紅外遙控開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、-作者xxxx-日期xxxx紅外遙控開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)【精品文檔】電子電路實驗3綜合設(shè)計總結(jié)報告題目：紅外遙控開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn) 班級：學(xué)號：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、DVD、加濕器等都用紅外遙控器進行控制，使用起來不夠方便，而且浪費資源。本實驗江設(shè)計一套通用新的紅外遙控裝置來對家電進行控制。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單。通過遙控器里紅外發(fā)射管把控制信號轉(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)時采用的調(diào)制方式即把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進行與操作，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)計成處于休眠狀態(tài)。黨有案件按下時才工作，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)射波形強度越大。接收：紅外接收電路通常被廠家集成

3、在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。二、設(shè)計任務(wù)2.1 設(shè)計選題選題三 紅外遙控開關(guān)的設(shè)計實現(xiàn)2.2 設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計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，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)計與論證 方案一：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

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、40KHZ的載波形成皆用與非門加外部元件實現(xiàn)，具有較高的穩(wěn)定性，這部分電路用到了一個與非門集成電路。（2）接收器電路又有幾部分組成。使用了LM567集成塊實現(xiàn)鎖相環(huán)加密功能，用雙穩(wěn)態(tài)電路對繼電器進行控制，利用繼電器的開關(guān)對負(fù)載實現(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放大方案二： 用單片機制作一個紅外電器遙控器，可以分別控制5個電器的電源開關(guān)。 紅外發(fā)射部分：單片機按鍵控制紅外發(fā)射當(dāng)按下遙控按鈕時，單片機產(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：單片機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)單片機處理由顯示設(shè)備顯示出當(dāng)前受控電器的序號。 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控制，功能單一，但是技術(shù)難度低，實際操作更簡單，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來實現(xiàn)，電路簡單，但是對于單片機相關(guān)水平要求高，且設(shè)備元件成本高。故選擇方案一來實現(xiàn)設(shè)計目的。四、電路單元參數(shù)的選定和設(shè)計實現(xiàn) 接收電路的設(shè)計紅外發(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，1KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生1KHZ的指令信號，該信號經(jīng)40KHZ載波振蕩器調(diào)制后,通過V1驅(qū)動VL發(fā)射出紅外光信號。當(dāng)按下紅外發(fā)射電路中的控制按鈕S2時，3KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生3KHZ的指令信號，該信號經(jīng)40KHZ載波振蕩器

7、調(diào)制后,通過V1驅(qū)動VL發(fā)射出紅外光信號                本實驗中，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，將D1的兩個輸入分配到1、2管腳，輸出為3管腳；D2的兩個輸入為5、6管腳，輸出為4管腳；D3的兩個輸入為8、9管腳，輸出為10管腳；D4的兩個輸入為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，1KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生1KHZ的指令信號，該信號經(jīng)40KHZ載波振蕩器調(diào)制后,通過V1驅(qū)動VL發(fā)射出紅外光

9、信號。紅外接收頭IC2接收到VL發(fā)射出的紅外指令信號并對其進行放大和解調(diào)處理，解調(diào)后的指令信號經(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，3KHZ音頻振蕩器振蕩工作，產(chǎn)生3KHZ的指令信號，該信號經(jīng)40KHZ載波振蕩器調(diào)制后,通過V1驅(qū)動VL發(fā)射出紅外光信號。IC2將接收到的紅外光信號進行放大和解調(diào)處理后，得到解調(diào)后的指令信號，該信號經(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)載運行工作。再次按動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)試時按S1調(diào)RP1使K1動作，按S2調(diào)RP2使K2動作。 在本次實驗中，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的管腳對應(yīng)電路圖中的A1，F(xiàn)/F2對應(yīng)A2。 4.3 鎖相環(huán)電路LM567是一個鎖相環(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25mV。腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個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)的信號時，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；如果在器件的腳輸入音頻信號，則在腳輸出受腳輸入調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)頻方波信號。 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。與電路中一一對應(yīng)焊接即可。一體化紅外接收接收部本次實驗選用了SFH506-38實現(xiàn)。經(jīng)實驗測得其3個管腳以此為：受光面向外，管腳從左到右依次為out，Vss，Vcc。由于本次實驗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)測試過程5.1 測試儀器 （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中的兩個波形，正常工作狀態(tài)時是1.KHz和3kHz的方波信號。在此次實驗中，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：由于時間問題等，本次實驗不成功，電路其它問題沒有解決，故只附上檢測無誤的電路部分檢測波形圖）六、實驗注意事項及主要可

14、能故障分析本次實驗中未能完成全部任務(wù)，所做作品仍有不少問題存在，由于時間的問題沒能解決。實驗過程中也出現(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。但是仍有另一個問題就是CD4011芯片輸出的波形不是經(jīng)過調(diào)制的波形，個人認(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候，使得附近使用細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。在使用遙控器檢測之后，顯示接收裝置安裝完好，音頻鎖相環(huán)電路也檢測完好之后，仍然最終安裝上繼電器無法實現(xiàn)設(shè)計目的，個人經(jīng)過反復(fù)排查電路，檢測電阻電壓確認(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出現(xiàn)發(fā)熱略微嚴(yán)重的情況。由于時間限制，未能在規(guī)定的時間內(nèi)完成設(shè)計任務(wù)，沒能排查并解決所有問題導(dǎo)致本次實驗并不成功。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)計好焊接元件的排布，然后再進行焊接，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)射電路無法達到正常頻率時檢測是否是元件問題，并進行相應(yīng)的調(diào)整等。同時也了解并認(rèn)識了紅外發(fā)射電路與接收電路的工作原理，認(rèn)識了各個原件的 工作情況。了解了幾種常用的元器件的工作情況和焊接時的引腳問題以及使用的時候的注意事項。綜上所述，本次實驗不僅是鍛煉了動手操作能力和解決問題的能力，也學(xué)到了相關(guān)的不少知識和技能，對本人產(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)計北京：科學(xué)出版社，20053 路 勇.電子電路實驗及仿真.北京：清華大學(xué)出版社，20044 王玉萍, 邵鋒.電工電子實驗報告河南:河南科技學(xué)院出版社,20065