一种红外唤醒电路的制作方法

本实用新型涉及电表
技术领域：
，尤其涉及一种红外唤醒电路。
背景技术：
：为了在市电停电后方便抄读电表，很多电表设计了红外唤醒功能。停电后电表的单片机电路间歇打开红外接收模块，侦收用户发出的红外信号。一旦收到信号，控制器经过逻辑判断符合红外遥控器或红外通信信号的特征，就会开启lcd显示或者红外通信口，供用户抄读电表内部的电量数据及其它信息。红外接收模块消耗的平均电流一般为10～30μa，而电表的内部电池容量为数百mah。为了延长电表内部的停抄电池使用寿命，应尽可能减少红外唤醒电路消耗的电流，软件控制红外唤醒电路的次数等措施。如公开号为cn202939443u的专利公开了提供了一种红外唤醒电路及省电电表，包括滤波模块、红外接收模块、控制器及开关模块，所述滤波模块输入连接电源，输出连接红外接收模块，红外接收模块通过开关模块接入地，红外接收模块还连接控制器，控制器与开关模块相连。本实用新型的有益效果在于通过把开关模块的位置移动到红外接收模块的接地位置，从而当开关模块关闭时，红外接收模块处于高电位悬空状态，不消耗电流。当控制器开通红外接收时，红外接收模块通过开关模块接入地，模块正常工作接收用户发出的红外唤醒信号。在整个过程中，滤波模块的电容始终保持静态，避免了频繁充放电引起额外的电流消耗。该专利的滤波模块的电容始终保持静态，避免了频繁充放电引起额外的电流消耗，但是，该红外唤醒电路很容易被白炽灯、节能灯、太阳光的灯光干扰。又如公开号为cn202939434u的专利公开了一种红外唤醒接收电路。现有的以红外信号的方式进行数据传送的设备中存在功耗较大，而且接收器很容易被白炽灯、节能灯、太阳光的灯光干扰，造成误唤醒。本实用新型包括相互连接的控制中心和接收器，所述的控制中心控制接收器的开关，所述的控制中心连接了预处理电路，所述的预处理电路包括光敏控制电路和电子开关，所述的光敏控制电路控制电子开关的开关，所述的电子开关连接所述的控制中心并输送控制信号。有预处理电路对唤醒信号进行处理，由被动的接收唤醒信号变为主动的判断是否有唤醒信号，控制不必再定时的主动开启接收器，可以有效节省功耗，同时还可以减少唤醒信号误读。该专利的红外唤醒电路的唤醒次数虽然得到了控制，节省了功耗，但是，此红外唤醒电路并不能完全解除外界白炽灯、节能灯、太阳光的等强光的干扰，仍有可能造成误唤醒。此红外唤醒电路需要采用了比较器芯片，因此红外唤醒电路本身功耗自然也是偏大的，同时成本也自然偏高。因此，针对上述技术问题，提出了一种低功耗的红外唤醒电路。技术实现要素：本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种红外唤醒电路。为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：一种红外唤醒电路，包括光敏判断模块、单片机控制模块、红外接收模块；所述光敏判断模块与单片机控制模块连接，所述单片机控制模块与红外接收模块连接；光敏判断电路接收唤醒信号，并通过接收到的唤醒信号唤醒单片机控制模块，单片机控制模块控制红外接收模块工作。进一步的，所述光敏判断模块包括光敏管、限流分压模块、开关模块；光敏管与限流分压模块连接，限流分压模块与开关模块连接。进一步的，所述光敏管为ledh4；限流分压模块为电阻rh4；开关模块为三极管qh1。进一步的，所述光敏判断模块还包括耦合电路模块，所述耦合电路模块分别与光敏管、开关模块连接。进一步的，所述耦合电路模块包括限流电阻rh8、电容ch11，限流电阻rh8的一端与三极管qh1的基极连接，限流电阻rh8的另一端与电容ch11的一端连接，电容ch11的另一端与ledh4连接。进一步的，所述光敏判断模块还包括并联连接的二极管dh1、二极管dh2，二极管dh1、二极管dh2的正极均与限流电阻rh8的另一端、电容ch11的一端连接；二极管dh1、二极管dh2的负极均与三极管qh1的发射极连接。进一步的，所述光敏判断模块还包括低通滤波电路模块，所述低通滤波电路模块分别与光敏管、开关模块连接。进一步的，所述低通滤波电路模块包括并联连接的电阻rh19、电容ch13，电阻rh19、电容ch13的一端均与ledh4连接；电阻rh19、电容ch13的另一端均与三极管qh1的集电极连接。进一步的，所述唤醒信号为大于等于1.8v的高电平。进一步的，所述单片机控制模块的芯片型号为stm32f100vdt6。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：1、将光敏判断模块看作是一个可开关的电源，从而达到功耗低、成本低、通信距离更长的技术效果；2、通过对rh4的适应性调整能够完成基本的抗干扰，避免在自然光下频繁的自启动。附图说明图1为实施例一提供的一种红外唤醒电路图；图2为实施例一提供的wake_up唤醒电路；图3为实施例一提供的光敏管相对光灵敏度跟波长的关系示意图；图4为实施例一提供的光敏管的接收角度跟电流的关系示意图；图5为实施例一提供的为辐照度跟光电流的关系示意图；图6为实施例一提供的反向漏电流曲线示意图；图7为实施例二提供的实验结果波形示意图；图8为实施例二提供的实验结果波形示意图；其中，11.光敏判断模块；12.单片机控制模块；13.红外接收模块。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1所示，本实施例提供的一种红外唤醒电路，包括光敏判断模块11、单片机控制模块12、红外接收模块13；光敏判断模块11与单片机控制模块12连接，单片机控制模块12与红外接收模块13连接；光敏判断电路11接收唤醒信号，并通过接收到的唤醒信号唤醒单片机控制模块12，单片机控制模块12控制红外接收模块13工作。在本实施例中，光敏判断电路11接收唤醒信号，并通过接收到的唤醒信号唤醒单片机控制模块12，具体的唤醒信号的电路图如图2所示，包括电容cb28、电阻rb13、电阻rb14，电阻rb13、电阻rb14并联，且电阻rb13、电阻rb14的一端接地，电阻rb13的另一端与电容cb28的一端连接，电容cb28、电阻rb14的另一端均接单片机控制模块的wake_up脚。光敏判断模块11包括光敏管、限流分压模块、开关模块、耦合电路模块、两个二极管、低通滤波电路模块；光敏管与限流分压模块连接，限流分压模块与开关模块连接，耦合电路模块分别与光敏管、开关模块连接，两个二极管均与开关模块、耦合电路模块连接，低通滤波电路模块分别与光敏管、开关模块连接。在本实施例中，光敏管为ledh4；限流分压模块为电阻rh4；开关模块为三极管qh1；耦合电路模块包括限流电阻rh8、电容ch11；两个二极管为并联的二极管dh1、二极管dh2；低通滤波电路模块包括并联连接的电阻rh19、电容ch13。光敏管ledh4的n区与电阻rh4的一端连接，电阻rh4的另一端与三极管qh1的发射极连接；光敏管ledh4与电阻rh4的连接点还依次与电容ch11、限流电阻rh8连接，限流电阻rh8的另一端与三极管qh1的基极连接；电容ch11、限流电阻rh8的连接点还连接有两个并联的二极管dh1、dh2的正极，二极管dh1、dh2的负极与三极管qh1的发射极连接；三极管qh1的集电极与两个并联的电阻rh19、电容ch13的一端连接，光敏管ledh4的p区与两个并联的电阻rh19、电容ch13的另一端连接，光敏管ledh4的p区还与地连接。光敏判断模块11还包括电阻rh20、电容ch12，电阻rh20的连段分别与极管qh1的集电极、电容ch13的一端连接；电容ch12的一端与三极管qh1的发射极连接，另一端与地连接。本实施例提供的红外唤醒电路的实现方法为：初始情况下，光敏管ledh4的k脚是高电平，电容ch11的1脚电压是高电平，唤醒信号ir是低电平，当接收到红外信号，光敏管ledh4导通，光敏管ledh4的k脚变成低电平；耦合过去的电容ch11的1脚也变低电平，电容ch11瞬间相当于导通；这时三极管qh1的管脚发射极e、基极b导通，同时三极管qh1的管脚发射极e、集电极c也导通，唤醒信号ir变成高电平。反之，红外唤醒信号消失，光敏管ledh4的k脚变成高电平；电容ch11也变成高电平。本实施例运用了电容的通交流阻直流的特性。本实施例提供的红外唤醒电路与软件结合的实现方式为：唤醒信号ir有瞬间从低电平变到高电平信号，电容cb28的1号脚也变高电平，即单片机控制模块的wake_up脚变高电平(最少1.8v)，此时单片机控制模块唤醒，程序上再打开红外电源vcir_3v3(持续3s)，红外接收模块去检测“681104”(3个字节，30位)，若检测到“681104”则液晶点亮，反之3s后，单片机控制模块又进入低功耗。根据程序的机制，唤醒硬件上只要保证wake_up有一个上升沿就可以正常唤醒。其中，单片机控制模块的芯片型号为stm32f100vdt6。电路唤醒条件，红外要唤醒需要wake_up脚最少1.8v的高电平。光敏判断电路11中各个元器件的作用如下：光敏管ledh4的型号为at405-pd-01，用于接收到红外信号，内阻减小。参数见下表1。pd额定功耗100mwil反向光电流42ua(vr＝5vee＝1mw/cm2)id反向暗电流10na(vr＝10vee＝0mw/cm2)vf正向电压1.2v(if＝1ma)vbr反向电压33v(ir＝100uaee＝0mw/cm2)表1当光敏管在无光的状态下，呈现高阻态；在受光状态下时，光敏管呈现低阻态。由伏安特性可知，辐照度一定时，反向电压偏小时，光电流和偏置电阻上电压成正比。实测光敏管内阻：红外线波长为900nm～1000nm时，导通效果最佳；光敏管的接收角度正负30°最好。如图3所示为光敏管相对光灵敏度跟波长的关系示意图；如图4所示为光敏管的接收角度跟电流的关系示意图；如图5所示为辐照度跟光电流的关系示意图。从图5中可以知道，光电流在0.1ua到100ua内，光电流跟辐照度成正比。举例理解：光敏管相当于一个恒流源，当辐照度为1.0mw/cm2，光敏管可流出的电流为10ua，当限流电阻限定的电流小于光敏管可流出的电流(如5ua)，这时光敏管上的压降约为0v；反之，则参与限流电阻的分压。同时辐照度和距离平方成反比，由图5分析，导通电流也基本和距离平方成反比。电阻rh4的作用为光敏管ledh4的限流电阻和分压电阻，可调节光电灵敏度。根据光敏管不导通的电流只有10na，故rh4＜3.3/10＝330mω。但又不能烧坏光敏管ledh4，根据功耗可知rh4＞3.3*3.3/pd＝108.9ω。接收on的辐照度最小为3.5μw/cm2，对应的电流值在0.03ua(如图5所示)左右。即小于3.5μw/cm2的辐照度都可以认为是外部干扰，对应的电流值0.03ua要求不能打开三极管，三极管导通时的最小be压降范围为0.5v，0.5v/0.03ua＝16.67m，即要求rh4＜16.67m。实测光敏管和不同限流电阻串联后不同条件下的ledh4的k脚电压，如下表2。(电容ch11去除)rh4阻值无太阳光有太阳光(弱)有太阳光(强)1mω2.9v2mω2.7v2.5v2.2v5mω2.1v1.5v0.2v表2有太阳光指电表放于窗边位置：电表正面平行与窗户，距离窗口0.75m，百叶窗帘开口0.4m。电阻rh4选用2mω，兼顾灵敏度和抗干扰性。三极管qh1起开关管作用，选择开关电压小的三极管，现有使用三极管基本全是硅管，导通压降在0.5v左右，选择lmbt2907alt1g。如果三极管的导通压降可以降低到0.2-0.3v，可以增加唤醒距离，但抗干扰能力会下降。电阻rh8为限流电阻，工作电压ec压降0.5v，保持电容ch11的1脚电压2.8v。三极管导通时c级电压理论认为在2.8v左右，ie＝ic＝2.8/100+2.8/510＝33ua，考虑lmbt2907alt1g处于放大状态最好，增益倍数最大为100-300倍，按照100倍计算，则ib要求大于0.33ua。要求在电路导通时在rh8上的压降尽量小，这样就使得光敏管导通的电阻上的压差尽量小。假设rh8上的压降为0.1v，计算rh8电阻为0.1v/0.33ua＝300k，留余量后选型100k。电容ch11与电阻rh8组成rc耦合电路，相关rc电路说明如下，时间常数τ＝rc。①当τ>>t时，电容充放电非常缓慢，其输出波形近似理想方波，是理想耦合电路。②当τ＝t时，电容有一定的充放电，其输出波形的平顶部分有一定的下降或上升，不是理想方波。③当τ<<t时，电容极短时间内已充放电完毕，因而输出波形为上下尖脉冲波，是微分电路。红外通讯唤醒时的rc耦合电路，红外波特率为1200，1位0的持续时间为0.833ms，选择ch11为1uf,rh8为100k，rc＝0.1符合要求。二极管dh1、dh2的信号均为lbat54clt1g，反向漏电流0.5ua＜ir＜2ua，当ch11的2脚由低变高时，则电容ch11的1脚电平上会叠加一个3.3v电压，这时二极管dh1、dh2起泄放作用。可以尝试使用反向漏电流小的管子进行测试。如图6所示为反向漏电流曲线示意图。与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：1、将光敏判断模块看作是一个可开关的电源，从而达到功耗低、成本低、通信距离更长的技术效果；2、通过对rh4的适应性调整能够完成基本的抗干扰，避免在自然光下频繁的自启动。实施例二本实施例提供的一种红外唤醒电路与实施例一的不同之处在于：本实施例对电路进行分析和测试。实测光敏管和不同限流电阻rh4串联后不同条件下的唤醒压差，如下表3。(无太阳光情况下不同距离的唤醒波形，ch11去除)。性能：考虑抗干扰能力情况下，唤醒距离不大于1m，rh4为2m；不考虑抗干扰能力情况下，唤醒距离不大于1.5m，rh4为10m。(如下表3)。该电路实际使用中，通讯距离过近，需要一定的调整。表3三级管电路开通的最小唤醒压差为0.5v；5m电阻在太阳光稍强情况下的无唤醒时持续电平就会降到0.2v左右，不能通过红外唤醒，抗干扰很差。具体测试及相关比较数据如下表4、表5：表4表5与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：1、将光敏判断模块看作是一个可开关的电源，从而达到功耗低、成本低、通信距离更长的技术效果；2、通过对rh4的适应性调整能够完成基本的抗干扰，避免在自然光下频繁的自启动。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属
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的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。当前第1页12