紅外遙控開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、-作者xxxx-日期xxxx紅外遙控開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【精品文檔】電子電路實(shí)驗(yàn)3綜合設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告題目：紅外遙控開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名： 成績：日期：一、 摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種電器，如電視機(jī)、DVD、加濕器等都用紅外遙控器進(jìn)行控制，使用起來不夠方便，而且浪費(fèi)資源。本實(shí)驗(yàn)江設(shè)計(jì)一套通用新的紅外遙控裝置來對(duì)家電進(jìn)行控制。紅外光是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，其波長比紅外光長的非可見光。紅外遙控器原理比較簡(jiǎn)單。通過遙控器里紅外發(fā)射管把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成不可見的紅外線發(fā)射出去。被遙控電器里的紅外線接收頭接受紅外線后，轉(zhuǎn)成控制信號(hào)來控制電器。紅外遙控系統(tǒng)主要分為調(diào)制、發(fā)射和接收三部分。

2、調(diào)制：紅外遙控發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)采用的調(diào)制方式即把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進(jìn)行與操作，這樣可以提高法神效率和降低電源功耗。調(diào)制載波頻率一般為30kHz60kHz之間。大多數(shù)使用38kHz占空比為1/3的方波。發(fā)射系統(tǒng)：目前有許多芯片實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射，可以根據(jù)不同的選擇，發(fā)出不同種類的編碼。猶豫發(fā)射系統(tǒng)一般不提供電池供電，要求芯片功耗要低，芯片 大多數(shù)都設(shè)計(jì)成處于休眠狀態(tài)。黨有案件按下時(shí)才工作，這樣可降低功耗。新片所用金針應(yīng)該有足夠耐物理撞擊的能力不能選用普通石英晶體。一般選用陶瓷共鳴器。紅外線通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去，一般最大正向電流為100mA，電流越大其發(fā)射波形強(qiáng)度越大。接收：紅外接收電路通常被廠家集成

3、在一個(gè)元件中，成為一體化紅外接收頭。二、設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)選題選題三 紅外遙控開關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)制作一款雙路紅外遙控開關(guān)，能夠分別遙控兩路負(fù)載，可用于控制燈具，電風(fēng)扇，加濕器等常用家具電器。作用距離大于2cm。紅外光峰值輻照度不得小于40W/cm²。指向性要求：圓椎角不小于30°。欠壓條件下的紅外光峰值幅照度：遙控器所用電源電壓為額定工作電壓的80%時(shí)，遙控器的紅外光峰值輻照度不小于20W/cm²。指向性要求圓椎角不小于30°。靜態(tài)工作電流不大于3A三、方案設(shè)計(jì)與論證 方案一：紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分，發(fā)射部分的主要元件

4、為紅外發(fā)光二極管，接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管，如果需要其具有加密功能，這就需要使用鎖相環(huán)路。（1）發(fā)射器電路由3V電源供電。低頻信號(hào)、40KHZ的載波形成皆用與非門加外部元件實(shí)現(xiàn)，具有較高的穩(wěn)定性，這部分電路用到了一個(gè)與非門集成電路。（2）接收器電路又有幾部分組成。使用了LM567集成塊實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)加密功能，用雙穩(wěn)態(tài)電路對(duì)繼電器進(jìn)行控制，利用繼電器的開關(guān)對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)控制?？傮w框圖： 發(fā)射部分：紅外發(fā)射調(diào)制放大振蕩器接收部分：紅外接收繼電器信號(hào)放大方案二： 用單片機(jī)制作一個(gè)紅外電器遙控器，可以分別控制5個(gè)電器的電源開關(guān)。 紅外發(fā)射部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)按鍵控制紅外發(fā)射當(dāng)按下遙控按鈕時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)

5、的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。紅外接收部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)顯示紅外接收受控電器電源開關(guān)當(dāng)紅外接收器接收到控制脈沖后，經(jīng)單片機(jī)處理由顯示設(shè)備顯示出當(dāng)前受控電器的序號(hào)。 方案比較綜上所述通過比較兩套方案，方案一未采用單片機(jī)控制，功能單一，但是技術(shù)難度低，實(shí)際操作更簡(jiǎn)單，而且元件成本低；方案二的紅外線發(fā)射/接收控制電路采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單，但是對(duì)于單片機(jī)相關(guān)水平要求高，且設(shè)備元件成本高。故選擇方案一來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。四、電路單元參數(shù)的選定和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 接收電路的設(shè)計(jì)紅外發(fā)射電路由1KHZ音頻振蕩器，3KHZ音頻振蕩器，40KHZ載波振蕩器和驅(qū)動(dòng)輸出電路組成如圖2所示。1KHZ音頻振蕩器由四與非門集

6、成電路IC1（D1-D4）內(nèi)部的D1和電阻器R1、R2、電位器RP1、控制按鈕S1組成。3KHZ音頻振蕩器由IC1內(nèi)部的D2和電阻器R3電位器RP2、電容器C1，控制按鈕S2組成。40KHZ載波振蕩器由IC1內(nèi)部的D3、D4和電阻器R4、R5、電容器C2組成。驅(qū)動(dòng)輸出電路由電阻器R6、晶體管V1和紅外發(fā)光二極管VL組成。當(dāng)按下紅外發(fā)射電路中的控制按鈕S1時(shí)，1KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生1KHZ的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)40KHZ載波振蕩器調(diào)制后,通過V1驅(qū)動(dòng)VL發(fā)射出紅外光信號(hào)。當(dāng)按下紅外發(fā)射電路中的控制按鈕S2時(shí)，3KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生3KHZ的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)40KHZ載波振蕩器

7、調(diào)制后,通過V1驅(qū)動(dòng)VL發(fā)射出紅外光信號(hào)                本實(shí)驗(yàn)中，四與非門電集成電路選用CD4011搭建。上亮圖為CD4011芯片的功能圖和引腳圖。在焊接發(fā)射電路時(shí)，將D1的兩個(gè)輸入分配到1、2管腳，輸出為3管腳；D2的兩個(gè)輸入為5、6管腳，輸出為4管腳；D3的兩個(gè)輸入為8、9管腳，輸出為10管腳；D4的兩個(gè)輸入為12、13管腳，輸出為11管腳。由于VDD的電壓范圍為-0.5V18V，而發(fā)射電路中已有的電源為3V，故取VDD=3.

8、0V方便搭建電路，Vss管腳為接地管腳。4.2 接收與控制電路的設(shè)計(jì)紅外接收控制電路由紅外線接收頭IC2、音頻譯碼器、反相器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（A1、A2）和控制執(zhí)行電路組成，如圖所示。音頻譯碼器由音頻鎖相環(huán)集成電路IC3、IC4和外圍阻容元件組成。反相器由晶體管V2、V3和電阻器R8-R10、R13-R15組成。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由雙D觸發(fā)器集成電路IC5（A1、A2）擔(dān)任?？刂茍?zhí)行電路由電阻器R11、R16、晶體管V4、V5和繼電器K1、K2組成。當(dāng)按下紅外發(fā)射電路中的控制按鈕S1時(shí)，1KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生1KHZ的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)40KHZ載波振蕩器調(diào)制后,通過V1驅(qū)動(dòng)VL發(fā)射出紅外光

9、信號(hào)。紅外接收頭IC2接收到VL發(fā)射出的紅外指令信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行放大和解調(diào)處理，解調(diào)后的指令信號(hào)經(jīng)IC3譯碼、V2反相后去觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A1，使A1翻轉(zhuǎn)，V4飽和導(dǎo)通，K1吸合，其常開觸頭閉合，將第一路負(fù)載的工作電源接通。再按動(dòng)一下S1，A1又翻轉(zhuǎn)為另一種穩(wěn)態(tài)，使V4截止，K1釋放，第一路負(fù)載的工作電源被K1的常開觸頭切斷。當(dāng)按下紅外發(fā)射電路中的控制按鈕S2時(shí)，3KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生3KHZ的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)40KHZ載波振蕩器調(diào)制后,通過V1驅(qū)動(dòng)VL發(fā)射出紅外光信號(hào)。IC2將接收到的紅外光信號(hào)進(jìn)行放大和解調(diào)處理后，得到解調(diào)后的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)IC4譯碼，V3反相后使A2翻轉(zhuǎn)，V

10、5飽和導(dǎo)通，K2吸合，其常開觸頭接通，使第二路負(fù)載運(yùn)行工作。再次按動(dòng)S2后，則A2翻轉(zhuǎn)為第一種狀態(tài)，使V5截止，K2釋放，第二路負(fù)載的工作電源被K2的常開觸頭切斷。調(diào)RP1和RP2可分別改變1KHZ音頻振蕩器和3KHZ音頻振蕩器的工作頻率，從而改變遙控的靈敏度。調(diào)試時(shí)按S1調(diào)RP1使K1動(dòng)作，按S2調(diào)RP2使K2動(dòng)作。 在本次實(shí)驗(yàn)中，雙D觸發(fā)器集成電路選用CD4013，上圖為CD4013功能引腳圖。焊接中，F(xiàn)/F1的管腳對(duì)應(yīng)電路圖中的A1，F(xiàn)/F2對(duì)應(yīng)A2。 4.3 鎖相環(huán)電路LM567是一個(gè)鎖相環(huán)集成電路，內(nèi)部包含了相位比較器、壓控振蕩器，正交相位檢測(cè)器以及放大等功能，結(jié)合少量的外接元件能完

11、成紅外遙控的鎖相環(huán)加密功能。它采用8腳雙列直插塑封，其、腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1RC。其、腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級(jí)低通濾波網(wǎng)絡(luò)。腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應(yīng)至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號(hào)25mV。腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個(gè)集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.759V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內(nèi)部電路及詳細(xì)工作過程非常復(fù)雜，這里僅將其基本功能概述如下：當(dāng)LM567的腳輸入幅度25m

12、V、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，腳由高電平變成低電平，腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；如果在器件的腳輸入音頻信號(hào)，則在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。 LM567內(nèi)部集成電路 LM567的引腳圖 而音頻鎖相環(huán)集成電路選用LM567搭建。上圖為LM567的引腳圖。與電路中一一對(duì)應(yīng)焊接即可。一體化紅外接收接收部本次實(shí)驗(yàn)選用了SFH506-38實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得其3個(gè)管腳以此為：受光面向外，管腳從左到右依次為out，Vss，Vcc。由于本次實(shí)驗(yàn)使用的一體化接收頭電壓最大不能超過5V，而CD4013芯片供電電壓為12V，故需另行分壓，我們選擇3個(gè)20K的電阻串聯(lián)分壓，分壓之后紅外接收頭處電壓大約

13、為4V左右，可以正常工作，符合要求。圖4系統(tǒng)軟件程序流程圖五、裝調(diào)測(cè)試過程5.1 測(cè)試儀器 （1）示波器；TDS3502B 500MHz （2）電源：EM1712 DC 5.2 輸入電路部分電路測(cè)試 1kHz輸出波形3kHz輸出波形使用示波器觀察輸入到CD4011中的兩個(gè)波形，正常工作狀態(tài)時(shí)是1.KHz和3kHz的方波信號(hào)。在此次實(shí)驗(yàn)中，由于元件本身的誤差問題，使用原理圖中電路參數(shù)無法利用改為100pf，使得CD40113管腳與4管腳處輸入波形符合要求為1kHz和3kHz。（注：由于時(shí)間問題等，本次實(shí)驗(yàn)不成功，電路其它問題沒有解決，故只附上檢測(cè)無誤的電路部分檢測(cè)波形圖）六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及主要可

14、能故障分析本次實(shí)驗(yàn)中未能完成全部任務(wù)，所做作品仍有不少問題存在，由于時(shí)間的問題沒能解決。實(shí)驗(yàn)過程中也出現(xiàn)過許多問題。發(fā)射電路的輸入頻率調(diào)節(jié)問題，最后確認(rèn)電路無誤之后選擇修改參數(shù)最終得到解決。但是仍有另一個(gè)問題就是CD4011芯片輸出的波形不是經(jīng)過調(diào)制的波形，個(gè)人認(rèn)為應(yīng)該是由于芯片造成的結(jié)果，由于開始資料信息收集不足在供電上出現(xiàn)過問題，可能對(duì)芯片有造成損壞，導(dǎo)致最后的調(diào)制波形未能出現(xiàn)。接收電路中也有一些問題，如一開始出現(xiàn)過短路情況，最后排查電路之后發(fā)現(xiàn)由于焊接的過程中基本使用焊錫布線，可能導(dǎo)致電路版過熱，在某些地方焊接的時(shí)候，使得附近使用細(xì)線跨線的地方線外部熔破導(dǎo)致裸露和接觸短路。在認(rèn)真檢查電路

15、之后更換了兩根線，然后電路沒有再出現(xiàn)短路情況。在使用遙控器檢測(cè)之后，顯示接收裝置安裝完好，音頻鎖相環(huán)電路也檢測(cè)完好之后，仍然最終安裝上繼電器無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，個(gè)人經(jīng)過反復(fù)排查電路，檢測(cè)電阻電壓確認(rèn)電路無誤之后，認(rèn)為可能是由于前期有過短路情況導(dǎo)致電路中一些部件可能出現(xiàn)了損壞，而且在電路通電之后芯片會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱略微嚴(yán)重的情況。由于時(shí)間限制，未能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，沒能排查并解決所有問題導(dǎo)致本次實(shí)驗(yàn)并不成功。但是我仍然有了不少收獲。首先是電路的焊接，經(jīng)過焊接發(fā)射電路與接收電路的過程，基本掌握了電路焊接的方法和能力，知道在使用電路圖焊接電路之前先自行設(shè)計(jì)好焊接元件的排布，然后再進(jìn)行焊接，并且先焊

16、接管腳較多較復(fù)雜的元件。其次是電路鼓掌的排查，比如檢查電路的焊接是否有誤，使用萬用表檢查出現(xiàn)短路的可能情況，發(fā)射電路無法達(dá)到正常頻率時(shí)檢測(cè)是否是元件問題，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整等。同時(shí)也了解并認(rèn)識(shí)了紅外發(fā)射電路與接收電路的工作原理，認(rèn)識(shí)了各個(gè)原件的 工作情況。了解了幾種常用的元器件的工作情況和焊接時(shí)的引腳問題以及使用的時(shí)候的注意事項(xiàng)。綜上所述，本次實(shí)驗(yàn)不僅是鍛煉了動(dòng)手操作能力和解決問題的能力，也學(xué)到了相關(guān)的不少知識(shí)和技能，對(duì)本人產(chǎn)生了非常重要的影響。再次誠摯的感謝指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)和幫助。七、參考文獻(xiàn)1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)第五版.北京：高等教育出版社,20062 洪志良.模擬集成電路的分析與設(shè)計(jì)北京：科學(xué)出版社，20053 路 勇.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真.北京：清華大學(xué)出版社，20044 王玉萍, 邵鋒.電工電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告河南:河南科技學(xué)院出版社,20065