0 引言
紅外遙控是當(dāng)前使用最為廣泛的通信和控制手段之一,，由于其結(jié)構(gòu)簡單、體積小,、功耗低,、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高及成本低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品,、工業(yè)控制和智能儀器系統(tǒng)中,。然而市場上的絕大部分遙控器都是針對各自特定的遙控對象設(shè)計的，不能直接應(yīng)用于通用的智能儀器研發(fā)及其更一般的控制場合,。通常情況下,，一般家庭所使用的電視機(jī)、空調(diào),、VCD／DVD等家用電器都使用了紅外遙控器,，而這些紅外遙控器都是針對各自產(chǎn)品所設(shè)計的，從而導(dǎo)致了一般家庭中擁有數(shù)個遙控器,，那么,，能否將這些遙控器的功能進(jìn)行復(fù)用，進(jìn)而減少遙控器的數(shù)量,，使遙控器的功能更加強(qiáng)大,，就顯得十分必要了。
電源開關(guān)廣泛應(yīng)用于家庭,、工廠,、倉庫、以及辦公室等場所,。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),，特別是當(dāng)家用電器的遙控器繁多的情況下,，如果能借助這些遙控器設(shè)計開關(guān)用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式電源開關(guān)，不僅節(jié)約了成本，而且操作方便,。使用電視機(jī)等家用電器的遙控器實現(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),，從而提高遙控器在家電領(lǐng)域的實用價值,。
1 工作原理
智能紅外遙控開關(guān)主要由紅外接收、放大整形,、微控制器,、開關(guān)控制以及降壓電源等模塊組成，其原理框圖如圖1所示,。
智能紅外遙控開關(guān)的功能是將常見家用電器的遙控器,，如電視機(jī)、VCD／DVD等,，由用戶任意指定一個按鍵作為這個紅外遙控開關(guān)的控制鍵,。使用時，用戶按下智能紅外遙控開關(guān)的“學(xué)習(xí)”按鍵,，然后再對準(zhǔn)遙控開關(guān)的紅外接收頭按下遙控器上指定的這個開關(guān)控制按鍵,，遙控器發(fā)出的紅外編碼信號經(jīng)過紅外接收頭接收后，再經(jīng)過放大整形,，輸入到微控制器,，微控制器通過內(nèi)置的E2PROM記住遙控器這個指定按鍵的編碼。那么,，用戶下次使用時,，當(dāng)按下遙控器這個指定按鍵后，其發(fā)出的紅外編碼信號同樣經(jīng)過紅外接收頭,，放大整形后輸入到微控制器，由微控制器發(fā)出控制信號控制開關(guān)控制模塊里面繼電器的導(dǎo)通與斷開,，進(jìn)而控制輸出電壓的通斷,。
為了保證對各種用電器實現(xiàn)遙控開關(guān)控制，那么控制信號就一定要穩(wěn)定,、安全,。為此，在傳輸過程中要使各模塊間的通信信號足夠強(qiáng),，這就要求電路的電源能夠獨(dú)立給電路各部分供電,。因此，紅外遙控開關(guān)還必須擁有降壓電源模塊,。
2 電路設(shè)計
硬件電路設(shè)計包括電源電路的設(shè)計和解碼電路的設(shè)計兩部分,。電源電路是為解碼電路提供電源而設(shè)計的，除了要求電壓穩(wěn)定外，還要求其體積小,，成本低,。解碼電路要求能對紅外編碼進(jìn)行可靠地接收，同時要能夠穩(wěn)定地控制繼電器的開關(guān),。
2．1 電源設(shè)計
考慮到解碼電路的功耗很小,，所以電源的設(shè)計采用電容降壓式電源。它比變壓器電源和開關(guān)電源的設(shè)計要簡單得多,，而且體積小,、成本低，適合作為遙控開關(guān)的電源,。電源設(shè)計的原理圖如圖2所示,。MC2為降壓電容器，D1為半波整流二極管,，D2在市電的負(fù)半周時給MC2提供放電回路,，ZD1是5．1 V穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后MC2的電荷泄放電阻,。
電容降壓式電源是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流,。當(dāng)交流電壓為220 V，頻率為50 Hz的工作條件下,，電容器MC2在電路中的容抗Xc(單位：Ω)為：
流過電容器MC2的充電電流Ic(單位：mA)為：
通過降壓電容MC2向負(fù)載提供的電流Io,，實際上是流過MC2的充放電電流IC。顯然,，電容MC2容量越大,，容抗Xc越小，則流經(jīng)MC2的充,、放電電流越大,。當(dāng)負(fù)載電流Io小于MC2的充放電電流時，多余的電流就會流過穩(wěn)壓管,。若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax
2．2 解碼電路設(shè)計
智能紅外遙控開關(guān)的硬件核心部分是微控制器和紅外接收部分,，其原理圖如圖3所示,。
紅外解碼電路中的微控制器選用ATmega8L的AVR單片機(jī)。它的工作電壓為2．7～5．5 V,，4 MHz(3 V,，25℃)時功耗，工作模式為3．6mA,，空閑模式為1．0 mA,，掉電模式僅為0．5μA，采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),，除了擁有8 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH存儲器,，還有512 B的E2PROM，可用于記憶各類遙控器發(fā)射出的各種紅外編碼信號,。
紅外接收電路使用集成紅外接收器成品,，同時實現(xiàn)紅外接收、放大,、整形的功能,，一般不需要任何外接元件就能完成從紅外接收到輸出TTL電平兼容信號的所有工作。接收器對外只有3個引腳：電源Vcc,，公共地GND和1個脈沖信號輸出OUT,。由圖3可以看出，其與單片機(jī)接口非常方便,。
當(dāng)按下“記憶”按鍵S1時,，紅外接收頭SPH開始記錄遙控器發(fā)出的信號，同時將接收到的信號保存在單片機(jī)ATmega8L的E2PROM中,。以后當(dāng)遙控器發(fā)出同樣的紅外脈沖信號時,，通過紅外接收頭接收并與E2PROM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如果一致,，就發(fā)出控制信號控制開關(guān)的通斷。
3 程序設(shè)計
紅外遙控接收頭解調(diào)出的編碼是串行二進(jìn)制碼,，包含著遙控器按鍵信息,。但它還不便于CPU讀取識別，因此需要先對這些串行二進(jìn)制碼進(jìn)行解碼,。本設(shè)計采用的是軟件解碼方式對接收到的紅外信號進(jìn)行解碼,。
3．1 紅外遙控器發(fā)射編碼簡介
目前應(yīng)用中的各種紅外遙控系統(tǒng)的原理都大同小異，區(qū)別只是在于各系統(tǒng)的信號編碼格式不同。遙控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為：
其中,，引導(dǎo)脈沖為寬度是10 ms左右的一個高脈沖和一個低脈沖的組合,，用來標(biāo)識指令碼的開始。識別碼,、鍵碼,、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表示,。“O”和“1”均由毫秒量級的高低脈沖的組合代表識別碼(即用戶碼)是對每個遙控系統(tǒng)的標(biāo)識,。當(dāng)指令鍵按下時，指令信號產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼,。鍵碼后面一般還要有鍵碼的校驗碼,，用來檢驗鍵碼接收的正確性，防止誤動作,，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,。
3．2存儲編碼程序設(shè)計
當(dāng)按下“記憶”按鍵S1時，單片機(jī)進(jìn)入存儲記憶紅外遙控編碼的狀態(tài),。ATmega8L單片機(jī)首先關(guān)閉中斷,，等待遙控器發(fā)出的紅外遙控編碼輸入。當(dāng)紅外遙控編碼輸入后,，單片機(jī)將其保存至E2PROM中,。這樣，即使斷電之后,，單片機(jī)存儲在E2PROM中的信息也不會丟失,，可以保證斷電后的正常使用。存儲紅外信號的編碼程序流程圖如圖4所示,。
3．3 軟件解碼程序設(shè)計
軟件解碼則由ATmega8L單片機(jī)的外部中斷,、定時器以及軟件構(gòu)成一個紅外遙控接收系統(tǒng)。定時器用于延時測量兩個脈沖串之間的間隔,。外部中斷用于當(dāng)接收到紅外脈沖信號時觸發(fā)定時器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收,。當(dāng)紅外接收管接收到紅外脈沖時，程序首先出發(fā)外部中斷,，由外部中斷啟動定時器,，每個一段時間間隔就采樣一次，并將采樣到的紅外脈沖編碼保存到RAM變量中,，然后與存儲編碼程序中所保存的編碼進(jìn)行比較,，當(dāng)
兩者相同時則認(rèn)為是按下了開關(guān)按鍵，進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)操作,，否則程序不執(zhí)行開關(guān)操作,。軟件解碼程序的流程圖如圖5所示,。
4 結(jié)語
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化,、智能化操作方面發(fā)展，這樣才能滿足人們的生活需求,。智能紅外遙控開關(guān)充分利用了現(xiàn)在家用電器繁多的遙控器,，實現(xiàn)了遙控器的功能復(fù)用，而且在軟件解碼紅外遙控系統(tǒng)中,，解碼的核心是CPU,，電路極為簡單無須外圍器件，體積小,，抗干擾能力強(qiáng),。經(jīng)過實驗多次測試，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)械式墻壁換成該遙控開關(guān)不僅實用,，也很安全經(jīng)濟(jì),。