紅外遙控開(kāi)關(guān)

1、紅外遙控開(kāi)關(guān) 目錄前言11 設(shè)計(jì)方案21.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖21.2 方案的設(shè)計(jì)思路22 主要元器件介紹22.1 NE555定時(shí)器32.2 CD4022B42.3 CX2010652.5 光電二極管92.6 8050三極管93 系統(tǒng)各部分的電路設(shè)計(jì)方案及原理103.1 38KHZ方波發(fā)射電路103.2 信號(hào)接收電路124 部分電路仿真125 電路PCB圖及調(diào)試145.1信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)制版圖145.2 信號(hào)接收系統(tǒng)電路制版圖145.3 調(diào)試15總結(jié)16參考文獻(xiàn)17附錄18元器件清單18前言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平逐漸提高，各種家用電器走進(jìn)人們的生活。一些家用電器開(kāi)關(guān)在使用的時(shí)候非

2、常麻煩，為了方便大家使用家用電器，提高生活質(zhì)量，現(xiàn)在社會(huì)上已經(jīng)設(shè)計(jì)出了各種各樣的控制開(kāi)關(guān)，其中包括紅外遙控開(kāi)關(guān)。紅外遙控是目前家用電器中用的較多的遙控方式。以下介紹紅外遙控的特點(diǎn)：它不影響周邊的環(huán)境、不干擾其他電器設(shè)備。因?yàn)槠錈o(wú)法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可以使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互的干擾；同時(shí)紅外遙控開(kāi)關(guān)的電路調(diào)試簡(jiǎn)單，易于維護(hù)；更重要的是它具有抗干擾能力強(qiáng)和操作簡(jiǎn)單等諸多有點(diǎn)。正因?yàn)榧t外遙控開(kāi)關(guān)具有如此之多的優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)、VCD、DVD、空調(diào)、組合音響等各種家用電器上。雖然現(xiàn)在的紅外遙控很普遍，技術(shù)也很成熟，但其中的電路設(shè)計(jì)和分析的方法仍值得我們?nèi)W(xué)習(xí)和研究

3、。又因?yàn)槠浜?jiǎn)單、可行、易實(shí)現(xiàn)，對(duì)材料和一般的環(huán)境無(wú)特別要求的特點(diǎn)，使得紅外遙控的設(shè)計(jì)能夠廣泛應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)中。從信號(hào)的產(chǎn)生方式來(lái)看，紅外遙控開(kāi)關(guān)主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式紅外遙控開(kāi)關(guān)主要由信號(hào)發(fā)射電路和信號(hào)接收電路組成，具有靈敏度好、價(jià)格低廉、調(diào)控方便、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。由于被動(dòng)式紅外遙控開(kāi)關(guān)需要依靠外界光信號(hào)，因此受外界光線環(huán)境影響大。本設(shè)計(jì)中的遙控開(kāi)關(guān)為主動(dòng)式紅外遙控開(kāi)關(guān)。該電路設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，性能可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。1 設(shè)計(jì)方案 1.1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖 圖1-1 1.2 方案的設(shè)計(jì)思路主動(dòng)式紅外遙控開(kāi)關(guān)由信號(hào)發(fā)射機(jī)和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射機(jī)的作用是將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換

4、成相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)發(fā)射出去。接收系統(tǒng)則將發(fā)射機(jī)發(fā)出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)去驅(qū)動(dòng)繼電器，控制多種電器。由于使用環(huán)境中常常有陽(yáng)光或燈光等背景光存在，為提高整機(jī)的接收靈敏度和抗干擾能力、消除背景光對(duì)接收系統(tǒng)的影響，一般將發(fā)射機(jī)中開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)制到高頻信號(hào)（如 38KHz方波）上，在接收系統(tǒng)中，將接收的高頻信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾除背景干擾及其它噪聲的影響，然后經(jīng)檢波和整形，還原成相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。對(duì)于大多數(shù)多通道紅外遙控電路來(lái)說(shuō)，通常采用頻率編碼或脈沖編碼的方式來(lái)劃分頻道。本設(shè)計(jì)采用脈沖編碼的方式來(lái)劃分頻道，該電路由單按鍵紅外發(fā)射器、紅外接收以及控制電路組成。2 主要元器件介紹2.1 NE55

5、5定時(shí)器NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是不同型號(hào)的其穩(wěn)定度、功耗、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖波訊號(hào)。NE555定時(shí)器的實(shí)物圖和引腳圖如圖2-1所示，圖2-1 555外觀引腳圖NE555的作用范圍很廣，但一般多應(yīng)用于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器及無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。功能表如表2-1所示。圖2-2 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表2-1 555功能表2.2 CD4022BCD4022B具有8個(gè)譯碼輸出端，CP，CR，INH輸

6、入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制。INH為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，Johnson計(jì)數(shù)器提供了快速操作，2輸入譯碼選通和無(wú)毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每8個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分別見(jiàn)圖2-3、2-4。圖2-3 CD4022B引腳圖圖2-4 CD4022B內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.3 CX20106CX20106是廣泛用于彩色電視機(jī)紅外線遙控接收的前置放大器。由于它的功能強(qiáng)，性能優(yōu)越，成本低，故已在各種紅外線遙控系統(tǒng)中得到廣泛

7、的應(yīng)用。CX20106由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。其中的電平自動(dòng)控制電路可以保證在輸入弱信號(hào)時(shí)前置放大器有較高增益，在輸入強(qiáng)信號(hào)時(shí)前置放大器不會(huì)過(guò)載，可以保證在一定遙控距離（約10）內(nèi)工作可靠。其內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率可由其腳外接電阻調(diào)節(jié)，范圍可從30KHZ60KHZ。CX20106的工作過(guò)程大致如下：其中的前置放大器將外接紅外光敏二極管或三極管產(chǎn)生的脈沖電壓進(jìn)行放大（電壓增益約77分貝79分貝），然后將信號(hào)送限幅放大器，使其變?yōu)榫匦蚊}沖，再由濾波器進(jìn)行頻率選擇，濾除干擾信號(hào)，由檢波器濾掉載頻檢出指令信號(hào)，再經(jīng)整形后，由腳輸出指令信號(hào)。實(shí)際上，CX20

8、106的功能用一句話概括，就是當(dāng)接收到與CX20106濾波器中心頻率相符的紅外光信號(hào)時(shí)，其輸出端腳就輸出低電平。CX20106外觀圖及引腳示意圖分別見(jiàn)圖2-5、圖2-6。圖2-5 CX20106外觀圖圖2-6 20106引腳示意圖CX20106各引腳功能：1腳：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k；2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C1的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為R1=4.7，C1=1F。3腳

9、：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大于平均檢波值，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為3.3f；4腳：接地端；5腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時(shí)，中心頻率f42kHz，若取R=220k，則中心頻率f38kHz；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(huì)使探測(cè)距離變短；7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22k，沒(méi)有接受信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)

10、則產(chǎn)生下降電平；8腳：電源正4.55.5V2.4 74HC0074HC00功能：四-2與非門，它的等效輸入輸出電路見(jiàn)圖2-7圖2-7 74HC00輸入輸出等效電路74HC00引腳圖、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳功能表分別見(jiàn)圖2-8、圖2-9、表2-2 圖2-8 74HC00引腳圖圖2-9 74HC00內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表2-2 74HC00引腳功能表管腳位SYMBOL 符號(hào)NAME AND FUNCTION名稱及功能1, 4, 9, 121A to 4AData Inputs數(shù)據(jù)輸入2, 5, 10, 131B to 4BData Inputs數(shù)據(jù)輸入3, 6, 8, 111Y to 4YData Outputs

11、數(shù)據(jù)輸出7GNDGround接地(0V)14VCCPositive Supply Voltage電源電壓              2.5 光電二極管 圖2-10 光電二極管外觀圖光電二極管（Photo-Diode，見(jiàn)圖2-10）和普通二極管一樣，也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電傳感器件。原理：光電二極管是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個(gè)PN結(jié)，

12、和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。 光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒(méi)有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，稱為光生載流子。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光

13、的變化而相應(yīng)變化。2.6 8050三極管8050是非常常見(jiàn)的NPN型晶體三極管，在各種放大電路中經(jīng)常看到它，應(yīng)用范圍很廣，主要用于高頻放大，其管腳圖如圖2-11所示。圖2-11三極管管腳識(shí)別方法：(1) 判定基極。用萬(wàn)用表R×100或R×1k擋測(cè)量管子三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個(gè)電極 均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬(wàn)用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值都較小，則可判定被測(cè)管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩

14、極時(shí)，測(cè)得的阻值較小，則被測(cè)三極管為NPN型管。(2) 判定三極管集電極c和發(fā)射極e。(以PNP型三極管為例)將萬(wàn)用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所測(cè)得的兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。3 系統(tǒng)各部分的電路設(shè)計(jì)方案及原理3.1 38KHZ方波發(fā)射電路電路原理圖如圖3-1圖3-1 38KHZ方波信號(hào)發(fā)射電路電路原理：該電路主要是由555定時(shí)器與RC振蕩電路組成多諧振蕩電路，產(chǎn)生38KHZ左右的方波，該方波驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)出具有脈

15、沖編碼特性的紅外光信號(hào)，供給信號(hào)接收電路接收。其中，555定時(shí)器的作用是構(gòu)成多謝振蕩器，產(chǎn)生方波。接通電源后，電容C1被充電，上升，當(dāng)上升到 23VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放點(diǎn)BJT導(dǎo)通，此時(shí)為低電平，電容C1通過(guò)R2和T放電，使下降。當(dāng)下降到13VCC時(shí)觸發(fā)器又被置位，翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C1放電所需時(shí)間為tPL=R2C1ln20.7R2C1 (3.1)當(dāng)C1放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過(guò)R1、R2向電容器C1充電，由13VCC上升到23VCC所需時(shí)間為tPH=(R1+R2)C1ln20.7(R1+R2)C1 (3.2)當(dāng)上升到 23VCC時(shí),觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端口就得

16、到一個(gè)周期性的方波，其頻率為f=1tPH+tPL1.43(R1+2R2)C1 (3.3)在本設(shè)計(jì)中我們?nèi)1=750 ，R2=3000,電容器值C1=10uF , C2=0.01uF 。3.2 信號(hào)接收電路圖3-2 信號(hào)接收電路原理圖接收電路（見(jiàn)圖3-2）原理：紅外光信號(hào)被光敏二極管接收后，產(chǎn)生光生信號(hào)電流，該電流信號(hào)就CX20106前置放大、檢波、濾波、整形等處理后，將初始發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)桨宋挥?jì)數(shù)器CD4022B的輸入端，通過(guò)CD4022B驅(qū)動(dòng)次級(jí)通道開(kāi)關(guān)工作。4 部分電路仿真信號(hào)發(fā)射電路仿真圖如圖4-1圖4-1 信號(hào)發(fā)射電路仿真圖仿真結(jié)果圖見(jiàn)圖4-2圖4-2 仿真結(jié)果圖由仿真結(jié)果圖可看出，本

17、設(shè)計(jì)中的電路能夠產(chǎn)生滿足設(shè)計(jì)要求的信號(hào)參數(shù)，滿足課程設(shè)計(jì)指標(biāo)。5 電路PCB圖及調(diào)試5.1信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)制版圖5.2 信號(hào)接收系統(tǒng)電路制版圖5.3 調(diào)試通過(guò)PROTUS軟件仿真模擬調(diào)試和面包板電路搭建調(diào)試，本電路均能完成預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，即探測(cè)距離大于等于8米；調(diào)制頻率約等于38KHZ；遙控開(kāi)關(guān)通道有四個(gè)。因此滿足課程設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求?？偨Y(jié)通過(guò)這次光電子課程設(shè)計(jì)，我有很多收獲和感想。在此過(guò)程中很好地鍛煉了自己的動(dòng)手能力和信息搜集能力。尤其是鞏固了相關(guān)書本知識(shí)，同時(shí)也對(duì)AD、Protues等軟件有了更深的掌握，對(duì)電路板的制作流程，以及電路板的調(diào)試方法等都有了一定程度的了解和掌握。另外，設(shè)計(jì)思路要轉(zhuǎn)化

18、成電路圖并不是特別難，可要制成實(shí)際的工作良好的電路板卻還是有一定的難度的，往往由于一些細(xì)微的影響而不能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，所以制成電路板后的調(diào)試和分析尤其重要。同時(shí)我也體會(huì)到了相互學(xué)習(xí)的重要性。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于自己的水平和能力有限，遇到了一些難題，開(kāi)始時(shí)不知所措，通過(guò)詢問(wèn)同學(xué)和老師，在老師和同學(xué)的耐心、熱情指導(dǎo)下，我將難題一一克服，終于得到了滿意的結(jié)果。因此，相互學(xué)習(xí)，互幫互助，可以使我們相互進(jìn)步，共同成長(zhǎng)。雖然兩周的課程設(shè)計(jì)非常短暫，但是我學(xué)到了好多，不僅鞏固了自己本身的專業(yè)知識(shí)，而且提高了自己的實(shí)踐能力，最重要的是懂得了互相學(xué)習(xí)的重要性。參考文獻(xiàn)1丁文鏡，數(shù)字電子技術(shù)，清華大學(xué)出版社。2姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年3劉延柱，模擬電子技