(hào)的載波頻率自動(dòng)解調(diào)出相應(yīng)頻率信號(hào)，如圖3所示：。

根據(jù)紅外遙控系統(tǒng)接收器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理，其結(jié)構(gòu)主要分為調(diào)制、發(fā)射和接收三部分[4]，如圖4所示：

圖4便是CHQ1838一體化紅外接收器收發(fā)系統(tǒng)的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為了生產(chǎn)需要將該紅外接收器集成到一個(gè)元件中，使之成為一款一體化的紅外遙控接收頭器；其內(nèi)部電路主要由紅外監(jiān)測(cè)二極管、放大器、限副器、帶通濾波器、積分電路、比較器六部分構(gòu)成，其工作原理[5]：

當(dāng)有紅外信號(hào)發(fā)出時(shí)被紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到后，直接將監(jiān)測(cè)到的紅外信號(hào)送入放大器和限幅電路中，然后限幅器再根據(jù)脈沖信號(hào)的大小把脈沖信號(hào)幅度控制在符合電路要求的范圍之內(nèi)，此時(shí)符合要求的脈沖信號(hào)便進(jìn)入了帶通濾波器，帶通濾波器根據(jù)頻率范圍要求選擇出30KHz到60KHz的負(fù)載波信號(hào)，并通過(guò)解調(diào)電路和積分電路送入比較器中，經(jīng)過(guò)信號(hào)比較器比較后輸出高低電平，由于輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，其目的是為了進(jìn)一步提高接收的靈敏度，最后還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。

2.3.2 工作原理

由于電路中容易引起電源干擾現(xiàn)象；因此在接收頭供電引腳上須加一個(gè)容量為30uF的濾波電容和一個(gè)330電阻來(lái)降低電源的干擾性；VCC上電以后，當(dāng)輸入電壓為0時(shí)無(wú)接收信號(hào)時(shí)， 在基極偏置電阻Rb的作用下，晶體三極管導(dǎo)通，三極管基極便有了正向偏置電流Ib，集電極電流Ic，晶體管工作在放大區(qū)，即集電極電流Ic=βIb；便可得到集電極電流在集電極電阻Rc上所形成的壓降為Uc= Ic Rc。

當(dāng)三極管的基極有信號(hào)Vi輸入時(shí)，基極輸入電壓信號(hào)Vi將和三極管靜態(tài)正偏置電壓UBE相串連一起作用于晶體管發(fā)射結(jié)上；此時(shí)發(fā)射結(jié)上的電壓瞬時(shí)值即為 UBE = Ube +Vi；如果三極管的靜態(tài)電壓值和靜態(tài)電流值設(shè)置合理，則輸入信號(hào)的電壓幅值被限幅器限制在一定范圍之內(nèi)；因此，三極管基極的電流瞬時(shí)值將隨著Ube變化而變化，ib由一個(gè)固定不變的靜態(tài)基極電流IB和一個(gè)動(dòng)態(tài)的基極電流iB組成，即ib=IB+iB；利用雙向可控硅實(shí)現(xiàn)指示信號(hào)與觸發(fā)信號(hào)的轉(zhuǎn)化。

3 調(diào)試與安裝

經(jīng)過(guò)PCB制版、焊接檢查后，對(duì)各單元電路進(jìn)行分步調(diào)整，確保各單元電路連接安全正確并接通電源后，利用示波器分別檢測(cè)各單元電路波形顯示狀態(tài)及電參數(shù)，對(duì)比放大器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)情況確保正常后即可輸入信號(hào)；當(dāng)有遙控信號(hào)發(fā)出時(shí)，觀察雙向可控硅在接通狀態(tài)下信號(hào)工作情況，正確判斷出紅外遙控器接收系統(tǒng)是否能夠正確譯出紅外編碼，根據(jù)周期頻率畫(huà)出編碼波形圖并實(shí)際測(cè)量遙控距離。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)各種紅外遙控器的編碼方式、碼型結(jié)構(gòu)、傳輸原理分析，該款紅外遙控系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、調(diào)試和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于元器件選用上的復(fù)雜性和性能參數(shù)的穩(wěn)定性，對(duì)測(cè)試結(jié)果造成了一定的影響，通過(guò)對(duì)紅外接收系統(tǒng)附屬電路的優(yōu)化和調(diào)整很好地解決了不同紅外遙發(fā)送設(shè)備的兼容性和穩(wěn)定性，且具有很好的市場(chǎng)發(fā)展前景和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：唐一東】