基于單片機的紅外遙控開關設計

宋振凱 趙婧 鄭洋 王宇 朱浩 林柏宇

摘 要：紅外遙控技術在各種家用電器和工業電子器件中的應用逐漸普及，成為現代人生活工作中不可或缺的部分，尤其是紅外遙控可以遠距離控制電器，大大方便了人們的生活。文章提出一種紅外遙控開關的設計，采用單片機作為發射端核心，對電燈的開關控制及亮度調節;單片機作為接收端核心，接收端 IRLink組件將解調信號送入控制器，通過編寫C程序，實現紅外遙控信號的收發。

關鍵詞：單片機;IRLink模塊;紅外遙控控制;C語言

0 引言

隨著科技的不斷發展，紅外遙控家用電器幾乎已經成為每個家庭日常生活中必不可失的一部分。紅外遙控是目前家用電器中應用比較多的遙控方式，其優點是不會影響周圍環境，不會干擾其他電器設備[1-2]。由于難以穿過墻壁，因此不同的房間的電器可使用同一的遙控器而不會相互干擾;電路調試較為簡單，只要電路連接無誤，一般不需其他調試就可以投入工作;編解碼不難，可進行多路遙控。紅外遙控在家用電器、近距離的遙控中得到了廣泛應用。

本文設計利用紅外遙控的系統由數字電路及模擬電路兩部分組成。基于單片機的紅外遙控開關，擁有用于控制用電器的電源、調節用電器的功率大小等多種功能，不僅可指定使用現有的任意一個紅外遙控器進行控制[3]，還能進一步設定具體用哪一個按鍵控制，具有學習記憶功能。

1 紅外遙控開關電路設計

1.1 電路設計方案

整個系統由發射電路和接收電路組成。其工作流程，首先是由人按下按鍵發射信號，紅外信號會被接收電路采集，通過對所采集的信號的檢測和放大，輸出信號給單片機，通過單片機的指令來實現對繼電器的控制;由發射電路發射的信號經過光電耦合電路后發送給接收電路，接收電路檢測到輸出信號時，對外接LED燈進行通斷和亮度的調節。

紅外遙控發射部分包括單片機、行列式鍵盤、數碼管顯示（見圖1）。控制核心為AT89C52，單片機的定時器中斷產生38kHz紅外方波信號，其P3.6口輸出待發射數據。該數據和38k 載波信號調制后發射到接收電路，接收電路再通過光電耦合器即Proteus軟件自帶的IRLINK模塊調制后送到U2的外部中斷INTO。當按下某一個鍵后會點亮LED燈，并產生具有不同的編碼數字脈沖，會發出對應的編碼。

P1口作為鍵掃描端口，采用4X4矩陣鍵盤， PO口相接數碼管顯示的值是矩陣鍵盤的按鍵值。

紅外接收部分的控制核心為單片機，P2.0到P2.3輸出經三極管放大后與對應的繼電器連接。

1.2 矩陣鍵盤工作原理

此處用到的是4×4矩陣鍵盤，將16個按鍵排成4行4列，一行將每個按鍵的一端連接在一起構成行線，第一列將每個按鍵的另外一端連接在一起構成列線，將8根線連接到單片機的8個I/O端口上。檢測時先送一列為低電平，其余全為高電平，然后立即輪流檢測各行是否有低電平，若檢測到某一行為低電平，便可知道被按下的是哪個鍵。

2 光電耦合電路

光電耦合器是以光為媒介來傳輸電信號的器件，把紅外發光二極管與光敏二極管封裝在管殼內。當輸入端加電信號時發光器發出光線，光敏二極管接收后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現光-電-光的轉換。

由三極管放大后的信號，接紅外發射接收一體化裝置光電耦合器，即Proteus 軟件自帶的IRLINK模塊，其接入了解調器，以實現對脈沖編碼信號調制的紅外光信號的接收。然后，對紅外信號的接收、放大、檢波、整形，得到TTL電平編碼，將信號解調后送到U2的外部中斷P3.2INTO口。

3 系統總體設計流程

在發射電路中使用12M集體振蕩器，按下開關產生相應的脈沖頻率，信號掃描后，會由三極管放大。本設計采用的是一個PNP型的三極管，采用共基級接法。

接收電路的信號由P3.2接口接收，LED燈連接至單片機的2.0，2.1，2.2，2.3，2.7接口，對來自4×4矩陣鍵盤的信號做出反應。檢測到輸出電流時，電流通過繼電器即LED燈，可以通過觀察發光三極管和小燈泡是否亮起來判斷對應繼電器電源是否接通，以此來確定控制是否成功。要完成遙控開關的實現，需選與單片機配合的繼電器來實現具體功能，本設計選擇的是一個5 V額定電壓的電磁繼電器。

系統工作時，紅外遙控接收電路接收到發射電路的指令，外部中斷初始化，完成矩陣鍵盤掃描，按鍵檢測由相對應的端口設置的高低電平來完成;而后根據按鍵碼找到相應的紅外發射碼，信號在經過三極管放大以后，經光電耦合器即IRLINK模塊，因為有接入解調器，能夠接收脈沖編碼信號調制的信號。具體設計的整體流程如圖2所示。

4 結語

本文設計的是基于單片機的紅外遙控開關，可很好實現通過發射紅外信號來控制外接開關電路。其由發射電路和接收電路組成，系統操作簡便，穩定安全，成本較低，滿足日常生活的使用[4]。可適用于智能家居、工廠機械設備等領域，其體積小，功耗低，適合疫情當下的非接觸式需求。經反復調試優化后，測試其效果良好，安全可靠，靈活性較強，有一定的抗干擾能力，在10 m內的短距離表現尤其良好。

[參考文獻]

[1]楊斌，楊延寧，杜永星.家庭照明智能遙控器開關設計[J].電子世界，2017（20）：53-54.

[2]周樂樂.無線紅外遙控開關的設計[J].電子世界，2016（8）：138-139.

[3]謝維成，楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計[M].北京：清華大學出版社，2006.

[4]向燕，余炳雄，呂理毅.智能紅外遙控開關原理及設計[J].現代電子技術，2010（15）：163-165.

（編輯 王雪芬）