電磁學(xué)論文電磁波遙控技術(shù)

1、探索·發(fā)現(xiàn)之電磁波遙控技術(shù)2014 年 12 月摘要：快捷方便的生活是現(xiàn)代社會每個人都追求的， 于是遙控行業(yè)應(yīng)運而生。 紅外 遙控由于其發(fā)射和接收方便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性較高 , 因而早已在家用 電器中得到廣泛應(yīng)用。目前在智能儀器和工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。 我與新生研討課小組找到這個方向，先學(xué)習(xí)紅外遙控知識， “知己知彼，方能百 戰(zhàn)不殆”，了解了相關(guān)的電路理論知識和前人所作的工作，確定了實驗電路圖。 之后又購買了相應(yīng)的零件， 親自動手焊接了電路， 進(jìn)行了紅外遙控的實驗。 本文 主要研究了紅外遙控的原理，介紹了我和小組成員制作遙控?zé)舻木唧w過程。關(guān)鍵字： 紅外遙控、電路焊

2、接、發(fā)射接收1. 引言現(xiàn)代社會是一個追求快捷便利的社會， 紅外遙控?zé)粲兄撞僮鳌?應(yīng)用范圍廣 等特點，于是遙控?zé)粼趶?qiáng)大的市場需求下應(yīng)運而生。我于我們小組在自 2013年 11月份以來的為期半年多的研究時間內(nèi)， 了解了 紅外遙控技術(shù)的有關(guān)原理和相關(guān)技術(shù)， 進(jìn)行了多次實驗操作， 發(fā)現(xiàn)了其中的不足 并提出了相關(guān)的解決措施。 希望能對后續(xù)研究者有所幫助。 本文以我的研究歷程 為主線展開， 介紹了我和其他組員所做的工作和所學(xué)到的相關(guān)知識， 以及最后得 到的結(jié)論與提出的設(shè)想。2. 紅外遙控的理論知識背景2.1 紅外概述從光學(xué)的角度而言，紅外在頻率低于紅色光的不可見光的無線光譜的整個頻率中占有很小一個頻率段

3、，波長為 0.75 100微米之間，其中 0.75 3 微米 之間的紅外光稱為近紅外， 330 微米之間的紅外光稱為中紅外， 30100 微米 之間的稱為遠(yuǎn)紅外。紅外光就其性質(zhì)而言很簡單，與普通光線的頻率特性沒有 很大的區(qū)別，但是，由于任何有熱量的物體均有能量產(chǎn)生，所以紅外的利用非 常廣泛，而且不可取代，能否檢測紅外、能測到多少紅外或者紅外檢測的技術(shù) 是否可以應(yīng)用于任何自然的或想象的場合是紅外應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。當(dāng)今紅外技術(shù)的一個重要分支是紅外通信技術(shù)的應(yīng)用，這個應(yīng)用的發(fā)展非 常迅速，尤其是紅外通信應(yīng)用于計算機(jī)設(shè)備中，近幾年的發(fā)展已經(jīng)表現(xiàn)出其非 常成熟的特性。2.2 紅外遙控技術(shù)的原理基礎(chǔ)紅外遙控

4、的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波； 紅 外接收電路由紅外接收二極管、 三極管或硅光電池組成， 它們將紅外發(fā)射器發(fā)射 的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。發(fā)射機(jī)一般由指令鍵 （或操作桿 ） 、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā) 射電路等幾部分組成。 當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時， 指令編碼電路產(chǎn)生所需的 指令編碼信號， 指令編碼信號對載波進(jìn)行調(diào)制， 再由驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大后由 發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制的指令編碼信號。執(zhí)行電路接收下來， 并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路， 解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出 來，即還原為編碼信號。 指令譯碼器將編碼指令信號進(jìn)行譯碼， 最后由驅(qū)

5、動電路 來驅(qū)動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制（機(jī)構(gòu)） 。2.3 選擇紅外遙控的原因無線遙控方式可分為無線電波式、 聲控式、 超聲波式和紅外線式。 由于無線 電式容易對其它電視機(jī)和無線電通訊設(shè)備造成干擾， 而且，系統(tǒng)本身的抗干擾性 能也很差，誤動作多，所以未能大量使用。超聲波式頻帶較窄，易受噪聲干擾， 系統(tǒng)抗干擾能力差以及聲控式識別正確率低， 難度大而未能大量采用。 紅外遙控 方式是以紅外線作為載體來傳送控制信息的， 同時隨著電子技術(shù)的發(fā)展， 單片機(jī) 的出現(xiàn)，催生了數(shù)字編碼方式的紅外遙控系統(tǒng)的快速發(fā)展。 另外，紅外遙控具有 很多的優(yōu)點， 例如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管， 遙控發(fā)射器易于小型

6、化 且價格低廉；采用數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式， 不僅可以實現(xiàn)多路信息的控制， 增加遙控功能，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動作，而且功率消耗低；紅外 線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號串?dāng)_；反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可 靠等。所以現(xiàn)在很多無線遙控方式都采用紅外遙控方式。 42.4 紅外線遙控的應(yīng)用范圍 紅外光波的特點和特性決定了紅外線遙控有廣泛的應(yīng)用范圍。 由于紅外線為 不可見光 , 因此對環(huán)境影響很小。再由紅外光波的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長,所以紅外線遙控不會影響其它家用電器 , 也不會影響鄰近的無線電設(shè)備。另外， 波長小于 1. 5 m 的近紅外光 ,在透明大氣中的傳輸特性要比可見光好

7、得多 ,而 且由于它靠近可見光的紅光邊緣 , 其直線傳播、反射、折射和被物質(zhì)吸收等物理 特性與可見光非常相似。 因此, 它可以使用與可見光類似的聚焦透鏡等光學(xué)裝置。 由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控制對象的能力 , 所以, 在設(shè)計家用電器的紅外線遙控器時 ,不必要像無線電遙控那樣 ,每一套（發(fā) 射器和接收器 ）要有不同的遙控頻率或編碼 （否則, 就會隔墻控制或干擾鄰居的家 用電器）, 所有同類產(chǎn)品的紅外線遙控器 , 可以有相同的遙控頻率或編碼 ,而不會 出現(xiàn)遙控信號串門的情況。 這對于大批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控 提供了極大的方便。紅外線為不可見光線 , 具

8、有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性 , 因此,在 防盜、警戒等安全保衛(wèi)裝置中也得到了廣泛地應(yīng)用。3. 紅外遙控?zé)舻脑O(shè)計3.1 紅外遙控?zé)舻脑懋?dāng)發(fā)射機(jī)上有按鍵按下時， 發(fā)射機(jī)會對按鍵信號編碼， 調(diào)制，然后通過無線 電波發(fā)射出去； 接收機(jī)用來接收發(fā)射機(jī)上發(fā)出的無線電信號， 通過解碼， 得到控 制信息，使相應(yīng)的引腳發(fā)生變化，致使繼電器動作（繼電器相當(dāng)于電開關(guān)，用來 控制后面的 220v 交流回路），燈泡所在的電路構(gòu)成回路，從而發(fā)光 。本次制作的紅外遙控?zé)簦?可使用電視機(jī)、 影碟機(jī)、 錄像機(jī)等家電的遙控器控 制其開與關(guān)，而不需專用配套的遙控器。元器件選擇 R1R5選用 14W 碳膜電阻器或金屬膜電阻器。 C1選

9、用耐壓 值為 400V以上的滌綸電容器或 CBB 電容器；C2C4均選用耐壓值為 16V 的鋁 電解電容器。 VD 選用 1N4007 型硅整流二極管。 VS 選用 1 2W、 6.2V 硅穩(wěn)壓 二極管。 V 選用 S9015或 S8550、C8550型硅 PNP晶體管。 VT 選用 3A、400V 雙向晶閘管。IC1 選用電視機(jī)用微型一體化封裝紅外接收頭 （使用時加罩或加半透明濾色片），IC2選用CD4060型 14級二進(jìn)制串行計數(shù)器集成電路。3.3 重要設(shè)備和儀器電路組成部分：CD4060型 7 位二進(jìn)制串行計數(shù)器集成電路：CD4060由一振蕩器和 14 級二進(jìn)制串行計數(shù)器位組成， 振蕩器

10、的結(jié)構(gòu)可以是 RC或晶振電路， CR為高電平時，計數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計數(shù)器 位均為主從觸發(fā)器。在 CP1（和 CP0）的下降沿計數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計數(shù)。在時鐘 脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制。微型一體化紅外接收頭：一體化紅外線接收頭將紅外發(fā)光二極管 ,低噪音放大器 ,限幅器,帶通濾波器, 解調(diào)器 , , 以及整形驅(qū)動電路等集成在一起 . 一體化紅外線接收頭體積小 , 靈敏度 高,外接元件少,抗干擾能力強(qiáng),使用十分方便 .用途：濾除其他雜波 , 只接收該特定頻率的信號并將其還原成二進(jìn)制脈沖碼 , 也就是解調(diào) .CBB21金屬化聚丙烯膜電容器：該電容器為無感結(jié)構(gòu)，

11、用金屬化聚丙烯薄膜作為電介質(zhì)電極繞制而成。 自 愈性好，壽命長 適用于直流和 VHF級信號的隔直流、旁路和耦合，廣泛用于濾 波、降噪、脈沖、諧振、降壓電路，用于各種直流，脈沖，交流降壓，高頻較大 的電流場合。所用參數(shù)：耐壓值 400V，容量 0.22uF1N4007型硅整流二極管：用途：利用二極管單向?qū)щ娦裕?可以把方向交替變化的交流電變換成單一方 向的脈沖直流電。硅整流二極管的擊穿電壓高， 反向漏電流小， 高溫性能良好。 主要用于各種 低頻半波整流電路，如需達(dá)到全波整流需連成整流橋使用所用型號: I N4007 安裝方式 :直插 功率特性:小功率 頻率特性:低頻主要參數(shù)：電壓 , Vrrm:

12、1000V ; 電流, If 平均:1A ; 正向電壓 Vf 最大:1.1V ; 電流, Ifs 最大:30A ; 總功率, Ptot:2.5WS8550型硅 PNP晶體管：三極管 8550 是一種常用的普通三極管。 它是一種低電壓， 大電流，小信號 的 PNP型硅三極管。主要用途：開關(guān)應(yīng)用、射頻放大S8550參數(shù)：類型: 開關(guān)型; 極性:PNP; 材料: 硅; 最大集電極電流 （A）:0.5 A; 直流電增益 :10 to 60; 功耗:625 mW; 最大集電極發(fā)射電壓（ VCEO）:25; 頻 率:150MHz放大倍數(shù)：按三極管后綴號分為 B C D 共3檔，倍數(shù)： B：85-160 C

13、：120-200 D：160-300 ，引腳排列為 EBC。0.5W、6.2V 硅穩(wěn)壓二極管：穩(wěn)壓二極管（又叫齊納二極管）是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管， 簡稱穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體 器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時， 在一定的電流范圍內(nèi) （或者說在一定功率損耗范圍 內(nèi)），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路 之中。穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的， 因為這種特性， 穩(wěn)壓管主要被作為 穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。3A、400V雙向晶閘管：雙向晶閘管是由 N-P-N-P-N 五層半導(dǎo)體材料制成的，對外也引出三個電極。 雙向晶閘管

14、相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)， 但只有一個控制極。 盡管從形式 上可將雙向晶閘管看成兩只普通晶閘管的組合， 但實際上它是由 7 只晶體管和多 只電阻構(gòu)成的功率集成器件。 由于其正、 反特性具有對稱性， 所以它可在任何一 個方向?qū)ǎ?是一種理想的交流開關(guān)器件。 它具有觸發(fā)控制特性， 無論在陽極和 陰極間接入何種極性的電壓， 只要在它的控制極上加上一個觸發(fā)脈沖， 也不管這個脈沖是什么極性的 , 都可以使雙向晶閘管導(dǎo)通 金屬膜電阻器：金屬膜電阻器是膜式電阻器中的一種， 它以特種金屬或合金作電阻材料， 用 真空蒸發(fā)或濺射的方法， 在陶瓷或玻璃基本上形成電阻膜層的電阻器。 這種電阻 和碳膜電阻相比，

15、體積小、噪聲低、穩(wěn)定性好，但成本較高，常常作為精密和高 穩(wěn)定性的電阻器而廣泛應(yīng)用，同時也通用于各種無線電電子設(shè)備中。所用參數(shù)： 1k 、2k、10k、22k、1M鋁電解電容器 : 由鋁圓筒做負(fù)極，里面裝有液體電解質(zhì)，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經(jīng)過直流電壓處理， 使正極片上形成一層氧化膜做介質(zhì)。 它的特點是容量 大，但是漏電大，誤差大，穩(wěn)定性差，常用作交流旁路和濾波，在要求不高時也 用于信號耦合。所用參數(shù)： 1 F、10F、47F電路組成部分還有 LED小燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線、萬用板等。實驗設(shè)備： 電烙鐵、焊錫、松香等4. 實驗過程定下課題以后， 我們小組制訂了詳細(xì)的遙控?zé)糁谱饔媱潱?開始

16、收集資料， 通 過從圖書館借閱的資料書和網(wǎng)絡(luò)渠道了解電路的基礎(chǔ)知識， 了解發(fā)射器和接收器 的具體內(nèi)容， 在多方建議之下， 從多個待選電路圖中確定了合適的電路圖。 然后 確定了電路圖中的每個具體零件并購買了相應(yīng)的零件， 在老師的幫助之下開始著 手焊電路， 由于第一次焊電路， 試驗中遇到了各種困難， 老師以及一些師兄和網(wǎng) 上結(jié)識的朋友給了我們很大的幫助，最終把電路焊接完成。成果圖如上。5. 實驗中的問題及解決辦法電源接通以后， 調(diào)試遙控器電燈沒有亮， 我們開始尋找問題的源頭， 首先仔 細(xì)檢查了電路板的焊接， 發(fā)現(xiàn)電路基本沒有虛焊， 然后挨個檢查零件的配置， 發(fā) 現(xiàn)所用的計數(shù)器型號錯誤， 改換成 CD4060，再用萬用表檢測各個零件是否正常， 最后發(fā)現(xiàn)部分零件在焊接電路的過程中沒有注意方向， 方向焊接有誤， 但是由于時