红外遥控窗帘装置的设计

红外遥控窗帘装置

摘 要: 本文介绍了一种红外遥控窗帘系统，给出了系统的硬件电路图。为传统的手拉式或滑轮式应用模式转轨到红外遥控模式提供了一种具体解决方案，与现有装置相比，具有价格低，安装简便等特点。

关键词: 红外遥控；电动；控制；微动开关[1]

为了进一步满足人们生活的需要，家用电器产品也在不断地更新换代，窗帘作为居家不可缺少的一部分，也日益火爆起来。目前，只有一部分高收入的家庭和高级宾馆开始采用电动遥控。由于价格相当昂贵，不利普及。本设计旨在设计一种具有性能稳定且造价低特点的红外遥控模式方案，适用于普通家庭的普及型窗帘系统。

1 系统功能及组成

本装置要求能使用红外遥控的方式实现窗帘的开启和关闭；能控制窗帘打开程度的大小，以适应不同的需要；能使用光控的方式实现窗帘的自动关闭和开启；能在光控和遥控工作方式之间自由切换。同时系统要求性能稳定，价格低廉。

系统方框图如图1所示。系统由以下各部分组成：红外遥控发射电路，红外接收与控制电路，光控电路，电源电路，传动部分。系统工作原理为：按键码在专用的发射集成芯片的内部完成其编码，将编码后的脉冲信号以红外遥控信号的形式发射出去，在接收端由BA5302[2]将信号放大，解调后，输入到LC9305的输入端进行译码鉴别，从而在各输出端输出不同的信号以控制后续电路的工作情况

图1 系统框图

2 系统硬件电路图

图2 系统硬件电路图

如图2所示，K1，K2，K3，K4分别为常闭微动开关，图中E和F,A和B,C 和D可分别看作是电动机的两端。红外接收与控制电路继电器J1和光控电路中的继电器J1是同一个继电器，即G－G、H－H相连。由J2来选择是光控部分工作还是驱动部分工作。

当电流从VT5流向VT3时，电流从F端到E端，微动开关K3，K4闭合，J3吸合，J4释放，当运动到头时，开关K3断开，由于有电流流过J3，使得J3吸合，从而保证反向运动时K3两端再次处于闭合状态。当电流从VT4流向VT6时，J4也同样使得K4断开后能再次闭合。

3 单元电路设计

3.1 红外遥控发射

本红外遥控系统采用编码技术来提高抗干扰和多径效应[3]。发射部分功能上要求能辨别四种按位键码，系统要求具有通用性和稳定性故器件应尽量采用CMOS工艺制造。通过鉴别比较，发射器件采用外形为14脚双列直插DIP封装的LC9301[4]集成芯片。其电气参数为：LC9301红外遥控发射器件电源电压范围4.5V～6.5V,典型值为+5V；外部晶振频率为455kHz；载波频率为38kHz；发射电路输出电流大于5mA。其引脚功能如表1所示。

表1 LC9301引脚功能

引 脚 号 符 号 LC9301 引 脚 功 能

1 OUT 信号发射输出

2 XT0455kHz晶体振荡输出端

3 XT1 455kHz晶体振荡输入端

4 CT重复频率发射控制端

5 P 脉冲码间隔控制端

6 L 发射指示器（LCD）驱动输出端

7 V SS 电源负端

8～11 K３～K6 （单码）独立开关按键端

12、13 K1，K2 （连续码）脉冲信号控制端

14 V DD 电源正端

3.1.1 发射电路组成

红外遥控信号发射器主要由按键按钮、遥控器专用集成芯片、激励器和红外发光二极管等组成，如图3所示。

图3 发射电路

3.1.2 发射电路工作原理

图中S1—S4四个按键可以独立控制四个通道，S1和S2控制窗帘的开启与

闭合，S3控制窗帘的行程与大小，S4控制遥控、光控转换开关，由JT、C

1、C

2

、

R

2

构成载波振荡器。由专用集成芯片将每个按键位码经内部遥控指令编码器转换成遥控编码脉冲后，将编码脉冲用38kHz左右的载波进行脉冲幅度调制，最后将已调制的编码脉冲激励红外发光二极管，使其以中心波长为940nm的红外光发出红外遥控信号。当JT采用455kHz时，电路可产生38kHz载波频率来驱动信号从LC9301的第1脚输出，经VT放大后驱动红外发射管SE303工作。LED为发射指示，如果LED闪动多次，则表示发射连续码；LED只闪动一次，则表示发射单码。

3.2 红外接收与控制电路

红外接收与控制部分采用和发射电路匹配的LC9305芯片，其引脚功能如表2所示。

红外发射器发出的编码脉冲信号经BA5302内部放大，解调后从BA5302的O/P端输出送入LC9305的第4脚进行鉴别比较译码，至此即完成红外接收过程。红外接收与控制电路包括驱动电路，转换电路。

表2 LC9305引脚功能

引 脚 号 符 号 LC9305 引 脚 功 能

1、2 Q３、Q４独立控制电平输出端

3 L外接滤波定时电容端

4 IN红外线解调信号输入端

5 H 外接滤波定时电容端

6 M 测试端、应用时接V Ss端即可

7 V SS 电源负端

8～11 q1～q4 脉冲信号输出端

12、13 Q１，Q２ 双稳态电平输出端

14 V DD 电源正端

3.2.1 驱动电路

驱动电路主要由差动放大电路[5]组成，电机为差动电路的负载。本部分要求的直流电动机行程在4米以上，功率能达到12W。通过查阅资料鉴别比较后选择WZY-171型的直流电动机。其参数为：额定功率：动态时大于10W；额定工作直流电压：12V；水平牵引力大于2.5kg；牵引速度：约0.3m/s；最大设计行程6m。

差动放大电路工作原理：它由两组元件参数完全相同的基本共射放大电路组成，是一种理想的对称电路。正是由于这种结构上的对称性，才使它具有理想的

抑制零漂移的作用。电阻R

e 是T

1

与T

2

两管的公共射极电阻或称耦合电阻，它实

际上就是在工作点稳定电路引入的射极电阻。只是此处将两个电阻的射极电阻合

并成一个R

e ，所以它的作用是稳定静态工作点，对零漂移做进一步抑制，R

L

为外

接负载电阻，R

b 作用是限制基极静态电流并提高输入电阻，T

1

、T

2

两个管的基极

的集电极分别为差动电路的输入与输出。差动放大电路的基本结构如图4所示。

如果给差动电路输入一对大小相等、极性相反的差模信号，则由于电路的对称性，必将使两管的集电极以及发射极电流产生大小相等而方向相反的变化量即12,12

Ic Ic Ie Ie

=,所以此时流经射极电阻Re的电流变化量120

Ie Ie Ie

=+A,即流过Re的总电流仍保持其静态值不变，于是发射极电位Ve也保持不变，上述负反馈过程就不会再出现了，也就是说，此时的射极电阻Re对差模信号将不起任何抑制作用，好像被短接一样。

图4 差动放大电路

因此，每管的集电极对地之间就可获得放大了的差模输出电压：

Uo Au Ui Au Ud

=

11111

==

Uo Au Ui Au Ud Au Ud

2222221

于是两集电极间的差模输出电压为：

Uod Au Ud Au Ud

==

2122

因电路对称，有12

=,故上式可写为：

Au Au Au

Uod Au Ud Au Ud

==

2122

图5 驱动电路

驱动电路工作过程：如图5所示为驱动电路，电机M右端为F端，左端为E

端。继电器J3和J4分别与微动开关K3和K4并联，使K4和K3断开后能顺利恢复其初态。当按动发射器上S1、S2时，由红外发射器发出的编码脉冲信号被专

用红外接收头BA5302所接收，输出送入LC9305的第4脚进行鉴别比较译码，LC9305 的第9、8脚将分别有负脉冲输出。当按动发射器上S1时，9脚有负脉

充电后VT3也导通，导致VT4止，同时VT5通，冲输出，则VT2导通，电容C

5

—VT3的C—E极--地，形成所以此时有电流从VT5（C—E）极流向—电机M--VD

1

回路，电机得电逆时针转动。当按动发射器上S2时，8脚有负脉冲输出，同理

—VT6的（C--E）极--地，构成回路，将有电流从VT4的（C--E）--电机M--VD

2

电机顺时针转动。

3.2.2 转换电路

转换电路[6]包括工作方式转换电路和开关转换电路。方式转换电路通过控制继电器J2的状态来对遥控和光控两种方式进行选择。开关转换电路通过控制继电器J1的状态来对负载的通断电情况进行控制。

本电路对继电器的要求为：直流，轻巧，损耗小。通过查阅资料后选择JRX-13F 直流继电器。JRX-13F小型小功率直流继电器具有体积小、重量轻、动作快等特性，并有透明防尘外罩。其主要技术参数：线圈电源：直流；线圈消耗功率：0.6W；绝缘电阻：正常条件下≥100MΩ，高湿下≥5MΩ；介质耐压：50Hz有效值，正常条件500V；电气寿命：10６次；质量：≤25g。

如图6所示为转换电路，G和H为继电器J1的两端，输出控制部分连接在LC9305的第12脚和第13脚上，红外发射遥控器S4和S3分别控制方式转换电 路和开关转换电路。

当按动S4时，红外发射器发出的编码脉冲信号被专用红外接收头BA5302所

图6 转换电路

接收，输出送入LC9305的第4脚进行鉴别比较译码，然后再输出到相应的第12脚上，则LC9305第12脚由原来的低电平变成高电平,给VT10提供一个基极偏流，使VT10饱和导通，继电器J2吸合，驱动电路部分工作，同时LED发光作为工作

指示；再按动一次S4时，LC9305第12脚由高电平变成低电平，VT10截止，J2释放，此时为光控部分电路工作。类似地，当按动S3时, LC9305第13脚由原

来的低电平变成高电平,给VT1提供一个基偏流，使VT1饱和导通，继电器J1吸合，使负载工作，同时LED发光作为工作指示；再按动一次S3，LC9305第13脚由高电平变成低电平，VT1截止，J1释放，负载断电。

3.3 光控电路[7]

光控电路主要用于实现窗帘的自动打开和关闭。按动发射电路中的S4键选择光控方式。主要依靠型号为3DKU的光敏三极管来实现其功能。3DKU光敏三极管具有灵敏度高，工作电压12V，价格便宜的特点。本设计中光控电路由光敏三极管、SK-Ⅱ集成电路、继电器组成，其中SK-Ⅱ集成电路内部由三极信号放大器、延时整形、选频Ｔ触发器和输出驱动器等四部分组成。

图7 光控电路

电路图如图7所示，当光电转换器件VT8受到光照时，内阻减小，光电

流通过C8送到IC的1脚进行反相放大，再将其输出送到IC的3脚作同相放大，由4、5脚上的外接电容C10进行选频、整形后，将T触发器触发，于是在IC 的9脚上输出高电平。使VT9迅速导通，继电器J1吸合，电源电流流过J1-3的触点2送到电动机M的B端，经过微动开关K2，继电器J1-1的触点2，再通过J1-2的触点2回到电源负极，此时电动机逆时针转动。

当光敏元件不受光照时，呈高阻，无触发电流送入IC的1脚，使9脚成低电平，继电器J1释放,电源电流流过J1-2的触点1经过微动开关K1，继电器J1-1的触点1，送到电动机M的A端，再通过J1-3的触点1回到电源负极，电动机顺时针转动。

3.4 电源电路

直流稳压电源[8]主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。

3.4.1 电路元件的选择

（1）根据负载的不同的要求选择不同的三端稳压器，本电路选择的三端稳压器

为CW7805[9]、CW7812。

（2）为保证稳压器的稳定工作，三端稳压器的输入端Vin 至少要比输出Vout 高出3V，一般3～6V 之间为好。但Vin 与Vout 之差不能太高，太高不但工作效率降低，浪费能源，而且稳压器本身的功耗太大，会引起过热而造成工作不稳定。

（3）三端稳压器的输入与输出之间的电压差和输出电流较大时，应加装合适的散热片。

（4）如图8中的C12、C13、C14、C15的作用和数值：C13和C15是防止自激用的，C13一般取值0.1～1μF,C15一般取值为0.1～0.33μF，C12和C14是滤波电容，C12一般取值1000μF～4700μF，C14一般取值为100μF～470μF。

（5）压敏电阻[10]耐压为500V,2.5A。

（6）变压器的次级电压(有效值)的选择：设次级电压为2V ，2U ，

则2V =(1.05～1.1) Vin =8V，2U =18V。

图8 电源电路

3.4.2 电源电路工作原理

如图8所示为输出+12V 和+5V 输出电流0.67A 的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路VD4～VD7,VD8～VD 以及滤波电容C12、C14、C16、C18防止自激电容C13、C15、C17、C19和二只固定三端稳压器(CW7805、CW7812)等组成。电网供给的交流电压Ui1为220V、50Hz，220V 交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路VD4～VD7和滤波电容C 的整流和滤波，在固定式三端稳压器CW7805的Vin 和GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。此直流电压再经过CW7812和CW7805的稳压和C14和C18的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的输出直流电压。

3.4.3 电源电路特点

与一般分立元件组成的串联式稳压电路不同的是增加了启动电路、保护电路和恒流源。启动电路是为恒流源建立工作点而设置的，恒流源设置在基准电压形

成和误差放大器电路中，是为了稳压电器能够在比较大的电压范围内正常可靠工作。在芯片内设计了三种较为完善的保护电路：一是过压保护、二是过流保护、三是过热保护。

4 传动部分设计

本部分通过控制连在滑轮装置上滑车的运动来实现控制窗帘的开启和关闭，开启方向为左右开。开关K1,K2,K3,K4是常闭微动开关，只有在受到固定在滑车上撞块的撞击后才会处于断开的状态。

4.1 传动部分组成

如图9所示，本传动部分包括：导轨钢丝绳，导轨，滑车，主动轮，定滑轮，微动开关，撞块。

图9 传动部分

4.2 器件选择

1）直流电机：通过对窗帘的尺寸大小，拖动所需的最小拉力的测量，得知传动系统需求为：最小水平拖动力：10公斤；拖动重物：25公斤；导轨长度：4米；移动速度：0.2米/秒；功率：12W。故电路设计部分选用直流电机WZY-171型[11]即可满足传动的要求。

2）微动开关：传动过程中要求能完成自动停止，联想到使用微动开关，考虑灵敏度和额定电流等因素选用KW2型微动开关[12]。KW2型微动开关为普通型，主要用于各类电器设备作行程控制或电路转换。其主要技术参数为：额定电压及电流：DC 2～30V 0.1A～1.5A AC 220V；接触电阻：寿命前≤0.01Ω,寿命后

≤0.1Ω；绝缘电阻：正常条件下≥1000MΩ，低气压下≥500MΩ,潮气热下

≥50MΩ；耐压：正常条件下1500V，低气压300V，潮热1000V；动作压力：1.8～

3.8N；动作行程≤0.5～1.8m；差动行程≤0.5mm；寿命：10000次。

4.3 工作过程

当拉开窗帘开到头时，撞块撞开K2或K3,电机失电停转；当关闭窗帘关紧时，撞块撞开K1或K4，电机失电而停转。当电机顺时针转动时，带动主动轮顺时针转动，通过钢丝绳使得滑车向左运动，对外表现为窗帘关闭；当电机逆时针

转动时，带动主动轮逆时针转动，通过钢丝绳使得滑车向右运动，对外表现为窗

帘开启。

5 结束语

该红外遥控窗帘装置相对于一般的红外遥控窗帘来说，有如下特点：本装置电路采用CMOS工艺制造的芯片，具有功耗低、输出功率大、性能稳定、价格低的特点；同时电源有过压保护功能，防止电压过高而烧坏电路；采用微动开关使之能实现自动停止；能选择光控和遥控两种工作方式。所以总的来说，这是一款在传统红外遥控窗帘技术基础上加以改进的多功能的理想窗帘遥控装置。

参考文献

[1]彭为.单片机典型系统设计[M].电子工业出版社，2006，280-287.

[2]孙海生.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社，1989，77-81.

[3]吴运昌.模拟集成电路原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2001，288-290.

[4]林秀松.电子技术应用设计指导[J].电子科技大学学报，2002(3).

[5]童诗白.模拟电子技术基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2001，145-163.

[6]阎石.数字电子技术基础（第4版）[M].北京：高等教育出版社，1998，319-328.

[7]Thomas L.Floyd:Electronic Devices,5th ed,Prentice-Hall Inc,New Jersey,1999.

[8]赵学泉.电源电路[M].北京：电子工业出版社，1995，45-47.

[9]郭培源.电子电路及电子器件[M].北京：高等教育出版社，2000，165-171.

[10]韩广兴.电子元器件与实用电路基础[M].北京：电子工业出版社，2005，95-98.

[11]斯柯兹.发明者电子设计宝典[M].福州：福建科学技术出版社，2004，23-55.

[12]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社，1998，10-15.

谢 辞

经过一个多月的辛苦努力，以及在指导老师樊延虎老师的大力支持和帮助下，终于克服种种困难，本课程得以顺利完成。

在课题的完成过程中，通过学习大量的相关资料，我的专业知识和实践能力得到了进一步的提高和锻炼，同时对研究设计的过程及其细节有了深刻的认识。

从选题到论文的完成，每个实验细节和每个数据，都离不开樊老师的细心指导。樊老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不但为我树立了很好的楷模，而且激发了我对电子产品设计的兴趣，在此表示由衷的感谢！

（全文共12000字）