簡易紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、簡易紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 電子工程學(xué)院1、 需求分析 紅外線遙控實(shí)際上就是紅外通信應(yīng)用。 紅外通信由來已久,進(jìn)入90年代,這一通信技術(shù)又有新的發(fā)展,應(yīng)用范圍更加廣泛。1995年，一個(gè)由部件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、外圍設(shè)備和電信廠商組成的大型集團(tuán)紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)就紅外通信的一套標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會開發(fā)的這種新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)還得到PC機(jī)產(chǎn)業(yè)的有力支持。主要的開發(fā)廠商，如微軟、蘋果、東芝和惠普公司，已推出了在計(jì)算機(jī)之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的PC機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和手持式個(gè)人數(shù)字助理(PDA)設(shè)備。 此外，紅外通信的連通性已用在大多數(shù)新的筆記本計(jì)算機(jī)中，并成為一種最具成本效益和便于使用的

2、無線通信技術(shù)而問鼎市場。本次課程設(shè)計(jì)所制作的簡易紅外遙感系統(tǒng)，是上述實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的模型，它包括紅外遙控的發(fā)射和接收，在系統(tǒng)本身的基礎(chǔ)上，如果加上軟件控制的可編程芯片，使其功能多樣化，應(yīng)用前景會更加廣泛。2、 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作紅外遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。設(shè)計(jì)要求：（1）遙控對象：8個(gè)，被控對象用LED代替，LED發(fā)光表示工作。（2）接收機(jī)發(fā)送距離不小于2米。（3）8路設(shè)備中的一路為LED燈，用指令遙控LED燈亮度，亮度分為8級并用數(shù)碼管顯示級數(shù)。（4）在一定功率下，盡量增大接收距離。（5） 增加信道抗干擾措施。（6）盡量降低電源功耗。3、 系統(tǒng)模塊劃分整個(gè)紅外遙控系統(tǒng)分為發(fā)送模塊和接收模塊。其中發(fā)

3、送模塊分為信號產(chǎn)生、編碼、調(diào)制、功放、發(fā)送部分；接收模塊分為放大濾波、解調(diào)、譯碼、LED和數(shù)碼管顯示部分。1、 紅外遙控發(fā)射機(jī)發(fā)射功放調(diào)制編碼控制鍵2、 外供直流穩(wěn)壓電源 被控設(shè)備2、紅外接收機(jī) 解碼解調(diào)放大接收外供直流穩(wěn)壓電源 五、各模塊詳細(xì)電路（1） 發(fā)送部分：發(fā)送模塊中信號的產(chǎn)生由8個(gè)按動開關(guān)產(chǎn)生，斷開為高電平、閉合為低電平，8個(gè)高低電平信號并行輸入優(yōu)先編碼器74LS147。、74LS148編碼后，輸入MC145026，編碼芯片MC145026可對9位輸入信息（地址位A1A5，數(shù)據(jù)位D6D9）進(jìn)行編碼，編碼后每個(gè)數(shù)據(jù)位用兩個(gè)脈沖表示：“1”編碼為兩個(gè)寬脈沖；“0”編碼為兩個(gè)窄脈沖；“開路

4、”編碼為一寬脈沖和一窄脈沖交叉。當(dāng)TE端輸入脈沖上升沿時(shí)，編碼后的數(shù)據(jù)流開始由D0串行輸出。對于每9位數(shù)據(jù)信息，能看作是個(gè)數(shù)據(jù)字，為了提高通信的安全性，編解碼芯片對每個(gè)數(shù)據(jù)字發(fā)送兩次，接收兩次。數(shù)據(jù)從D0輸出進(jìn)入調(diào)制模塊的4腳輸入端，此部分是調(diào)制部分，對輸入的信號加載波后經(jīng)由無線信道發(fā)送出去。調(diào)制的頻率可以由管腳的電阻電容確定。此部分的工作頻率比上一部分要大得多，使得最后解調(diào)后的信號可以被濾波器濾出。在按動開關(guān)輸入74LS148的同時(shí)，還有一個(gè)開關(guān)接在MC145026上，它的作用是選擇后面接收電路的功能。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，選擇功能一，即開關(guān)控制8個(gè)LED燈的亮暗。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，選擇功能二，即按動開

5、關(guān)控制一個(gè)LED的亮度并將級數(shù)用7段數(shù)碼管顯示出來。原設(shè)計(jì)電路： 、改進(jìn)部分：第九個(gè)開關(guān)的電阻位置畫錯(cuò)改為和之前8個(gè)開關(guān)一樣。74LS148改為74LS147，管腳接法按照74LS147真值表連接。（2） 接收部分接收部分的主要模塊主要由CX20106起始，這個(gè)部分是整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵，CX20106的結(jié)構(gòu)圖如下： 整個(gè)芯片包括了接收信號的完整功能，從接收前的放大，到濾波，到整形輸出，保證最后得出的結(jié)果是正確的，波形是正常的。1腳：信號輸入端。在具體搭建電路的時(shí)候，該管腳曾經(jīng)想過增加三極管的放大，最后沒有采用因?yàn)樾盘柕姆糯髮τ诰嚯x的增加沒有影響。2腳：接入的電容電阻為負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一

6、部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測定，電阻值越接近4.7歐姆，紅外接收距離越大。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，具體搭建電路后，調(diào)試得C=1.0uf。4腳：接地端。5腳：與電源之間接入電阻，改變數(shù)值可以改變帶通濾波器的中心頻率。經(jīng)過查資料以及實(shí)地測量，發(fā)現(xiàn)在210.5k歐姆時(shí)，紅外距離接受最好，也就是說，此時(shí)CX20106的匹配頻率最接近。6腳：該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙控命令輸出端。8腳：接電源。總體來說，CX20106的作用就是帶寬濾波，同時(shí)反相進(jìn)行整波，然后將濾波后的信號送給后邊的MC145

7、027，進(jìn)行后續(xù)工作。原設(shè)計(jì)電路：改進(jìn)部分：4.7歐姆電阻由5歐姆和30歐姆電阻并聯(lián)而成。3腳接電容改為3.3uf5腳電阻改為210.5om 7腳接上拉電阻22k（3） 接收功能1部分此部分電路由MC145027起始，它的作用是將經(jīng)過CX20106的信號解碼，并將串行信號轉(zhuǎn)換成并行信號輸出到后面的譯碼芯片CD4514.CD4514根據(jù)輸入的信號，譯碼成8個(gè)不同的高低電平信號。此信號提供LED燈的發(fā)光電壓，使其發(fā)光。原設(shè)計(jì)電路:（4） 接收功能2部分此部分和功能1相同，由MC145027解碼，解碼后該信號分成兩部分，一部分經(jīng)由譯碼芯片CD4514譯碼，驅(qū)動后面帶有8個(gè)電阻的LED燈，信號的不同，

8、譯碼不同，連入電路的電阻不同，LED燈的亮度就不同，實(shí)現(xiàn)改變亮度的目的。另外一部分輸送到數(shù)碼管驅(qū)動芯片MC14513，該芯片可以將解碼后的信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的數(shù)碼管顯示信號，使得數(shù)碼管顯示出解碼后的信號，即LED燈亮度的級數(shù)。原設(shè)計(jì)電路： 改進(jìn)部分：原定串聯(lián)電阻的阻值為100歐姆，經(jīng)測試亮度變化不明顯，后改用1k歐姆的電阻，亮度變化適中。根據(jù)真值表的輸入數(shù)據(jù)，MC14513芯片之前增加了一片4069芯片，起到反向作用。MC14513的輸入由3輸入改為4輸入，原因是數(shù)碼管顯示的狀態(tài)需要四條輸入才能完成。在連接數(shù)碼管時(shí)，增加了保護(hù)電阻，選擇620歐姆，此時(shí)既起到保護(hù)作用，數(shù)碼管亮度也適中。六、監(jiān)測數(shù)據(jù)

9、與波形：未撥動開關(guān)時(shí)：波動第六個(gè)開關(guān)后：從圖上可以看出，在用示波器雙蹤顯示時(shí)，輸入輸出都有很好的波形，隨著距離的增大，接收部分波形開始虛化，更遠(yuǎn)的時(shí)候就會出現(xiàn)波形丟失，導(dǎo)致MC145027無法解碼，這也導(dǎo)致了紅外遙控系統(tǒng)接收距離的限制。當(dāng)開關(guān)由初始狀態(tài)撥動到第六個(gè)開關(guān)時(shí)，MC145026的輸入信號發(fā)生明顯變化，隨著而來的是MC145027解碼的變化，兩者波形相同，保證結(jié)果正確無誤。7、 實(shí)驗(yàn)中的問題及解決辦法（1） MC145027不能解碼的問題在搭好接收模塊與發(fā)射模塊后，我先測試了在有線情況下的電路功能是否正常，結(jié)果測試發(fā)現(xiàn)MC145027輸出端沒有信號，而輸入端有信號，起初懷疑是芯片問題，

10、后來換了一個(gè)其他同學(xué)的芯片也同樣不能解決問題，開始懷疑電路連接問題，檢查過后發(fā)現(xiàn)沒有問題，可能是面包板本身出了問題，經(jīng)過換面包板與重新搭電路后，MC145027終于輸出了與MC145026輸入一樣的信號。其他同學(xué)也出現(xiàn)過類似的問題，我在解決他們問題的時(shí)候感覺上就是026與027兩個(gè)芯片電阻電容之間匹配的問題，但是調(diào)試電阻電容也沒有得到預(yù)期的結(jié)果。最后的解決辦法就是換芯片，在連續(xù)換了幾個(gè)芯片之后，問題終于解決了，我認(rèn)為不是芯片本身的問題，而是由于芯片與芯片、電阻與電阻之間即使數(shù)值相同也會有差異，可能就是這點(diǎn)差別導(dǎo)致電路的不能正常工作，所以在以后的測試中要親手測定器件的參數(shù)，以免因?yàn)槠骷旧淼膯栴}

11、導(dǎo)致后續(xù)大量的調(diào)試工作。（2） 數(shù)碼管不能正常顯示的問題數(shù)碼管在連接完好后，不能正常顯示。這個(gè)問題苦惱了我一陣，后來通過對照真值表，發(fā)現(xiàn)用了別的型號的真值表。（3）核心問題：距離問題我們期望的紅外收發(fā)距離是2m左右，我開始設(shè)想的是搭好電路調(diào)試正常怎么也得有個(gè)1m左右吧?？墒鞘聦?shí)再次打擊了我，我連接好了，總算調(diào)試的有了收發(fā)信號，可是測試的結(jié)果卻是距離只有1cm！甚至有的時(shí)候碰在一起都不行！具體改進(jìn)方法如下：將CX20106第5腳的電阻改為210.5歐姆，這樣帶通濾波器的中心頻率和38k最接近，接收信號的效果最好。發(fā)送端上拉電阻由100歐姆改為30歐姆，增大發(fā)送端的電流，但經(jīng)測試這樣發(fā)送端電流也只

12、有70mA，距離理想的100多mA還是有些距離，再減小上拉電阻，就沒有了接收信號，沒有想清楚問什么。最后采用30歐姆的上拉電阻。CX20106 第2腳RC負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的電阻，最開始使用的是兩個(gè)10歐姆并聯(lián)經(jīng)測試為5.4歐姆。后來改為5歐姆和30歐姆并聯(lián)測試為4.7歐姆，這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)能讓收發(fā)距離最遠(yuǎn)的所以采用這個(gè)數(shù)據(jù)。CX20106第6腳電容由330pf改為300pf也可以增大一些距離。對于這個(gè)距離問題我還有些疑問，比如為什么用三極管放大對距離沒有明顯的影響，還有為什么用了兩級放大和單級放大相比，電流沒有明顯的變化還是70mA左右等。希望這些問題在我以后的學(xué)習(xí)生活中可以解決。8、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得體會

13、本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，因?yàn)橐骖橤RE考試復(fù)習(xí)，所以每天都很忙碌，奔波在教室和實(shí)驗(yàn)室之間，但每天也都有收獲。從設(shè)計(jì)開始到最后實(shí)際電路驗(yàn)收完成，我都在慢慢的進(jìn)步著。之前的所有電路實(shí)驗(yàn)都是在已經(jīng)給了電路圖的基礎(chǔ)之上我們僅僅是按圖索驥，一步步搭建電路就ok了，但這次課程設(shè)計(jì)從頭開始讓我們自己設(shè)計(jì)電路，這就對我們提出了較高的要求，不僅僅要能夠連對電路，還要對電路的每個(gè)模塊，每個(gè)芯片都一定的了解，這樣才會在我們完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中做到心中有數(shù)、游刃有余。之前兩天的設(shè)計(jì)電路，對我的影響特別大，可以說那是我第一次沉下心來，認(rèn)認(rèn)真真研究設(shè)計(jì)一個(gè)電路。從原理上弄懂它，到真正實(shí)際搭建它，每一步我都仔細(xì)的在做，想把它當(dāng)成我大學(xué)生活中一次最寶貴的經(jīng)歷。從設(shè)計(jì)到實(shí)際搭建遇到了各種各樣的問題，每一個(gè)我都想盡辦法解決它，最后完成任務(wù)。唯一我感到遺憾的就是整個(gè)系統(tǒng)的距離問題。整整三天，我在努力的解決這個(gè)難題，同學(xué)之間相互交流，網(wǎng)上資料查找，雖然取得了一點(diǎn)點(diǎn)成效，但還是滿足不了要求。我希望以后能夠有機(jī)會知曉到底怎么做才可以增加距離。搭電路不僅僅是搭電路，更是心態(tài)的考量。從實(shí)驗(yàn)中就可以看出，遇到問題不是自己去想怎么解決問題，而是在那唉聲嘆氣，不自己思考問題