延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 劉 斌 楊延寧 杜永星

家庭照明智能遙控器開關(guān)設(shè)計(jì)

延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 劉 斌 楊延寧 杜永星

隨著人們對(duì)照明的高效控制和功能多樣化的要求不斷提升,智能照明系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。選擇利用紅外遙控系統(tǒng)來控制被控對(duì)象，整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)射電路和接收電路兩個(gè)部分組成。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、單片機(jī)系統(tǒng)、紅外發(fā)送器；接收部分包括紅外光接收、解調(diào)、繼電器、解碼電路、三極管。調(diào)試表明所設(shè)計(jì)電路具有使用方便、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。

遙控開關(guān)；紅外發(fā)射；紅外接收；智能

1.引言

當(dāng)前，推行智能照明技術(shù)節(jié)約電能是改善電力負(fù)荷緊張狀況的主要途徑之一。我國照明用電約占總發(fā)電量的25%左右[1]，且以低效照明為主，因此成為終端節(jié)電的主要對(duì)象之一。照明用電大都屬于峰時(shí)用電，可見，照明節(jié)電具有節(jié)約電量和緩解高峰用電的雙重作用。人的一生至少有三分之一的時(shí)間是在住宅中度過的。人們可以按照自己的習(xí)慣、愛好創(chuàng)造一個(gè)舒適、溫馨的環(huán)境，使勞累的人們可以在自己的天地里放松、調(diào)節(jié)自己的精神和情趣，以得到更好的休息，從而更有效地工作。住宅照明在人類生活中起到了十分重要的作用，追求住宅室內(nèi)照明的實(shí)用性和藝術(shù)性的統(tǒng)一已成為時(shí)尚，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)家庭照明智能遙控電路具有重要的意義。

2.方案設(shè)計(jì)

本方案電路是簡(jiǎn)單的單通道遙控器，可直接產(chǎn)生一個(gè)控制功能的振蕩頻率，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。當(dāng)紅外接收頭接收到控制頻率時(shí)，由一個(gè)電路對(duì)其進(jìn)行解調(diào)并產(chǎn)生相應(yīng)的控制功能。利用紅外遙控開關(guān)電路，用單片機(jī)制作一個(gè)紅外電器遙控器[2]，可以分別控制4個(gè)電燈的電源開關(guān)[3]。紅外發(fā)射部分示意圖如圖1所示。紅外接收部分示意圖如圖2所示。

圖1 紅外發(fā)射部分示意圖

圖2 紅外接收部分示意圖

3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)射電路部分采用一個(gè)12M的晶體振蕩器，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)受控開關(guān)的脈沖頻率，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。單片機(jī)第9腳（RST）所接的是一個(gè)最簡(jiǎn)單的RC上電復(fù)位電路。P3接一個(gè)三級(jí)管發(fā)光二級(jí)管利用紅外光為介質(zhì)，將控制信以紅外光脈沖的形式發(fā)出去，由接收電路再進(jìn)行放大，解調(diào)，信號(hào)還原[4]。晶體三極管主要用于放大電路中起放大作用，設(shè)計(jì)采用的是一個(gè)NPN型的三級(jí)管9013，為了得到更大的放大倍數(shù)，采用了類似共射級(jí)接法。因?yàn)閺膒3.4口出來的為高電壓，而三級(jí)管9013不能承受此電壓，所以采用了一個(gè)阻值較大的電阻來起分壓作用，從而緩沖了加到三級(jí)管上的電壓。遙控發(fā)射器單元電路圖如圖3所示。

遙控接收器單元圖如圖4所示。第1、5、15、16口接作為4個(gè)電器的電源控制輸出，后接繼電器，此處是實(shí)現(xiàn)控制電器開關(guān)的功能。當(dāng)有輸出電流的時(shí)候，電流通過繼電器，繼電器檢測(cè)到電流后開啟功能，對(duì)應(yīng)的電器電源接通。同時(shí)電流流過發(fā)光三極管，三極管發(fā)光，電燈亮起，我們就可以知道控制是否成功。第13腳用于接收紅外遙控碼輸入信號(hào)[5]。要實(shí)現(xiàn)遙控開關(guān)，需要選擇繼電器配合單片機(jī)以及紅外遙控實(shí)現(xiàn)遙控開關(guān)的功能，設(shè)計(jì)選用的是5V額定電壓的電磁繼電器[6]。

4.系統(tǒng)調(diào)試

斷開信號(hào)源，把經(jīng)過準(zhǔn)確測(cè)量的電源接入電路，用萬用表電壓檔監(jiān)測(cè)電源電壓，觀察有無異常現(xiàn)象：如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙，電源短路等，如發(fā)現(xiàn)異常情況，立即切斷電源，排除故障；隨后分別測(cè)量各關(guān)鍵點(diǎn)直流電壓，如靜態(tài)工作點(diǎn)、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下，結(jié)果有個(gè)別電路不符，經(jīng)過調(diào)整電路元器件參數(shù)、更換元器件，使電路最終工作在合適的工作狀態(tài)；對(duì)于放大電路用示波器觀察是否有自激發(fā)生[7]。動(dòng)態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，調(diào)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號(hào)源，并循著信號(hào)的注射逐級(jí)檢測(cè)各有關(guān)點(diǎn)的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的遙控器電路是采用碼分制遙控方式[8]，用示波器對(duì)發(fā)射電路輸出端及接收電路輸入端的信號(hào)波型的進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下不同的開關(guān)按鈕時(shí)所顯示的波型是不同的。這說明了此電路是工作在正常狀態(tài)的。

圖3 發(fā)射單元電路圖

圖4 接收單元電路圖

5.結(jié)束語

采用單片機(jī)系統(tǒng)制作多功能紅外遙控器，設(shè)計(jì)了家庭智能照明遙控開關(guān)，使其可以靈敏控制多個(gè)電器開關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)表明，在有效距離（8m以內(nèi)）里我們成功的對(duì)4個(gè)LED和4個(gè)電燈進(jìn)行了開關(guān)控制，LED和電燈的電源開關(guān)變化正常。由于先前進(jìn)行了嚴(yán)格的器件的挑選，整個(gè)紅外遙控器系統(tǒng)的靈敏度、穩(wěn)定性都有不錯(cuò)的表現(xiàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

[1]馬晨,張斌．一種基于單片機(jī)的紅外遙控光感自動(dòng)窗簾的設(shè)計(jì)[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017,(07)：7-8．

[2]宗相令,武博昊,葛會(huì)娟,等．基于單片機(jī)的大棚卷簾機(jī)控制裝置[J]．電子世界,2017,(10)：182-183．

[3]童亞軍,孫超,韓旭,等．一種智能遙控?zé)粝到y(tǒng)[J]．電子世界,2013,(23)：122-124．

[4]趙吻吻,金廣,周佳偉,等．室內(nèi)移動(dòng)式可升降擱置架設(shè)計(jì)[J]．電子世界,2013,(21)：105-106．

[5]韓桂明．多路遙控節(jié)能器設(shè)計(jì)[J]．電子世界,2012,(06)：81-82．

[6]劉艷,張逸群,李騰飛．智能教室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電子技術(shù),2017,46(05)：38-41．

[7]袁軼珂．基于單片機(jī)的紅外遙控電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J]．電子制作,2017,(Z1)：14-16．

[8]楊祾．多功能實(shí)用遙控插座的設(shè)計(jì)與制作[J]．電子世界,2013,(17)：122-123．

Design of Home lighting intelligent remote control switch

LIU Bin，YANG Yan-ning, DONG Yong-xing
(School of Physics & Electronic Information, Yan’an University, Yan’an 71600, China)

With the rapid requirement of efficient lighting and function diversification for lighting, intelligent lighting system has been developed. The option of using infrared remote control system to control the controlled object, the entire system consists of transmitting circuit and the receiving circuit.transmitting circuit includes a keyboard matrix, coded modulation, system on chip and an infrared LED transmitter. LED infrared light receiving portion comprises a infrared receiver, demodulator, decoding circuit and transistor. Experimental results show that the circuit has the advantages of convenient operation and reliable performance.

Remote controlling switch；Infrared emission；Infrared receiving；Intelligence

延安大學(xué)引導(dǎo)項(xiàng)目（YD201616-02）；延安大學(xué)2016年繼續(xù)教育教學(xué)改革研究專項(xiàng)科研計(jì)劃（重點(diǎn)項(xiàng)目）（YDJZ2016-08）；陜西省高水平大學(xué)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)研究基金（NO．2015SXTS02）；2016延安大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（D2016109）。

劉斌（1985—），男，陜西延安人，碩士，助教，研究方向：電子與通信技術(shù)。