红外线多路遥控发射接收系统设计

红外多路遥控发射/接收系统设计
兰兴付、成雄、张辉
摘要：本系统由红外发射部分和接受部分组成。

发射部分通过键盘及其代码产生电路产生表示控制信号的BCD代码，在对控制信号代码和地址代码进行编码，并转化成串行发送数据，由发送数据对调制振荡电路产生的信号进行脉冲调制，形成发送信号，再将发射信号放大，并转化为红外光信号。

接收部分将接收到的红外光信号转化成电信号，并放大、调制出串行数据，通过解码电路将接收到的串行数据转化成控制代码，再将控制代码译成控制信号，从而对受控设备进行开/关控制。

关键词：红外遥控、编码、调制、解调
1 系统方案比较
方案一:用专用调制、解调芯片组成的红外发射、接收系统的核心——编码、解码电路。

代码产生电路由按键与其它元器件组成。

本设计通过VD5026对键盘电路产生的控制信号进行并/串转换，由17脚输出编码数据，再将编码数据通过脉调制电路调制在较高的载波上通过红外光发射。

红外接收管将光信号转换为电信号，由解码器进行解调，再由VD5027对解调出来的串行数据进行解码，使其成为控制代码去控制各电路。

其原理框图如图1。

图1红外发射、接收系统组成方框图
方案二:代码是按键组成的键盘电路产生，然后施密特触发器对按键信号进行整形所得，编码和调制用89C2051单片机的定时器将按键信号调制在38KHz 的载波信号上，然后通过功率放大后通过红外发射管发射出去。

接收电路用红外线接收二极管实现光电转换，然后用高频模拟锁相环进行信号解调，解调后的串行数据送单片机进行解码，同时实现对后续电路的控制功能。

[5,6] 其原理框图如图2所示。

(b)红外接收电路框图
图2红外发射/接收电路框图
方案一中采用专用芯片组成编码解码电路，可实现对16×211路电路的控制，其电路简单，抗干扰能力强，编码调制全部用硬件实现，各分支电路相互独立，设计调试比较简单、成本低，组装方便，易于推广。

方案二利用89C2051单片机对信号进行编码、解码，同时用单片机的定时器将信号进行调制，需用软件完成，其编程工作量大，要求严格，尤其是高频信号，程序稍有差错便使接收部分不能正常工作成本高。

综上所分析，我们采用方案一。

2 系统框图
红外多路遥控发射/接收系统组成框图如图3所示。

(a)红外发射电路原理框图
图3红外发射、接收系统原理方框图
图中各部分功能如下：
1、键盘及其代码产生电路：产生表示控制信号的BCD码。

2、解码电路：对控制信号代码和地址代码进行编码，并转化成串行发送数据。

3、调至振荡电路：产生频率约为400kHZ的振荡信号，并有发射的数据对其进行脉冲调制，形成发射信号。

4、红外发射电路：将发射信号放大，并转化为红外光信号。

5、红外接收信号：将接收到的红外信号转化成为电信号，并放大、接跳出串行数据。

6、解码电路：将接收到的串行数据转化成控制代码。

7、译码电路：将控制代码译成控制信号。

8、控制电路：对受控设别进行开/关控制。

3 单元电路设计
3.1 键盘及其代码产生电路
键盘及其代码产生电路的功能是产生8个控制信号，并将这8个控制信号进行BCD进行编码，形成控制代码，其电路图如图4所示。

图4键盘及其代码产生电路
图中，S1~S8是按压式键盘开关，一次代表1~8路控制信号，开关按下有效。

74HC147与74LS04组成的代码产生电路。

若开关没被按下，则电阻R1~R8与
R10~R17形成高电平V1H。

V1H应大于3.5V。

当某开关被按下时，该开关所连接的代码产生电路的输入端为低电平。

74HC147是10-4线优先编码器，其功能是将I0̅~I9̅这十个输入信号分别编成十个BCD码。

在I0̅~I9̅这十个输入信号中I9̅优先级最高，I0̅优先级最低。

编码器输出Y0̅̅̅~Y3̅̅̅是反码形式的BCD码，74LS04对Y0̅̅̅~Y3̅̅̅取反，则可得到BCD码。

3.2 编码电路设计
由集成电路2262组成的编码电路如图5所示。

图5 编码电路
图中A 0~A 7是地址线，D 8~D 11是数据线，将输入代码按A 0~A 7、D 8~D 11的顺序移至四态编码器，对输入信号进行编码，这些编码地址线如用于两态（高、低）编码，可有2048种组合，如用于三态（高、低、开路），可有2048种组合，如用于三态（高、低、开路）。

编码可有177147种组合，在进行四态编码的时候，共有419430种组合。

本设计要求由一部发射机控制6个受控设备，即只需一个固定的地址码，因此A1-A7接低电平。

3.3脉冲码调制振荡电路设计
为了提高传输信号的抗干扰能力，还需将编码信号调制在较高的载波上发射。

本课题要求载波频率为40KHz ，故可采用CMOS 门电路构成的脉冲调制振荡电路。

图6为由CMOS 门电路构成的简易时钟源，由于门电路的输入阻抗很高，定时电容Ct 的值不上是很大就能获得较大的时间常数，尤其适与对频率准确性要求不太高的低频时钟源（小于100KHz ）。

常取补偿电阻Rs>>Rt （定时电阻），即Rs=10Rt 。

由3脚输出，频率（1）式决定。

RtCt T f 2.211== （1）
图6门电路构成的时钟源及其波形
3.4 红外发射电路设计
图7是红外发射电路，由放大电路和红外发射管组成。

图7 红外发射电路
图中，U8C、U8D为隔离级，其作用是减小发射时的大电流对振荡级的影响；T1、T2组成复合三极管，对发射信号进行电流放大，红外管MLED81的工作电流为（200-300）MA。

流经发光二极管的电流ID=IC1+IC2≈IC2，当U8D输出为高电平VOH时，T1、T2导通，红外管工作，当U8D输出为低电平VOL时，T1、T2截止，红外管不工作。

3.5红外接收电路设计
红外接收电路通常由一片专用集成电路和少量外围器件组成。

本系统采用应用较为广泛的芯片CX20106其内部结构如图8所示，图9是由CX20106组成的红外接收电路。

图8 CX20106内部结构图
图9 CX20106构成的红外接收电路
红外接收管PH3028将光信号转换为电信号，从CX20106的①脚输入，经前置放大器、限幅放大后送至带通滤波器，带通滤波器的中心频率与红外发射载波频率相同。

检波器、积分器组成解调电路，对接收信号进行解调。

施密特触发器对解调输出信号进行整形，从⑦脚输出，该输出为集电极开路电路，因此要接上拉电阻R3。

外围器件R1、C1的参数决定放大器的增益，当R1=4.7Ω，C1=1uF时，电压增益约为79dB，R1增大、C1减小则会使增益降低。

R2确定带通滤波器的中心频率，调节R2使f0变化范围为30KHz-60KHz。

C3是检波电容，一般取值为
2.2uF-4.7uF。

R3是上拉电阻，一般取值为1KΩ-3KΩ。

3.6 解码电路设计
解码电路的功能是将解调后的串行数据进行解码，使其成为BCD控制代码，并使控制代码并行输出。

其电路图如图10所示。

图10 解码电路
3.7译码与控制电路
译码电路是将解码器输出的四位二进制控制信号代码译为与发射端相应的六路控制电平。

其电路图如图11所示。

图11 译码与控制电路
译码器CC4028是4-10线译码器。

它对于输入控制代码的任意一种状态，只有一路输出与其对应，输出有效状态为高电平。

4 结束语
本红外多路接受系统基本完成了题目中所要求的基本和发挥部分。

整个系统偏重于模拟设计，采取各种抗干扰措施加强了系统的稳定性，保证了测试指标的高精度。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。