红外遥控器

1 绪论
随着科学技术的发展和对智能建筑的关注，遥控技术也将越来越频繁地走进人们的日常生活。

遥控技术和照明控制的家庭化实际上就是一种建筑智能化向室内的扩展和延伸，能给人们日常生活带来更加人性化的关怀和体贴，同时还兼具节能与安防等一些的辅助功能。

在今后的几年当中，与人们的日常生活息息相关，是人们使用频率最高的智能化设备。

遥控技术与照明电器控制系统涉及千家万户及个种场合，是未来市场需求量最大的智能产品。

传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和便利的安装使用方法，牢固地占领着市场。

然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。

于是遥控开关电路便顺理成章的应运而生了。

遥控其实就是远距离操纵的意思。

自从人们发现了无线电波，就开始用无线电来遥控了。

红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式。

我们知道，红外线是人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。

比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

发射部分的主要元件为红外发光二极管。

70年代研制出的红外遥控技术，随着大规模集成电路和微处理技术的发展和成熟，红外线遥控系统也迅速发展并得到广泛的应用，特别是在家用电器上的成功应用，给人们的工作、生活和娱乐带来了极大的方便，随着城市居民生活水平的提高，家庭里家用电器的种类和数量逐步增加，与之配套的红外遥控发射器也越来越多。

2 红外遥控电路的设计
2．1 硬件设计思路
2．1．1 红外遥控系统组成
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用专用集成电路芯片来进行控制操作。

发射部分：按键开关、控制芯片、红外发射二极管发射信号等； 接收部分：红外接收二极管接收信号、光/电转换放大电路、控制芯片、输出控制。

2．1．2 红外遥控系统框图
红外遥控系统框图，如图2.1所示
（遥控发射端）
（遥控接收端）
图2.1 红外遥控系统框图
2．2 电路设计
2．2．1 红外线遥控调光电路介绍
设计的遥控电路可对白炽灯进行遥控连续调光和开关控制。

由于使用了专用调光集成芯片，使得电路本身结构简单，性能稳定可靠，具有较高的使用价值。

2．2．2 电路组成
电路由红外线发射电路和接收调光控制电路两部分组成，电路原理图如图2.2和图2.3所示：
图2.2 红外发射电路
图2.3 红外接收电路
2．2．3 电路工作原理
发射电路如图2.2所示。

NE555和R1、R2、C1、VD1组成一个多谐振荡器，按下SB，电路起振，振荡频率为1.5kHZ。

振荡脉冲由VT1放大后驱动两只红外发光二极管发射红外线信号。

接收调光电路如图2.3所示。

红外线接收二极管VDP PH302接收到红外线信号并转换成电信号，电信号放大后经C5耦合到VD4、VD5组成的复合管的基极。

电信号的正半周使复合管导通，其集电极呈低电平状态，低电平持续时间的长短与发射电路的发射时间长度成正比。

LS7232的低电平输入控制端（5）脚连接复合管的集电极，当其集电极的低电平状态持续时间超过399ms时，LS7232的（8）脚输出触发脉冲信号，控制晶闸管的导通角，电路开始连续调光（由亮渐暗或由暗渐亮）。

（5）脚的低电平消失后（松开发射电路的按钮SB），LS7232的控制下，灯光保持当前的亮度。

当短暂的按动遥控器按钮，使得LS7232的（5）脚低电平持续时间小于399ms 时，可完成对灯泡的开关控制。

2．2．4 芯片引脚及功能
1、LS7232的介绍
LS7232的内部电路原理及引脚功能下图所示。

集成电路内部十分复杂。

工作时首先由锁相环电路将内部振荡器准确地锁定在电网频率50Hz，以便为移相角产生电路提供准确的定时。

移相角产生电路受逻辑控制电路的控制；在交流电每一周期的特定时刻输出触发脉冲并经放大后使外接双向晶闸管导通。

这特定的时刻在交流电的周期中，可用交流电的相位角来表示。

LS7232的引脚排列如图2.4。

（1）脚为Vss，需将此脚接正电源(+12～18V)。

（2）脚为渐熄控制端(DOZE)，接高电平无效。

如果向此端输入时钟脉冲，则灯的亮度将在每个时钟周期的下降沿到来时降低一个等级，直至
灯完全熄灭。

灯光由最亮至全熄所需的脉冲数为83个，利用这一
功能可设计出各种调光灯控制电路。

（3）脚为外接电容端(CAP)，此脚连接内部锁相环电路所需的滤波电容。

（4）脚为同步信号输人端(SYNCHRO)，锁相环电路所需的触发信号由此
脚输入。

（5）脚为传感器输入端即低电平输入端(SENSOR)。

（6）脚为辅助输入端即高电平输入端(SLAVE)，其功能与⑤脚相同。

当需要远距离设置触摸片时，或用按钮开关控制时可用此脚。

（7）脚为负电源端；
（8）脚为控制输出端，向双向晶闸管的门极输出触发控制信号，其最大灌电流可达25mA，可驱动大功率品闸管。

图2.4 （a）电路结构图；（b）引脚图
2、NE555的介绍
采用8脚DIP封装，可作自激振荡器，调制电路，单稳，双稳电路等。

NE555电路结构和引脚图，如图2.5
（1）GND 电源负极。

（2）TRIG 触发。

（3）OUT 输出。

（4）RESET 复位。

（5）CVOLT 控制。

（6）THR 阈值。

（7）DISC 放电。

（8）VCC 电源正极。

所谓单稳态电路就是具有两种状态的电路，其中一种是稳定的状态（稳
态），另一种是暂时稳定的状态（暂稳态）。

就像弹簧门一样。

单稳态电路的特点是：
（1）它有一个稳态和一个暂稳态；
（2）在外来脉冲信号作用下，能立即从稳态翻转到暂稳态；
（3）暂稳态维持一段时间后，能自动返回到稳态。

图2.5 NE555定时器（a）电路结构；（b）引脚图
2．2．5 元器件的功能介绍
1、可控硅
（1）可控硅介绍
可控硅又叫晶闸管。

自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，
它的主要成员有单向可控硅、双向可控硅、光控可控硅、逆导可控硅、可关断可控硅、快速可控硅等等。

可控硅是由PNPN四层半导体构成的元件，有三个电极，阳极A，阴极K和控制极G 。

可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。

在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。

单向可控硅、双向可控硅符号不同。

单向可控硅有三个PN结，由最外层的P极和N极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的P极引出一个控制极。

单向可控硅有其独特的特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。

一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。

要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。

双向可控硅的引脚多数是按T1、G、T2顺序从左至右排列（电极引脚向下，面对有字符的一面时）。

加在控制极G上的触发脉冲的大小或时间改变时，就能改变其导通电流的大小。

与单向可控硅的区别是，双向可控硅G极上触发脉冲的极性改变时，其导通方向就随着极性的变化而改变，从而能够控制交流电负载。

而单向可控硅经触发后只能从阳极向阴极单方向导通，所以可控硅有单双向之分。

（2）可控硅工作原理
1）工作原理
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图2.7所示
图2.7可控硅等效图解图
当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。

此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放
大，其集电极电流ic2=β2ib2。

因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。

此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。

这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。

由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表2.1。

表2.1可控硅导通和关断条件
2）基本伏安特性
可控硅的基本伏安特性见图2.8
图2.8 可控硅基本伏安特性
反向特性
当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图2.9），J2结正偏，但J1、J2结反偏。

此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图2.8的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。

此时，可控硅会发生永久性反向击穿。

图2.9 阳极加反向电压
正向特性
当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图 2.10），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压
图2.10 阳极加正向电压
由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。

进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图 2.8
的虚线AB段。

这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图2.8中的BC段3）触发导通
在控制极G上加入正向电压时（见图2.11）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。

在可控硅的内部正反馈作用（见图2.8）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

图2.11 阳极和控制极均加正向电压
如何鉴别可控硅的三个极
鉴别可控硅三个极的方法很简单，根据P-N结的原理，只要用万用表测量一下三个极之间的电阻值就可以。

阳极与阴极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上，阳极和控制极之间的正向和反向电阻在几百千欧以上（它们之间有两个P-N结，而且方向相反，因此阳极和控制极正反向都不通）。

控制极与阴极之间是一个P-N结，因此它的正向电阻大约在几欧-几百欧的范围，反向电阻比正向电阻要大。

可是控制极二极管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻断状态的，可以有比较大的电流通过，因此，有时测得控制极反向电阻比较小，并不能说明控制极特性不好。

另外，在测量控制极正反向电阻时，万用表应放在R*10或R*1挡，防止电压过高控制极反向击穿。

若测得元件阴阳极正反向已短路，或阳极与控制极短路，或控制极与阴极反向短路，或控制极与阴极断路，说明元件已损坏。

2、红外发光/接收二极管
红外发光二极管实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而
不是可见光。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。

接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。

在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz†12≈37.9 kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz 等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

常用的红外发光二极管（如SE303·PH303），其外形和发光二极管LED 相似，发出红外光（近红外线约0.93μm ）。

管压降约1.4V ，工作电流一般小于20mA。

为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。

红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。

直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。

双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。

2．2．6 其它电路设计方案介绍
作者通过收集资料和设计有了两套不同设计方案。

这些方案都有着不同的优缺点，下面就简要的介绍一下其中的另外一套设计方案：采用PT2248和PT2249编码解码芯片组成的电路
本电路可遥控白炽灯的亮度和开关，它能够同时控制四个接受器，可用于家庭的照明灯具的遥控控制。

有以下特点：
（1）可以通过手动或遥控器来控制电灯的开/关与调光。

（2）用一个遥控器可遥控室内不同安装位置的四个接收器。

（3）每路接收器独立控制电灯，输出功率可达700W。

（4）具有亮度记忆功能，每次开灯，电灯都保持前一次关灯时的亮度。

（5）可以直接代替普通开关而不必更改室内布线，使用非常方便。

1、电路组成
本电路由红外线编码发射、接收和调光控制电路组成，电路原理如图2.12和图2.13所示
图2.12 红外编码发射电路
图2.13 接收调光控制电路
2、电路工作原理
（1）遥控发射电路
遥控发射电路见图 2.12。

它由通用红外编码遥控发射集成电路PT2248
组成。

其振荡端已内附500K电阻，只需外接陶瓷滤波器或LC串联谐振电
路便能产生振荡使电路工作，图１中X1为455KHZ陶瓷滤波器。

PT2248的
4--6脚、10--12脚构成键盘矩阵，本遥控开关只用了其中的四个键，并标有
数字1、2、3、4，分别控制四只接收器。

控制信号由脚输出，经Q2、Q1放
大后驱动红外发射二极管D1向外发射遥控信号。

（2）遥控接收电路
遥控接收电路见图2.13。

IC3及Q1组成红外接收及前置放大电路，IC3选用通用红外接收头HS0038，它在电路中起接收红外信号，并对信号进行放大、检波、滤除38HZ载频等作用。

IC1为通用红外接收解码集成电路PT2249。

应用时，只需在其振荡输入脚外接并联的RC，即可产生振荡使电路工作。

由IC3输出的红外遥控信号经三极管Q1放大后输入到IC1的输入端脚，IC1内部电路先对输入信号进行整形，然后再进行数据检验、用户码检验、出错检验等。

经检查正确后，相应的输出端变为高电平。

IC1的15脚为信号输出端，本电路只用了其中的四个输出端，并标有数字1、2、3、4，分别用波段开关K1进行转换。

只有当遥控发射器按键的数字和遥控接收器波段开关的数字相同时，遥控信号才对调光电路起作用。

IC2为专用调光集成电路CS7232。

由IC1输出的信号经波段开关K1，二极管D4输入到IC2的高电平信号输入端脚，用以控制其输出端脚的触发脉冲信号，经二极管D5控制双向可控硅SCR1的导通角及开/关。

当遥控发射器送来的指令信号时间小于0.32秒时，IC2控制SCR1实现开关功能，而当遥控发射器送来的指令信号时间大于0.32秒时，IC2控制SCR1实现调光功能，即灯光由亮到暗，再由暗到亮作循环式调光，循环一周的时间约为8秒，当调到满意的亮度时松开按键即可。

图2中R7为IC2的脚提供同步信号。

C7滤除尖脉冲干扰。

C2为PLL滤波电容。

D5为双向可控硅SCR1提供触发信号。

K2为手动控制开关，其控制作用与遥控发射器按键的控制作用相同。

C1、R6、D1、D2、C5构成电容降压、整流、滤波、稳压电路。

D6、R8构成电源指示电路，当遥控开关处于关断状态时，D6点亮，接通时D6熄灭。

本遥控开关适合用来改装家庭、办公室、宾馆、酒店等场所的灯光设备。

笔者将厅房里的吊灯改用此遥控开关控制，效果很好。

（3）芯片介绍
PT2248是一种红外线遥控发送芯片，利用CMOS的工艺设计。

PT2248内部是CMOS电路，所以它具有下列几种优点：低功率消耗、
宽量程的操作，低电压操作(Vcc=2.2～5.0V)，外部的电路结构简单。

PT2249A是一种红外线遥控接受芯片，利用CMOS工艺设计，因此也具有低
功率消耗及非常高抗干扰能力，而且只需很简单的外部电路就可以控制PT2249A。

PT2249A共16支引脚和能够一次接收控制10个PT2248传送过
来的点信号。

另外PT2249A还有反相／非反相输入信号的信息功能，可根据电路的不
同设计来调配。

3 安装与测试
3．1 安装制作
1、清理元器件，重点辩别认清电阻器阻值及相应代号，对电阻、电容、发光二极管、三极管、电源变压器等要用万用表一一检测。

2、安装时，电阻器、整流二极管采用卧式插装，并近贴电路板；瓷介电容器、电解电容器、三极管等采用立式插装，也要近贴电路板。

发光二极管安装时可不讲极性，因为其供电电路为交流电源，其余有极性元件：如电解电容器、整流二极管、稳压二极管、三极管、集成电路等必须按正确的极性插装，否则电路不会正常工作。

3、红外线发射管和接收头H焊接时注意极性，焊接时间不宜过长。

4、焊完元器件后，在覆铜面剪掉多余元器件的引线,工具最好用斜口钳，可防止因剪线而使覆铜皮损坏。

5、焊接完后，请认真对照电路原理图、安装图检查电路板上有无漏焊、错焊、短路、断路等错误现象，确认无误后才能通电。

3．2 调试与检测安全
调试与检测过程中，要接触各种电路和仪器设备，特别是各种电源及高压电路，高压大容量电容器等，为保护检测人员安全，防止测试设备和检测线路的损坏，除严格遵守一般安全规程外，还必须注意调试和检测工作中制定的安全措施。

1、供电安全：
大部分故障检测过程中都必须加电，所以调试检测过的设备仪器，最终都要加电检验。

抓住供电安全就抓住了安全的关键。

（1）调试检测场所应有漏电变化开关和过载保护装置，电源开关，电源线及插头插座必须符合安全用电要求，
任何带电导体不得裸露。

检测场所的总电源开关，应放在明显且易于操作的位置，并设置相应的指示灯。

（2）注意交流调压器的接法。

检测中往往使用交流调压器进行加载和调整试验。

由于普通调压器输入与输出端不隔离，必须正确区分相线与零线的接法，如图一中使用二线插头座，容易接错线，使用三线插头座则不会接错。

（3）在调试检测场所最好装备隔离变压器，一方面可以保证检测人员操作安全，另一方面防止检测设备故障与电网之间相互影响。

隔离变压器之后，再接调压器，则无论如何接线均可保证安全。

2、测量仪器安全：
（1）所用测试仪器要定期检查，仪器外壳及可接触部分不应带电。

凡金属外壳仪器，必须使用三线插头座，并保证外壳良好接地。

电源线一般不超过2米，并具有双重绝缘。

（2）测试仪器通电时若保险丝烧断，应更换同规格熔丝管后再通电，若第二次再烧断则必须停机检查。

（3）带有风扇的仪器如通电后风扇不转或有故障，应停机检查。

（4）功耗较大的仪器(＞500W)断电后应冷却一段时间再通电（一般3～10分钟，功耗越大时间越长），避免烧断保险丝或仪器零件。

3、几个必须记住的安全操作观念：
（1）不通电不等于不带电。

对大容量高压电容只有进行放电操作后才可以认为不带电。

（2）断开电源开关不等于断开电源。

可能相关部分仍然带电，只有拔下电源插头才可认为是真正断开电源。

（3）电气设备和材料安全工作的寿命有限。

无论最简单的电气材料，如导线、插头插座，还是复杂的电子仪器，由于材料本身老化变质及自然腐蚀等因素，安全工作的寿命是有限的，决不可无限制使用。

各种电气材料、零部件、设备仪器安全工作的寿命不等，但一般情况下，10年以上的零部件和设备就应该考虑检测更换，特别是与安全关系密切的部位。

4 Protel DXP 介绍
4．1 软件概述
Protel的设计系统就是一套建立在IBM兼容PC的环境下的EDA开发工具，是具有强大的功能的电子设计的CAD的软件，以及其高度集成性和阔展性著称于世。

Protel公司2002年正式推出强大的EDA棕合设计环境Protel DXP,它具有原理图设计、PCB电路板设计、报表制作、VHDL、FPGA、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是电子工程师进行电子设计的最有用的软件之一。

电子设计技术的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD 通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。

EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。

70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。

80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。

与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。

CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB 后分析。

90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段。

EDA技术不断地达到新的高点，EDA技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，每年都有新的EDA工具问世。

广大电子工程人员掌握这一先进技术，这不仅是提高设计效率的需要，更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。

4．2 原理图设计
1、 Protel DXP工作界面
打开Protel DXP后，将显示最常用的初始任务以便方便选择，如图4.1。

图4.1 工作界面
建立了设计文件夹后，就能在编辑器之间转换，例如，原理图编辑器和PCB编辑器。

根据当前所工作的编辑器来改变工具栏和菜单。

一些工作区面板的名字最初也会显示在工作区右下角。

在这些名字上点击将会弹出面板，这些面板可以通过移动、固定或隐藏工作环境，如图4.2。

图4.2 工作环境。