摘 要：用電阻、電容、晶體管和繼電器等模擬元器件設(shè)計(jì)一種紅外遙控開關(guān)，系統(tǒng)供電采用電容降壓型直流穩(wěn)壓輔助電源；利用電容充放電時(shí)間的不同解決了開和關(guān)的問題。詳細(xì)介紹各單元電路的工作原理，與數(shù)字式遙控開關(guān)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕以及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于中、短距離電器設(shè)備的開關(guān)控制。該設(shè)計(jì)已在實(shí)驗(yàn)室得到使用，效果良好。

關(guān)鍵詞：紅外遙控；延時(shí)電路；繼電器；開關(guān)控制

中圖分類號(hào)：TM56，TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1803503

Principle and Design of a Simple Infrared Remote Control Switch

SHAO Sifei1，YANG Yanning1，2，LIU Genju2，SU Pengfei3，MIAO Xiaofeng2，WANG Haijun2

(1.Xi′an Innovation College，Yan′an University，Xi′an，710100，China;2.Information College，Yan′an University，Yan′an，716000，China;

3.Network Center，Yan′an University，Yan′an，716000，China)

Abstract：An infrared remote control switch is designed with analog components such as relays resistors，capacitors，transistors and so on，its power supply systems using capacitance DC buck regulator auxiliary power supply.Opening and shutting is resolved through the different time with capacitor charging and discharging.It introduces the work that the unit circuit theory in adeatil.Comparing with digital remote control switch，it is simple in structure，small size，light weight，as well as the advantages of safe and reliable，can be widely used in electrical equipment shortdistance switch control.It has been applied in the laboratory，and made good use of effects.

Keywords：infrared remote control;delay circuit;relay;switch control

電源開關(guān)廣泛應(yīng)用于汽車、通訊、電腦、家用電器、玩具工廠、倉(cāng)庫(kù)、家庭居室以及辦公室等場(chǎng)所。傳統(tǒng)的機(jī)械式電源開關(guān)存在接觸電阻大、易磨損、可靠性低以及壽命短等缺點(diǎn)，而紅外遙控開關(guān)可以解決這一問題。紅外遙控開關(guān)是無(wú)觸點(diǎn)電子開關(guān)，不產(chǎn)生電火花，安全、方便、在可燃?xì)怏w等場(chǎng)所使用尤為安全；用電視機(jī)的遙控器就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)操作，安裝和代換都很方便，可以用它代換家居中非常普及的墻壁開關(guān)，在小家電領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)用價(jià)值；將它用于石油存儲(chǔ)、液化氣、天然氣等化工設(shè)備中，大大提高了設(shè)備的工作安全性與可靠性。

1 設(shè)計(jì)總體方案

紅外遙控開關(guān)電路由紅外接收頭(實(shí)現(xiàn)紅外接收、放大、整形)、信號(hào)延時(shí)形成電路、繼電器控制電路和電源電路等組成，原理框圖如圖1所示。

紅外線作為短距離的控制信號(hào)有其自身優(yōu)點(diǎn)：易于編碼，信號(hào)傳輸過程不易產(chǎn)生干擾等，所以采用紅外線作為控制信號(hào)。遙控開關(guān)系統(tǒng)由紅外接收、信號(hào)放大、積分平滑電路、繼電控制以及電源部分組成。要想對(duì)各種電器實(shí)現(xiàn)遙控，那么控制信號(hào)一定要穩(wěn)定、安全。在傳輸過程中要使信號(hào)足夠強(qiáng)，就不能衰減太多，這就要求電路的電源能夠獨(dú)立給電路各部分供電。電源供電部分可選擇用干電池和直流穩(wěn)壓電源2種方案。方案一：干電池供電。其電流穩(wěn)定，是純直流電，調(diào)試過程會(huì)比較容易，不會(huì)因電壓不穩(wěn)或電流波動(dòng)而出現(xiàn)調(diào)試不成功的現(xiàn)象。但考慮到此開關(guān)可以廣泛應(yīng)用在家電領(lǐng)域，控制對(duì)象多為220 V電壓，一般固定安裝在某個(gè)位置更換電池不方便，且由于控制器件一般耗電較多，經(jīng)濟(jì)上也不劃算。所以不宜采用。方案二：采用220 V電壓供電。由于此開關(guān)部件多數(shù)采用了耐壓值不高的電子元器件，要用220 V，電源部分要經(jīng)過處理才能給電路供電。這里主要有個(gè)高壓變低壓的問題，采用電容直接降壓再加上橋式整流器是不錯(cuò)的選擇，然后用7805三端穩(wěn)壓器對(duì)整流過的電壓進(jìn)行串聯(lián)調(diào)整式的穩(wěn)壓，可以達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的效果。如果可以直接加在220 V電源上工作，此開關(guān)就能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。比較2種方案的利與弊，選用方案二。

2 電路設(shè)計(jì)

紅外發(fā)射可以直接采用國(guó)內(nèi)很多電視機(jī)的飛利浦遙控器。接收與控制電路如圖2所示。

2.1 紅外信號(hào)接收及放大電路

RI為一體化紅外線接收頭，其外型如圖3所示。1腳信號(hào)輸出、2腳接地、3腳接電源。在未接收到紅外信號(hào)時(shí)，1腳輸出高電平，當(dāng)RI接收到遙控器發(fā)射出的紅外線后，經(jīng)內(nèi)部放大、整形、濾出載波后從1腳輸出不同的編碼信號(hào)的脈沖串^［1］；每按一下發(fā)射器，就會(huì)產(chǎn)生這樣的一組脈沖串，由C₁耦合到Q₁放大、D₁整流后，再去觸發(fā)后續(xù)電路。

2.2 信號(hào)延時(shí)形成電路

該電路主要是解決延時(shí)問題。Q₁在接收到紅外信號(hào)時(shí)輸出方波脈沖，經(jīng)過D₁和R₄，C₂和R₇，C₃組成電容積分濾波電路，在高電平期間，輸入電壓保持為U_m，U_m通過電阻R按指數(shù)規(guī)律向電容C充電，電容C上的電壓按U_c=u_m(1-e^-t/RC)規(guī)律上升。當(dāng)輸入跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，電容C上的電壓通過R放電，電壓按U_C=U_me^-T/RC指數(shù)規(guī)律下降。這樣由于充電時(shí)時(shí)間常數(shù)τ₁(τ₁=R₄C₂)小于放電時(shí)間常數(shù)τ₂［τ₂=(R₄+R₃)C₂］，所以隨著時(shí)間電容上的電壓上升，對(duì)于R₇，C₃情況相同，通過調(diào)整R₃改變共同的電壓上升速度，也就改變了延長(zhǎng)時(shí)間。通過調(diào)整R₄，R₇也可以改變2個(gè)電路的延時(shí)時(shí)間的差異。這里主要通過C₃，C₂來改變他們的延時(shí)差異。由于電容C₃的數(shù)值較大，即R₇C₃時(shí)間常數(shù)大，B點(diǎn)電位從0上升很慢，而電容C₂的數(shù)值較小，即R₄C₂時(shí)間常數(shù)較小，A點(diǎn)電位從0上升較快，使晶體管Q₂比Q₃較早到達(dá)導(dǎo)通狀態(tài)，如果繼續(xù)有輸入信號(hào)，到一定時(shí)間時(shí)Q₃也到達(dá)導(dǎo)通狀態(tài)。這樣利用時(shí)間的不同實(shí)現(xiàn)了開和關(guān)的目的。

2.3 繼電器控制電路

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來J1，J2的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合。同時(shí)常開觸點(diǎn)斷開。這樣選用合適的繼電器就可以用小電壓和電流控制大功率的設(shè)備，由于控制部分和觸點(diǎn)電氣絕緣，就比較方便和安全。圖3中繼電器有2個(gè)常開接點(diǎn)。當(dāng)產(chǎn)生較短時(shí)間的紅外信號(hào)時(shí)，Q₂經(jīng)延時(shí)導(dǎo)通，C點(diǎn)為高電平，此時(shí)Q₅導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，其接點(diǎn)J1，J2同時(shí)吸合，J2接通被控制的電器電源，J1閉合使繼電器不通過Q₂就繼續(xù)吸合，這種情況通常稱為“自鎖”。所以這時(shí)即使RI不再收到信號(hào)，因電源經(jīng)R₁₁向Q₅提供偏置，故Q₅一直保持導(dǎo)通。當(dāng)接收到較長(zhǎng)時(shí)間的紅外信號(hào)時(shí)，Q₃導(dǎo)通，使得Q₄導(dǎo)通這時(shí)Q₅強(qiáng)迫截止，繼電器中的磁感應(yīng)線圈沒有電流通過，銜鐵釋放。被控電器電源斷開，其接點(diǎn)J1，J2斷開。

2.4 電源電路

降壓整流濾波電路。大多數(shù)開關(guān)都是直接接到220 V交流電上的，考慮到這一點(diǎn)，此開關(guān)采用電容降壓和橋式整流電路。采用電容C₇降壓，該電容要求耐壓要高、雙極性，耐壓一般取45O_V，容量與負(fù)載電流和要求整流電壓相關(guān)，取合適的C₇非常重要，R₁₄是斷電時(shí)給C₇上存流電壓放電。整流采用最常用的橋式整流。電容濾波電路是最常見的濾波電路，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成濾波電路，濾波電容容量較大，因此一般均采用電解電容，再接線時(shí)需要注意電解電容的正負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。三端穩(wěn)壓電路。由于考慮到了從橋路整流電路中輸出的電壓不穩(wěn)定，會(huì)對(duì)整體的電路產(chǎn)生影響，所以在電源外部加一個(gè)三端穩(wěn)壓器W7805，其輸入端和輸出端之間的電壓允許值為3~13 V；三端穩(wěn)壓器輸出交流噪聲小，溫度穩(wěn)定性很好。為了提高性能，在輸入端加接電容C₅，取值為0.33 μF；再輸出端加接電容C₅，取值為0.1 μF，其目的是改善負(fù)載的順穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，防止自激震蕩和減少高頻噪聲。D₄保護(hù)穩(wěn)壓器在C放電時(shí)不被損壞。

3 工作原理

220 V交流電壓經(jīng)電容C₇降壓，D₆~D₉整流，C₆濾波后，給三端穩(wěn)壓器 W7805和后續(xù)電路供電。從W7805出來后的5 V電壓被進(jìn)一步經(jīng)電阻R₁₂濾波供給紅外線接收頭RI。在靜態(tài)時(shí)，紅外線接收頭未接收到紅外信號(hào)，1腳輸出高電平，為接收到紅外線信號(hào)時(shí)，1腳輸出一連串低電平脈沖。經(jīng)過Q₁放大整形后經(jīng)集電極送給R₄，C₂與R₇，C₃組成兩個(gè)積分電路；Q₄，Q₅， J組成繼電器控制電路。平時(shí)待機(jī)或上電后的初始狀態(tài)是：Q₁導(dǎo)通，Q₂截止，Q₅截止，繼電器不動(dòng)作。電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.1 開機(jī)過程

在靜態(tài)時(shí)，脈沖放大管Q₁處于飽和狀態(tài)，集電極輸出低電平，此時(shí)短按遙控器按鈕(各類彩電，VCD遙控器均可)小于0.5 s，在這較短的時(shí)間里，因C₃容量遠(yuǎn)大于C₂，故A點(diǎn)電位很快生到高電位(約1 V左右)而B點(diǎn)電位上升不到0.6 V，因此Q₃不能導(dǎo)通，只有Q₂導(dǎo)通，這樣，C點(diǎn)為高電平，Q₅導(dǎo)通，繼電器J動(dòng)作，其接點(diǎn)J1，J2同時(shí)吸合，J2接通電器電源。這時(shí)即使RI不在收到信號(hào)，因電源經(jīng)R₁₁向Q₅提供偏置，故Q₅保持導(dǎo)通，J仍繼續(xù)吸合，達(dá)到短按遙控器實(shí)現(xiàn)開機(jī)的目的。由于接點(diǎn)J₁由電源經(jīng)電阻R₁₂直接供電，即繼電器自鎖，所以，即使RI不再收到紅外線信號(hào)，前端的電路沒有導(dǎo)通，繼電器仍然可以正常工作。

3.2 關(guān)機(jī)過程

長(zhǎng)按遙控器按鈕(3 s以上)時(shí)，RI輸出低電平脈沖，經(jīng)D₁整流后送至A點(diǎn)，B點(diǎn)進(jìn)行積分處理，最終使B點(diǎn)電位大于1V(大概為1.3V左右)，Q₃導(dǎo)通，R10端點(diǎn)處為高電平，Q₄導(dǎo)通，C點(diǎn)為低電平，致使Q₅截至，J釋放，J1，J2斷開，達(dá)到長(zhǎng)按遙控按鈕時(shí)關(guān)機(jī)的目的。松開遙控按鈕后，RI不再收到紅外線信號(hào)，C₂，C₃放電，Q₂，Q₃截止，電路又進(jìn)入等待狀態(tài)。只有再次短按遙控器按鈕，電路才會(huì)重新動(dòng)作，重復(fù)遙控開機(jī)的過程。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用模擬器件設(shè)計(jì)的遙控開關(guān)所用的器件較少，電路比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，成本較低。整個(gè)電路可以放在15 cm2大小的電路板上，易于集成，在日常生活中能夠得到廣泛的應(yīng)用。用紅外線作為控制信號(hào)，開關(guān)的開、斷是由繼電器的動(dòng)作控制，所以達(dá)到了開關(guān)應(yīng)有的小巧，安全的要求。在調(diào)試過程中，電容C₃容量太小，使B點(diǎn)升壓不明顯，遙控開機(jī)不穩(wěn)定，換了大電容后，問題解除。如果負(fù)載功率較大，可以選用功率較大的繼電器，此時(shí)，電源也應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整，以滿足繼電器的工作要求。

目前的家用電器，如電視機(jī)、VCD、DVD和功放機(jī)等一般都配備了遙控器及智能化控制技術(shù)，給人們的使用帶來了極大的方便。隨之而來的小家電如電燈的控制也在向自動(dòng)化、智能化操作方面發(fā)展，這樣才能滿足人們的生活需求。如果把現(xiàn)在的照明燈開關(guān)做成經(jīng)“紅外線遙控”的方式，一定會(huì)受到社會(huì)的歡迎。目前，市場(chǎng)上雖然也有上述開關(guān)出售，但多數(shù)都是采用單片機(jī)控制的，普遍價(jià)格較貴。該開關(guān)可以替換原墻壁開關(guān)，不用再增加連線，為安裝和使用提供了方便。把原機(jī)械式墻壁換成該電子開關(guān)不僅實(shí)用，也很安全和經(jīng)濟(jì)?？梢约哟笮麄骱屯茝V力度，如與房地產(chǎn)商合作使用，與零售、批發(fā)商合作經(jīng)銷等多種方式推廣，就會(huì)很快被用戶接受，并迅速深入到千家萬(wàn)戶，從而贏得市場(chǎng)。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介 邵思飛 男，1965年出生，副教授，延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院副院長(zhǎng)。主要從事電子電路設(shè)計(jì)的研究工作。

楊延寧 男，1969年出生，博士，副教授，延安大學(xué)電子研究所副所長(zhǎng)。主要從事電視技術(shù)、平板顯示技術(shù)的研究工作。