多功能紅外線彩燈遙控器方案設(shè)計(jì)

摘要論述了以常用的NE555 為核心組成多諧振蕩器構(gòu)成紅外線發(fā)射機(jī);用紅外線接收頭接收信號(hào)，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)的方波，用NE567、 CD4017 、CC4081 組成邏輯控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈的流水、追逐、跳閃等功能。

　　家用電器的遙控器多采用紅外線遙控，隨著電子科技的發(fā)展，遙控器的功能越來(lái)越強(qiáng)，其發(fā)射和接收部件也成品化、集成化，但其價(jià)格比較高。 本文介紹的是以集成定時(shí)器NE555為核心組成的多功能紅外線彩燈遙控器，主要用于對(duì)彩燈的遙控。 其功能齊全原理簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、成本低、市場(chǎng)潛力大，也可以推廣到電子裝飾廣告玩具家電等其他用途。
 

　　1 電路組成及原理

　　1.1 系統(tǒng)框圖與原理

　　彩燈控制器組成框圖如圖1 所示，主要由紅外線發(fā)射機(jī)、接收頭、解碼電路、邏輯控制電路等組成。 遙控發(fā)射機(jī)按照鍵盤指令，產(chǎn)生約5kHz 的紅外線信號(hào)，通過(guò)紅外線接收頭接收并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電信號(hào)后，將信號(hào)送到解碼器解碼器，負(fù)責(zé)完成對(duì)接收信號(hào)的解碼，解碼后信號(hào)通過(guò)積分電路，產(chǎn)生上升沿;振蕩器產(chǎn)生1 Hz 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以及反相器形成一對(duì)相位相同、極性相反的觸發(fā)脈沖供邏輯控制部分用，邏輯控制部分將控制各組燈LA、 LB 、LC、 LD……的亮滅順序。

　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　1.2 紅外線遙控器

　　紅外線發(fā)射機(jī)的電路如圖2 所示。由NE555組成一個(gè)自激多諧振蕩器時(shí)，在R3 的兩端并上一個(gè)二極管使電容C1 只通過(guò)電阻R2 充電。 NE555 輸出方波周期T 頻率f及占空比D 分別為：

　　為了使NE555 輸出方波的占空比為D = 1/ 2取R2=R3， 故：

　　為避免紅外線接收頭接收全波段的紅外信號(hào)而使解碼電路產(chǎn)生誤解碼，取 R2 = R 3 =220U，C1 = 0.68uF ，代入公式(4)， 得遙控器發(fā)出的紅外線的頻率f = 4 823 Hz. 第5 腳所接電容C2 主要是防止干擾電路正常工作時(shí)，C2 相當(dāng)于交流短路。

　　圖2 紅外線發(fā)射機(jī)電路圖
1.3 紅外線接收放大電路

　　傳統(tǒng)的紅外線接收放大電路多采用分立元件組成2 級(jí)到3 級(jí)的反饋放大電路，對(duì)紅外線接收頭所產(chǎn)生的微弱的電流變化進(jìn)行放大。

　　本系統(tǒng)采用了一體化紅外線接收頭可以接收并放大全波段的紅外線這樣既可省去外設(shè)放大電路又提高了輸出幅度。

　　1.4 解碼電路

　　解碼電路主要由NE567 組成如圖3 所示，其性能的好壞決定了系統(tǒng)的紅外線遙控功能能否實(shí)現(xiàn)。 NE567 是一個(gè)高穩(wěn)定性的低頻集成鎖相環(huán)，具有AM 同步鎖相檢波及功率輸出功能。 NE567 的中心頻率，帶寬和輸出延時(shí)等由外接元件Rt 、Ct 、Cof 、Clf 獨(dú)立確定。 電路的工作頻率為：

　　式中Rt 的阻值限定在2~20 k Ω之間，Ct 應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性好的電容器。

　　其中Vi 是輸入信號(hào)幅度的有效值，單位為V，f o 的單位為Hz， Clf 的單位為uF.

　　Clf 的容量對(duì)環(huán)路的性能有重要的影響，它的選擇要兼顧以下兩點(diǎn)：一是考慮到環(huán)路的帶寬B 時(shí)，如果已知輸入信號(hào)幅度Vi ，就可以根據(jù)公式(7) 求出所需的Clf 值。 二是Clf 對(duì)環(huán)路的鎖定時(shí)間有影響，Clf 容值越小，則環(huán)路的鎖定時(shí)間也就越小，勢(shì)必使帶寬B 加大。

　　圖3 解碼電路圖

　　輸出濾波電容Cof 的選取一般不太嚴(yán)格，為濾除各種寄生輸出，Cof 可取大一些。 但是Cof過(guò)大，會(huì)使Cof 上電壓變化太慢，將延遲輸出級(jí)的開啟時(shí)間，所以Cof 也不宜取得太大，通常用下面公式計(jì)算：

　　為防止干擾造成對(duì)CD4017 的多次觸發(fā)，特在NE567 的第8 腳外接一個(gè)π型濾波器減少誤觸發(fā)。

　　1.5 秒脈沖發(fā)生器

　　秒脈沖發(fā)生器由NE555 為核心的振蕩器和反相器組成，占空比D = 1/ 2 ，頻率f = 1Hz 的方波發(fā)生器。 電路圖如圖4 所示。

　　圖4 秒脈沖發(fā)生器原理圖

　　秒脈沖發(fā)生器在系統(tǒng)中的作用是為邏輯控制電路中的從計(jì)數(shù)器CD4017( IC3) 提供計(jì)數(shù)脈沖(實(shí)現(xiàn)“流水”、“追逐”功能)、為與門集成CC4081 提供脈沖信號(hào)和反相脈沖信號(hào)(實(shí)現(xiàn)“跳閃”功能) .
1.6 邏輯控制電路

　　邏輯控制電路的原理圖如圖5 所示。 電路中選用CD4017 作為主控部件。

　　圖5 邏輯控制電路

　　系統(tǒng)的工作過(guò)程如下(以4 組彩燈為例并設(shè)主計(jì)數(shù)器初態(tài)為復(fù)位狀態(tài))：

　　1 )主計(jì)數(shù)器CLK端(后用“主CLK” 表示，其它也類似)依次接收到第一、第二、第三、第四個(gè)脈沖，主Q1、 Q2Q3 、Q4 分別輸出高電平，并依次使D11、 D9、D12 、D10 導(dǎo)通，并分別驅(qū)動(dòng)LA 、LB 、LC、 LD發(fā)亮實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能一。

　　2 )主CLK 接收到第五個(gè)脈沖，主Q5 輸出高電平同時(shí)開啟與門U3A ，秒脈沖通過(guò)U3A和D2 送至從CLK; 通過(guò)D6 向反相器輸入高電平，D5 輸出低電平，解除對(duì)從計(jì)數(shù)器RST 的鎖定從計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)(每計(jì)到“5” 就立刻復(fù)位)。 接著從Q1、 Q2 、Q3、 Q4 依次輸出高電平，使D13、 D14、 D15、 D16 依次導(dǎo)通LA、 LB 、LC、LD 依次點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能二“流水”。

　　3 )主CLK 接收到第六個(gè)脈沖，主Q6 輸出高電平，同時(shí)開啟與門U3B， 秒脈沖通過(guò)U3B和D1 送至從CLK ;通過(guò)D7 向反相器輸入高電平，D5 輸出低電平，解除對(duì)計(jì)數(shù)器RST 的鎖定，從計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù);通過(guò)D8 開啟與門U2A、 B 、C、 D. 接著從Q1 輸出高電平，使D13、U2A 導(dǎo)通，即D13、 D21、 D28 同時(shí)導(dǎo)通，LA、 LB、 LC 同時(shí)點(diǎn)亮。 類推得LA、 LB 、LC 亮，LB、 LC、 LD 亮，LC 、LD、 LA 亮，LD 、LA、 LB 亮，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能三追逐。

　　4 )主CLK 接收到第七個(gè)脈沖主，Q7 輸出高電平同時(shí)打開與門U1A、 U1B. 由于U1A 的2 腳一直接著反相秒脈沖，而U1B 的6 腳一直接著秒脈沖，所以U1A 與U1B 的輸出始終反相，在秒脈沖處于高電平的半個(gè)周期里，D18 和D29 導(dǎo)通，LB 和LD 點(diǎn)亮;在秒脈沖處于低電平的半個(gè)周期里，D17 和D26 導(dǎo)通，LA 和LC 點(diǎn)亮。 同理主CLK 接收到第八個(gè)脈沖，在秒脈沖處于高電平時(shí)，LA 和LD 點(diǎn)亮，在秒脈沖處于低電平時(shí)，LB 和LC 點(diǎn)亮。 這就是“跳閃一”和“跳閃二”。

　　5 )主CLK 接收到第九個(gè)脈沖，主Q9 輸出高電，D3 導(dǎo)通，系統(tǒng)立刻復(fù)位，系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)。

　　2.結(jié)束語(yǔ):

　　本文以4 組彩燈為例，把遙控功能引入到彩燈控制中，實(shí)現(xiàn)了一組彩燈的輪流一個(gè)點(diǎn)亮，依次熄滅以及交替點(diǎn)亮等多種功能，令彩燈的控制更加靈活、方便。 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)應(yīng)用，工作穩(wěn)定、可靠、控制功能準(zhǔn)確，達(dá)到了預(yù)期的研制目的。 由于這種遙控器功能齊全，原理簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，成本低，有一定的市場(chǎng)潛力。