四路無線遙控開關(guān)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文四路無線遙控開關(guān)學(xué)生姓名： 譚 剛 學(xué)生學(xué)號： 0902010301 專業(yè)方向： 電子信息工程技術(shù) 指導(dǎo)老師： 王躍進(jìn) 指導(dǎo)單位： 電子與通信系2011年11月 14 日摘 要介紹了一種四路無線遙控開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計方法，并對該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的說明。該系統(tǒng)采用解碼芯片對接收到的信號進(jìn)行解碼，本文針對擁有多種家用電器的現(xiàn)代化家庭，設(shè)計了一套能夠控制多路用電器的無線遙控開關(guān)。本設(shè)計采用315m穩(wěn)頻無線電遙控組件及其他外圍設(shè)備。組裝的遙控開關(guān)，可對4路220v用電器分別開關(guān)，也可將印制板上連接繼電器各轉(zhuǎn)換觸點與220v的條劃斷，僅利用繼電器觸點輸出去開關(guān)或控制其

2、他電路。該無線遙控開關(guān)電路可控制4路開關(guān)，可在中短距離（30米）內(nèi)，無需對準(zhǔn)用電器按一按遙控器按鈕，即可實現(xiàn)多路遙控電源電路接通與斷開的目的，不僅適用于一般家庭，而且也適合于各大賓館、飯店、豪華別墅等場所使用。無線電遙控器是利用無線射頻信號對遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的遙控設(shè)備，關(guān)鍵詞： 繼電器；無線電；遙控引 言 近十幾年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。而無線通信技術(shù)又有著集成化，低功耗，易操作的發(fā)展趨勢。目前，一些只由微控制器和集成射頻芯片構(gòu)成的無線通信模塊不斷推出，這種微功率短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在工業(yè)、民用等領(lǐng)域得到應(yīng)用廣泛。無線射頻技術(shù)作為本世紀(jì)最有發(fā)展前景的信息技

3、術(shù)之一，已經(jīng)得到業(yè)界的高度重視。該技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，可以自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)、操作快捷等許多優(yōu)點。第1 章 設(shè)計任務(wù)分析1.1 設(shè)計要求設(shè)計實現(xiàn)四路無線遙控開關(guān)，對室內(nèi)范圍內(nèi)的受控對象進(jìn)行無線遙控，通信利用無線射頻芯片cd4013實現(xiàn)，工作頻率433mhz，遙控距離10m以上?？梢詫彝ァ⑥k公室、商場、酒店、醫(yī)院、倉庫等場所的燈具照明控制和類似用途電器的控制，也可以實現(xiàn)隔墻遙控，在房間可遙控客廳的燈具等。要求與數(shù)據(jù)：（1）工作頻率315mhz；（2）遙控路數(shù)四路；（3）遙控距離10m以上；（4）受控對象：燈具和家用電器。1.2

4、方案一 （利用紅外遙控開關(guān)電路） 紅外線發(fā)射/接收控制電路均采用單片機(jī)來實現(xiàn)，輸出控制方式可選擇實用性強(qiáng)。方案結(jié)構(gòu)圖： 紅外發(fā)射部分 單片機(jī)遙控按鈕紅外發(fā)射 圖1-1當(dāng)按下遙控按鈕時單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出。 紅外接收部分紅外接收單片機(jī)受控電器控制方式選擇開關(guān) 圖1-2當(dāng)紅外接收器收到控制脈沖后，由控制方式選擇開關(guān)是“互鎖”還是單路控制，在由單片機(jī)處理后對相應(yīng)的受控電器產(chǎn)生控制。1.3 方法二：（利用無線電遙控） 發(fā)射機(jī) 發(fā)射電路編碼電路高頻電路調(diào)制器 s1 s2 s3 sn 圖1-3接收機(jī)譯碼電路執(zhí)行電路與執(zhí)行機(jī)構(gòu) 接收電路 解調(diào)器高頻部分 1 2 3 n 接收機(jī) 執(zhí)

5、行機(jī)構(gòu) 圖1-4是利用無線電信號對遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的技術(shù)。這些信號被遠(yuǎn)方的接收設(shè)備接收后，可以指令或驅(qū)動其它各種相應(yīng)的機(jī)械，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機(jī)，之后，再由這些機(jī)械進(jìn)行需要的操作。 1.4無線電遙控與紅外遙控的對比無線電遙控器（rf remote control）是利用無線電信號對遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的遙控設(shè)備。常見的無線電發(fā)射接收模塊常用的無線電遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分一般分為兩種類型，即遙控器與發(fā)射模塊，遙控器和遙控模塊是對于使用方式來說的，遙控器可以當(dāng)一個整機(jī)來獨立使用，對外引出線有接線樁頭；而遙控模塊在電路中當(dāng)一個元件來使用，根據(jù)其引

6、腳定義進(jìn)行應(yīng)用，使用遙控模塊的優(yōu)勢在于可以和應(yīng)用電路天衣無縫的連接、體積小、價格低、。接收部分一般來說也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機(jī)相同，它是設(shè)置一本機(jī)振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號，與接收到的載頻信號混頻后，得到中頻信號，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機(jī)簡單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對較好；超再生式的接收器體積小、價格便宜。紅外遙控器（ir remote control）是利用波長為0.761.5m之間的近紅外線

7、來傳送控制信號的遙控設(shè)備。紅外遙控常用的載波頻率為38khz，這是由發(fā)射端所使用的455khz晶振來決定的。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。接收部分的主要元件為紅外接收二極管，一般有圓形和方形兩種。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏

8、度。紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖1-5 紅外線遙控器 圖1-6 無線電遙控器由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mw左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路，最近幾年大多都采用成品紅外接收頭。紅外遙控和無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，它的特

9、點是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過7米、不受電磁干擾，電視機(jī)遙控器就是紅外遙控器；無線電遙控器是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點是無方向性、可以不“面對面”控制、距離遠(yuǎn)（可達(dá)數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、容易受電磁干擾。在需要遠(yuǎn)距離穿透或者無方向性控制領(lǐng)域，比如工業(yè)控制等等，使用無線電遙控器較易解決，基于本課題的設(shè)計要求，所以選擇無線電遙控。第2章 無線電遙控技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用2.1 無線電遙控技術(shù)的發(fā)展無線電遙控技術(shù)發(fā)展只有幾十年的歷史：本世紀(jì)20年代才剛剛出現(xiàn)無線電遙控的雛形。那時，人們試圖將遙控技術(shù)應(yīng)用于無人駕駛飛機(jī)和艦船上，但由于技術(shù)不夠完善而未能成功。二次世界大戰(zhàn)以后，無線電遙控技術(shù)

10、發(fā)展迅速，并逐漸在軍事、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)技術(shù)等方面得到廣泛的應(yīng)用。到現(xiàn)今，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使得遙控技術(shù)有了日新月異的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機(jī)，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領(lǐng)域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波是由發(fā)射點向四面八方傳播，可以穿過阻擋物，而且可以傳播到很遠(yuǎn)的距離，因此它的控制可以在很大區(qū)域和空間內(nèi)實現(xiàn)，成為遙控的主要方式，在國防、軍事、生產(chǎn)、建設(shè)和

11、日常生活中有極廣泛的應(yīng)用。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計出了一種集成芯片無線電遙控多通道開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計方法。研究表明，采用該方法設(shè)計的遙控開關(guān)系統(tǒng)控制方便，適用于含有較多受控電器的場合，可實現(xiàn)多路多功能控制。 圖2-1 傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān) 圖2-2 無線遙控開關(guān)傳統(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)愈來愈滿足不了人們追求完美生活的需求。隨著生活水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，智能型無線遙控技術(shù)取代傳統(tǒng)的手動控制，已成為現(xiàn)代生活的一種時尚。運(yùn)用無線遙控照明開關(guān)，在某一空間的任意位置，任意時刻，都可以隨意調(diào)控電燈及其它電器，讓我們真正感受到高科技帶來的無窮魅力和便捷。無線遙控與紅外遙控、聲控相比較，具有無線遙控覆蓋范圍寬，

12、控制距離遠(yuǎn)，穿透力強(qiáng)等特點，在諸如爆破遙控、工廠生產(chǎn)控制和一些地形地貌險要、操作人員難接近或不能接近的實際場合中，更顯魅力，倍加令人注目。近些年來無線遙控技術(shù)在家庭生活和科學(xué)研究中也占很重要的地位，在汽車、摩托車防盜報警中，在門、窗、庫房控制中，在兒童玩具中，在無線數(shù)據(jù)傳輸，無線定時控制中，無線遙控獲得更加廣泛的應(yīng)用。無線電遙控器是利用無線電信號對遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的遙控設(shè)備。這些信號被遠(yuǎn)方的接收設(shè)備接收后，可以指令或驅(qū)動其它各種相應(yīng)的機(jī)械或者電子設(shè)備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機(jī)，之后再由這些機(jī)械進(jìn)行需要的操作。作為一種性能良好的遙控器種類，在車庫門、電動門、道閘遙控控

13、制，防盜報警器，工業(yè)控制以及無線智能家居領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。無線電遙控常用的載波頻率為315mhz或者433mhz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于10mw、覆蓋范圍小于100m或不超過本單位范圍的，可以不必經(jīng)過“無線電管理委員會”審批而自由使用。我國的開放頻段規(guī)定為315mhz和433mhz，本課題選用433 mhz頻段。2.2 無線電遙控器的應(yīng)用（1）工業(yè)行車：工業(yè)用行車是遙控系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，以德國為例，占遙控系統(tǒng)每年產(chǎn)量的40%左右；特別是冶金、汽車制造、造紙廠、物料倉庫等新增行車幾乎全部配備工業(yè)無線遙控器；（2）汽車吊、隨車吊：通常，大型汽車吊遙

14、控系統(tǒng)還配置了數(shù)據(jù)反饋裝置，反饋裝置可將運(yùn)行參數(shù)（如負(fù)荷、起重臂長、負(fù)荷力矩、油溫，壓力，角度等）顯示在發(fā)射系統(tǒng)顯示屏上，操作人員可根據(jù)顯示數(shù)據(jù)來監(jiān)控吊車；（3）混凝土泵車：混凝土泵車操作時因控制臺距澆注作業(yè)面有幾十米（甚至上百米），傳統(tǒng)的操作方式需數(shù)人配合才能完成，由于效率低，限制了混凝土泵車的性能發(fā)揮；對于長距離、大排量的大型泵車，矛盾更為突出；采用工業(yè)無線遙控器可以最大地發(fā)揮整機(jī)的性能，泵車司機(jī)在工作地點駕車定位后，即可用攜帶遙控系統(tǒng)依次操作泵車的各個動作，如布料桿的左右回轉(zhuǎn)，多級桿的變幅升降等。操作人員可攜帶發(fā)射系統(tǒng)，遠(yuǎn)離泵車控制臺，直接站在軟管噴口附近，控制布料桿的動作和混凝土泵的運(yùn)

15、作；（4）礦山機(jī)械：對于礦井里能見度較低的場合下，可選用配有反饋裝置的工業(yè)無線遙控器控制液壓機(jī)械。即使在能見度較低、環(huán)境惡劣的地方，也可以方便控制重型鑿巖機(jī)架鉆孔作業(yè)。操作員可以選擇最近的地點對位鉆孔，而不必呆在距鉆孔作業(yè)點十米以外的鉆孔機(jī)的操作臺上。無線電控制裝置采用ip65保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)完全適應(yīng)在潮濕和含鹽的環(huán)境中使用。大大增加了操作的安全性、舒適性和準(zhǔn)確性，節(jié)約投資，提高了效率；（5）專用機(jī)械如：煉鋼廠清渣裝載機(jī)，采用工業(yè)無線遙控器對裝載機(jī)進(jìn)行遙控改造，在不改變現(xiàn)有手動操作方式的前提下，百分之百模擬原履帶裝載機(jī)的機(jī)械動力性能和作業(yè)功能，達(dá)到無人駕駛完成清渣作業(yè)的目的。操作員帶著輕巧的發(fā)射機(jī)，自

16、由選擇最佳的視覺位置，遙控的裝載機(jī)在清渣作業(yè)中運(yùn)行自如。遙控裝載機(jī)的成功運(yùn)用消除了以往環(huán)境惡劣，視線不清，高溫落渣帶來的事故隱患，使操作人員從惡劣的環(huán)境中解脫出來，提高了清渣作業(yè)效率、改善冶金工人的工作環(huán)境，降低工人的勞動強(qiáng)度；（6）建筑塔吊：在歐洲、北美超過60%的建筑回轉(zhuǎn)式塔吊采用無線遙控方式控制，不僅在設(shè)備制造時節(jié)省成本（無空中操作臺），安全性和可靠性也得到充分保障，提高了施工效率；（7）其它方面：隨著工業(yè)無線遙控器技術(shù)的發(fā)展，在裝載機(jī)、調(diào)車機(jī)車、液壓機(jī)械和移動車輛港口裝卸船機(jī)等設(shè)備中，工業(yè)無線遙控器都得到了廣泛應(yīng)用，市場前景極為廣闊。 圖2-3 工業(yè)行車 圖2-4 建筑塔吊2.3無線遙

17、控距離的影響因素（1）發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠(yuǎn)，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾； （2）接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動或失控；（3）天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠(yuǎn)，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長、拉直可增加遙控距離； （4）高度：天線越高，遙控距離越遠(yuǎn)，但受客觀條件限制； （5）阻擋：目前使用的無線遙控器使用國家規(guī)定的uhf頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導(dǎo)體對電波的吸收作用，影響更甚。2.4 無線電遙控設(shè)備工作原理無線電遙控設(shè)備由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及執(zhí)

18、行機(jī)構(gòu)三部分組成。發(fā)射機(jī)主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操作器(操作開關(guān)或電位器等)控制，操作者通過操作器，使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這些控制指令具有某些特征的、相互間易于區(qū)分的電信號。除了可以用頻率特征外，還可以用正弦信號的幅度及相位特征、脈沖信號的幅度、寬度及相位特征以及碼組特征等表示各種指令。編碼電路產(chǎn)生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上去，還要將指令信號送到發(fā)射電路使它載在高頻信號（載波）上，才能由發(fā)射天線發(fā)送出去。就如同用火車、飛機(jī)等運(yùn)載工具運(yùn)送貨物一樣，指令信號相當(dāng)于貨物，載波相當(dāng)于運(yùn)載工具。我們把指令信號載到載波上去的過程叫調(diào)制，調(diào)制作用由發(fā)射電

19、路的調(diào)制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生載波，并由調(diào)制器將指令信號調(diào)制在載波上，由天線將已調(diào)制波發(fā)送出去。接收機(jī)由接收電路及譯碼電路組成。接收電路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來的微弱信號經(jīng)接收機(jī)高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。就像火車、飛機(jī)等運(yùn)載工具到站后，把貨物卸下來的情況一樣，解調(diào)器的作用是從載波上“缷”下指令信號。由于卸下來的各種指令信號是混雜在一起的、還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的工作就像把卸下來的貨物鑒別分類，再分別送到使用場地一樣，它對各種指令信號進(jìn)行鑒別，送到相應(yīng)的執(zhí)行放大電路。執(zhí)行放大電路把指令信號放大到具有一定的功率，用驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械

20、動作，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)動、電磁鐵的吸動等，帶動被控的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（例如舵面），從而實現(xiàn)對被控目標(biāo)的控制。第3章電路圖的介紹 3-1 四路無線遙控開關(guān)接收機(jī)原理圖一電路簡介：本套件采用315兆穩(wěn)頻無線電遙控組件及其它外圍元件。組裝的遙控開關(guān)，可對四路220伏用電器分別開關(guān)，也可將印板上連接繼電器各轉(zhuǎn)換觸點與220伏的條劃斷，僅利用繼電器觸點輸出去開關(guān)或控制其它電器。本電路中高頻部分及常見電路不另介紹，僅要說明的是：用數(shù)字電路cd4013雙d觸發(fā)器，將它接成計數(shù)觸發(fā)形式，完成對接收組件輸出的高電平脈沖到ic輸出端的開關(guān)狀態(tài)變化。進(jìn)而經(jīng)9013npn三極管放大，驅(qū)動繼電器完成開關(guān)動作原理圖中r6與c5的中點

21、接到兩只ic4個d觸發(fā)器的清零端，保證電路每次通電初始，繼電器不吸合，用電器不工作。本接收電路中用到2只cd4013（雙d觸發(fā)器），共4個d觸發(fā)器分別組成4個雙穩(wěn)態(tài)電路，手動控制時，按鍵k1、k2、k3、k4每按動一次，就向雙穩(wěn)態(tài)電路送入一個正脈沖，同樣可使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手控電器的開、關(guān)。ic1、ic1（cd4013）的4腳和10腳為清“0”端，外接電阻r5電容c5的作用是為了保證接收電路每次接通電源時雙穩(wěn)態(tài)電路處于清“0”狀態(tài)，繼電器不吸合，確保安全。 電源變壓器、橋式整流及濾波電容組成降壓整流濾波電路，為繼電器驅(qū)動電路等提供直流電源。該電源經(jīng)電阻限流降壓后又經(jīng)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后即可獲得

22、4.7v的直流電源，為ic1、ic2等提供工作電源。第4章 元器清單介紹4.1 cd4013cd4013由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和q及q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計算器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在d輸入端的邏輯電平傳送到q輸出端。置位和復(fù)位與時鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。真值表功能：cl (note 1) d r s q q 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 x 0 0 q qx x 1 0 0 1 x x 0 1 1 0 x x 1 1 1 1 圖 4-1cd40

23、13真值表 圖4-2 cd4013引腳設(shè)電路初始狀態(tài)均在復(fù)位狀態(tài)，q1、q2端均為低電平。當(dāng)fi信號輸入時，由于輸入端異或門的作用(附表是異或門邏輯功能表)，其輸出還受到觸發(fā)器ic2的q2端的反饋控制(非門f2是增加的一級延遲門，a點波形與q2相同)。在第1個fi時鐘脈沖的上升沿作用下，觸發(fā)器ic1、ic2均翻轉(zhuǎn)。由于q2端的反饋作用使得異或門輸出一個很窄的正脈沖，寬度由兩級d觸發(fā)器和反相門的延時決定。當(dāng)?shù)?個fi脈沖下跳時，異或門輸出又立即上跳，使ic1觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，而ic2觸發(fā)器狀態(tài)不變。這樣在第1個輸入時鐘的半個周期內(nèi)促使ic1觸發(fā)器的時鐘脈沖端cl1有一個完整周期的輸入，但在以后的一

24、個輸入時鐘的作用下，由于ic2觸發(fā)器的q2端為高電平，ic1觸發(fā)器的時鐘輸入跟隨fi信號(反相或同相)。本來ic1觸發(fā)器輸入兩個完整的輸入脈沖便可輸出一個完整周期的脈沖，現(xiàn)在由于異或門及ic2觸發(fā)器q2端的反饋控制作用，在第1個fi脈沖的作用下得到一個周期的脈沖輸出，所以實現(xiàn)了每輸入一個半時鐘脈沖，在ic1觸發(fā)器的q1端取得一個完整周期的輸出。 圖4-3 cd4013邏輯圖 3.2橋式整流電路原理 圖4-4 橋式整流原理圖 橋式整流電路如圖1所示，圖中b為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓e1變成整流電路要求的交流電壓，rl是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管d1d4接成電橋的形式，故有

25、橋式整流電路之稱圖3-5 橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。在e2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管d1流向rl，再由二極管d3流回變壓器，所以d1、d3正向?qū)?，d2、d4反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖1（a）中虛線箭頭表示。在e2的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管d2流向rl，再由二極管d4流回變壓器，所以d1、d3反偏截止，d2、d4正向?qū)?。電流流過rl時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時相同。其電流通路如圖1

26、（b）中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連，使負(fù)載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。圖3-6根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖2。由圖可見，通過負(fù)載rl的電流il以及電壓ul的波形都是單方向的全波脈動波形。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。

27、3.3橋式整流電容濾波原理電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 圖3-7當(dāng)u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uc時，二極管d1和d3管導(dǎo)通，d2和d4管截止，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻rl，另一路對電容c充電。當(dāng)ucu2，導(dǎo)致d1和d3管反向偏置而截止，電容通過負(fù)載電阻rl放電，uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)u2為負(fù)半周幅值變化到恰好大于uc時，d2和d4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，u2再次對c充電，uc上升到u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時d2和d4變?yōu)榻刂?，c對rl放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時d1和d3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。rl、c對充放電的影響 圖3-8

28、電容充電時間常數(shù)為rdc，因為二極管的rd很小，所以充電時間常數(shù)小，充電速度快；rlc為放電時間常數(shù)，因為rl較大，放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時間常數(shù)。電容c愈大，負(fù)載電阻rl愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。3.4電磁繼電器的工作原理和特性 3-9 電磁繼電器原理圖 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加

29、上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。3.5穩(wěn)壓器的工作原理所有的穩(wěn)壓器，都利用了相同的技術(shù)實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。輸出電壓通過連接到誤差放大器（error ampli

30、fier）反相輸入端（inverting input）的分壓電阻（resistive divider）采樣（sampled），誤差放大器的同相輸入端（non-inverting input）連接到一個參考電壓vref。 參考電壓由ic內(nèi)部的帶隙參考源(bandgap reference)產(chǎn)生。 誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此，它提供負(fù)載電流以保證輸出電壓穩(wěn)定：vout = vref(1 + r1 / r2) 78l05系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如下圖所示，這是一個輸出正5v直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。ic采用集成穩(wěn)壓器78l05，c1、c2分別為輸入端和輸出端濾波電容，r1為負(fù)載電阻

31、。當(dāng)輸出電較大時，78l05應(yīng)配上散熱板。 圖3-9 穩(wěn)壓器原理圖下圖為提高輸出電壓的應(yīng)用電路。穩(wěn)壓二極管vd1串接在78l05穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓uo得到一定的提高，輸出電壓uo為78l05穩(wěn)壓器輸出電壓與穩(wěn)壓二極管vc1穩(wěn)壓值之和。vd2是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于vd1穩(wěn)壓值時，vd2導(dǎo)通，將輸出電流旁路，保護(hù)78l05穩(wěn)壓器輸出級不被損壞。 圖3-10下圖為輸出電壓可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的應(yīng)用電路。由于r1、rp電阻網(wǎng)絡(luò)的作用，使得輸出電壓被提高，提高的幅度取決于rp與r1的比值。調(diào)節(jié)電位器rp，即可一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)rp=0時，輸出電壓uo等于78l05穩(wěn)壓器輸

32、出電壓；當(dāng)rp逐步增大時，uo也隨之逐步提高。下圖為擴(kuò)大輸出電流的應(yīng)用電路。vt2為外接擴(kuò)流率管，vt1為推動管，二者為達(dá)林頓連接。r1為偏置電阻。該電路最大輸出電流取決于vt2的參數(shù)。3.6三極管結(jié)構(gòu) (1) npn型三極管結(jié)構(gòu)。圖3-11所示是npn型三極管結(jié)構(gòu)示意圖。三極管由三塊半導(dǎo)體構(gòu)成，對于npn型三極管而言，由兩塊n型和一塊p型半導(dǎo)體組成，p型半導(dǎo)體在中間，兩塊n型半導(dǎo)體在兩側(cè)，這兩塊半導(dǎo)體所引出的電極名稱如圖3-11中所示。npn集電極發(fā)射極集電極與基極之間的pn結(jié)稱為集電結(jié)發(fā)射極與基級之間的pn結(jié)稱為發(fā)射結(jié)基極n型材料和p型材料交界處形成一個pn結(jié)圖3-11 在p型和n型半導(dǎo)體

33、的交界面處形成兩個pn結(jié)，這兩個pn結(jié)與前面介紹的二極管pn結(jié)具有相似的特性。 (2) pnp型三極管結(jié)構(gòu)。圖3-12所示是pnp型三極管結(jié)構(gòu)示意圖。它與npn型三極管基本相似，只是用了兩塊p型半導(dǎo)體、一塊n型半導(dǎo)體，也是形成兩個pn結(jié)，但極性不同。pnp集電極發(fā)射極集電極與基極之間的pn結(jié)稱為集電結(jié)發(fā)射極與基級之間的pn結(jié)稱為發(fā)射結(jié)基極n型材料和p型材料交界處形成一個pn結(jié) 圖3-12ibicie集電極與基極之間的電流關(guān)系ic=ib為三極管電流放大倍數(shù)。集電極是基極的電流的倍，三極管的放大倍數(shù)一般為幾十甚至更大。由此說明只要用很小的基極電流，就可以控制較大的集電極電流npn 圖3-133.6

34、.1三極管工作原理 三極管共有三個電極，各電極的電流分別是：基極電流，用ib表示；集電極電流，用如表示；發(fā)射極電流，用ie表示。各電極電流之間的關(guān)系說明是必須要掌握的知識。無論是npn型還是pnp型三極管，三個電極電流之間關(guān)系相同。 圖3-13和圖3-14所示是三極管各電極電流之間的關(guān)系。ibicie三個電極之間的電流關(guān)系ie=ic+ ib三個電極中，ie電流最大，ic其次，ib最小。ie和ic相差不大，但比ib大的多，因為一般為幾十甚至更大pnp 圖3-14 三極管具有電流放大作用，它是一個電流控制器件。所謂電流控制器件，是指它用很小的基極電流ib來控制比較大的集電極電流ic和發(fā)射極電流ie

35、,沒有ib,就沒有ic和ie。 在ic=ib中，為幾十甚至更大，只要有一個很小的輸入信號電流ib，就有一個很大的輸出信號電流ic出現(xiàn)。由此可見，三極管能夠?qū)斎腚娏鬟M(jìn)行放大。在各種放大器電路中，就是用三極管的這一特性來放大信號的。 在三極管電路中，三極管的輸出電流ic或ie是由直流電源提供的；基極電流ib則是一部分由所要放大的信號源電路提供，另一部分也是由直流電源提供的。 如果三極管沒有電流ib，三極管就處于截止?fàn)顟B(tài)，直流電源就不會為三極管提供ic和ie(ic和ie都是由直流電源提供的，除了ie中很小的ib，因為它是基極輸入電流)。 基極電流ib由兩部分組成：直流電源提供的靜態(tài)偏置電流和由信號

36、源提供的信號電流。 由上述分析可知，三極管能將直流電源的電流按照輸入電流ib的要求（變化規(guī)律）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流ic和ie。從這個角度上講，三極管是一個電流轉(zhuǎn)換器件。3.7電路的設(shè)計 pcb板圖（1） pcb 的布局設(shè)計在對 cd4013 的 pcb 進(jìn)行設(shè)計時，首先要考慮元件擺放布局問題.要使射頻電路的輸入端遠(yuǎn)離輸出端，將強(qiáng)電信號和弱電信號分開，將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開，完成同一功能的電路應(yīng)盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號環(huán)路面積，各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)要就近連接，這樣不僅可以減小輻射，還可以減少被干擾的幾率，提高電路的抗干擾能力。（2）pcb 板的布線設(shè)計在基本完成元器件的布局后

37、，就要開始布線了。所有走線應(yīng)遠(yuǎn)離pcb 板的邊框（2mm左右），以免pcb板制作時造成斷線或有斷線的隱患。電源線和地線要盡可能寬，這樣可以減少環(huán)路電阻，在板中電源線 50mil，地線50mil，普通線40mil；同時，電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢拢蕴岣呖垢蓴_能力；所布信號線應(yīng)盡可能短，各元器件間的連線越短越好，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾；對于不相容的信號線應(yīng)盡量相互遠(yuǎn)離，而且盡量避免平行走線，在正反兩面的信號線應(yīng)相互垂直；布線時在需要拐角的地方應(yīng)以 135角為宜，避免拐直角；焊接天線的 pcb部分不要有地線，布線時與焊盤直接相連的線條不宜太寬，走線應(yīng)盡量離開不相連的元器件；過

38、孔不宜太大且大小要一致，在板中過孔外徑大小為 2.5mm，內(nèi)徑為 0.816mm，過孔不宜在元器件上，且應(yīng)盡量遠(yuǎn)離不相連的元器件，以免在生產(chǎn)中出現(xiàn)虛焊、連焊、短路等現(xiàn)象。（3）電源電路的設(shè)計電源是各種電子設(shè)備不可缺少的組成部分，而便攜式電子產(chǎn)品多采用電池供電，為了使電路性能穩(wěn)定，往往還需要穩(wěn)定電源，尤其是像本文設(shè)計的無線遙控開關(guān)包含射頻電路時，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到無線遙控開關(guān)的技術(shù)參數(shù)及能否安全可靠地工作。目前電源的種類繁多，不同的電源都有特定的使用場合。在無線遙控開關(guān)的電源設(shè)計中，主要考慮使用線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源，并根據(jù)這兩種電源的特點設(shè)計了適合無線遙控開關(guān)的電源。線性穩(wěn)壓電源因其內(nèi)部調(diào)

39、整管工作在線性范圍而得名。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是外圍元件少、輸出噪聲小、靜態(tài)電流小，價格也便宜。其最主要缺點是由于輸入電壓與輸出電壓之間的電壓差（一般稱為壓差）大，造成調(diào)整管上的損耗大，轉(zhuǎn)換效率較低。開關(guān)電源是由于器件中有一個工作在開關(guān)狀態(tài)的晶體管（一般是mosfet），開關(guān)管工作于飽和導(dǎo)通及截止兩種狀態(tài)，所以開關(guān)管的管耗小并且與輸入電壓大小無關(guān)，效率較高（一般可達(dá) 80%95%）。開關(guān)電源主要指dc-dc 變換器，主要包括升壓式（voutvin）、降壓式（voutvin）三種類型。無線遙控開關(guān)需要使用電池供電，電源輸出電壓需要 3.3v，輸出電流需要達(dá)到100ma 以上，輸出電壓噪聲要小以保證

40、射頻電路穩(wěn)定工作。然后是電容和二極管的選擇，選擇濾波電容的主要依據(jù)是系統(tǒng)對電源紋波的要求，濾波電容的等效串電阻（esr）是造成輸出紋波的主要因素，而且也會影響到轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)選用低 esr 的電容。陶瓷電容和鉭電解電容具有較低的 esr，也可選用低 esr的鋁電解電容，但應(yīng)盡量避免標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容。容量一般在 10100f，對于較重的負(fù)載應(yīng)選取大一點的電容。較大容量的濾波電容有利于改善輸出紋波和瞬態(tài)響應(yīng)。二極管的作用是當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)閉時，為電感電流提供一條直流通路，故該二極管有時稱續(xù)流二極管。續(xù)流二極管要求具有快的反應(yīng)恢復(fù)時間和低的正向壓降，因為反應(yīng)恢復(fù)時間的存在會引起噪聲，增加二極管本身和功率開

41、關(guān)的功耗。二極管正向壓降的大小直接影響二極管上的損耗的大小。經(jīng)過以上對電源輸出電壓的濾波處理后，電源輸出端的尖脈沖得到了很好的處理，將電源輸出端連接到芯片引腳供電端時再加上去耦和旁路電容，會得到更加平穩(wěn)的電源。第五章 硬件電路的焊接與調(diào)試5.1電路的焊接對于整個無線遙控開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)來說，系統(tǒng)的調(diào)試和性能測試是非常關(guān)鍵的，它關(guān)系著整個系統(tǒng)能否正常工作。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件兩個方面，調(diào)試過程是反復(fù)進(jìn)行的，在調(diào)試過程中會遇到各種問題，根據(jù)這些問題需要對系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計進(jìn)行修改，這樣邊調(diào)試邊修改最終達(dá)到預(yù)期的效果。無線遙控開關(guān)的硬件調(diào)試過程總體可以分為 3 個步驟： （1）在焊接器件之前，先

42、用萬用表等工具，根據(jù)硬件設(shè)計圖仔細(xì)檢查線路的正確性，元件安裝是否符合要求。特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯誤。 （2）器件焊接之后，重新檢查硬件連接情況，檢查是否存在錯焊、虛焊等情況，否則上電后出現(xiàn)短路情況將芯片燒壞。 （3）在硬件沒有問題的前提下就可以進(jìn)行程序的調(diào)試了，調(diào)試時先部分調(diào)試再整體調(diào)試，直到程序正常運(yùn)行。在焊接時特別要注意cd4013芯片的焊接，用烙鐵焊接時要注意對烙鐵的溫度和焊接時間的控制，否則會出現(xiàn) cd4013芯片損毀的情況。cd4013芯片的引腳間距非常小，這給焊接時帶來極大困難，極易造成虛焊現(xiàn)象，焊接后要對每個引腳仔細(xì)檢查。5.2安裝制作 1、清理元器件，

43、重點辯別認(rèn)清電阻器阻值及相應(yīng)代號，對電阻、電容、發(fā)光二極管、三極管、電源變壓器等要用萬用表一一檢測。 2、安裝時，電阻器、整流二極管采用臥式插裝，并近貼電路板；瓷介電容器、電解電容器、三極管等采用立式插裝，也要近貼電路板。發(fā)光二極管安裝時可不講極性，因為其供電電路為交流電源，其余有極性元件：如電解電容器、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、三極管、集成電路等必須按正確的極性插裝，否則電路不會正常工作。3、電源變壓器的初、次極必須分清接正確，初極（220v）線圈的直流電阻為幾百歐左右，而次極（13v）線圈的直流電阻是幾十歐。 4、220v的接線柱的兩腳彎90度后在覆銅面焊接固定。銅插件最好先上錫，再焊在電路

44、板上固定而成。 5、紅外線發(fā)射管和接收頭h焊接時注意極性，焊接時間不宜過長。 6、電路板上有4根跳線，需用鐵線搭接。7、焊完元器件后，在覆銅面剪掉多余元器件的引線,工具最好用斜口鉗，可防止因剪線而使覆銅皮損壞。 8、應(yīng)從外殼上區(qū)分1n4148的普通二極管和4。7v的穩(wěn)壓二極管，外殼上標(biāo)有“4。7v”的是穩(wěn)壓二極管，表有“1n4148”的是普通二極管。5.3調(diào)試 1、焊接完后，請認(rèn)真對照電路原理圖、安裝圖檢查電路板上有無漏焊、錯焊、短路、斷路等錯誤現(xiàn)象，確認(rèn)無誤后才能通電。2、通電后，4個發(fā)光二極管都應(yīng)點亮，分別用手控方式按動k1、k2、k3、k4，應(yīng)能聽到繼電器j1、j2、j3、j4的吸合聲和

45、釋放聲。如果都沒有，則應(yīng)檢查電源供電電路中的vd1vd4及穩(wěn)壓管等元器件有無錯焊；如果有某一路或幾路沒有反應(yīng)，則應(yīng)檢查相應(yīng)的繼電器驅(qū)動控制電路及相應(yīng)的雙穩(wěn)態(tài)電路有無輸入和輸出。第六章 結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計課題的研究中,我大有收獲。首先在選擇畢業(yè)設(shè)計課題時，我本著鞏固所學(xué)理論知識，加強(qiáng)實際動手能力，增加對現(xiàn)代科技特別是通信方面的了解，圓滿完成大學(xué)本科學(xué)業(yè)的想法，選了多路無線遙控開關(guān)的設(shè)計這一實際而又有挑戰(zhàn)性的課題。經(jīng)過三年學(xué)習(xí)的積累，在已經(jīng)掌握相關(guān)專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下，我認(rèn)真嚴(yán)肅的完成了我的畢業(yè)設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計歷時至少3個月，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來的調(diào)試和測試過程，這一切都使我的理論知識和動手能力得到很大的加強(qiáng)，可