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1、 黄河科技学院毕业设计说明书 第21 页 绪 论1.1 课题背景及目的遥控技术发展只有几十年的历史：本世纪20年代，才刚刚出现无线电遥控的雏形。那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。二次世界大战以后，遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。到现今，随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件逐步发展到集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生
2、活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于红外遥控的设计制作简单方便，易于操作，因而成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。为此，在前人研究的基础上设计出了一种红外遥控多通道控制系统的设计方法。研究表明，采用该方法设计的红外遥控控制系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。红外通信以红外线作为通信载体，通过红外线在空中的传播来传输数据，它由红外发射器和红外接收器来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中；在接收端
3、，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，解调译码后恢复出原信号。红外通信作为一种数据传输手段，可以在很多场合应用，如家电产品、娱乐设施的红外遥控，水、电、煤气耗能计量的自动抄表等。红外通信有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。通过红外接口，各类移动设备可以自由进行数据交换。红外接口是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。1.2 国内外研究状况自从1800年英国天文学家FW赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始，
4、红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统，机载轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段，有些已小批量生产，但都未来得及实际使用。此后，美国、英国、前苏联等国竞相发展。特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，FW赫歇尔发现红外辐射时
5、使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外
6、探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于13、35和813微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。1.3 课题研究方法该红外通信的多路控制系统的设计是通过555定时器及其所组电路将遥控信号调制为方波，然后将已调波放大，驱动红外发光二极管发光，就可以得到遥控发射信号。调制可用一个或门实现。该电路中555和R3、R17、C6（以一路控制为例介绍）组成无稳态多谐振荡器，振荡频率f=1
7、.44/（R3+R17）C6，频率范围为1KHz20KHz，可通过调节R17来选定。通过接收译码电路由红外接收放大器、音频译码电路和声控执行电路组成。在收到红外光脉冲后，接收管D3的两极间电阻作与频率相应的变化，由光信号转化为电信号，经VT1和4放大。译码器采用锁相环译码集成块LM567，他要求可靠解码时的输入信号不小于25mV，因为接收到的光电信号随距离的加大减弱，故中间加了一级高增益功效LM386。调节发射器的R17，使收、发的中心频率一致时LM567的8脚的由高电平转呈低电平5经微分加至U4。U4接成双稳态模式，受负脉冲触发，状态就翻转一次，输出呈低电平，VT2导通，LED发光。实现红外
8、遥控。1.4 论文构成及研究内容论文将阐述红外通信的多路控制的原理图及其工作原理，介绍电路各组成部分的原理、性能及工作状态，详细介绍发光二极管、555芯片、LM386、LM567的器件性能、参数及其工作原理、综合分析电路的工作过程。2 红外收发电路的组成及其部分的功能在实际学习工作中，能够实现上述设计任务要求设计成基于红外通信的多路控制系统的的电路形式或方案很多，我们根据红外通信对频率的要求较低这一特性选用数字电路来实现这一课题。红外通信的多路控制系统的电路主要由电源电路，编码及发送电路，接收及译码电路，显示电路四大部分组成：电源电路：12V，输出最大电流1A直流电源。编码及发射电路接收及译码
9、电路显示电路2.1 通信系统组成其基本流程如图2.1所示通用红外遥控系统由发射电路和接受电路两大部分组成，应用专用集成电路来进行控制操作，发射部分包括编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光电转换放大器、解调、译码电路。 图2.1 通信系统框架图2.2 电源电路设计电源的设计原理如图2.2所示（1）电源变压器：将220V,50HZ的交流电压转换成12V整流电路（2）滤波电路：利用电感和电容的阻抗特性，将整流后的单向脉动电流中的交流分量滤去，是单向脉动电流变换成平滑的直流电1。（3）稳压电路：当电网电压波动或负载的变动会导致负载上得到的直流电不稳定，影响电子设备的性能，用稳压管，即采用一些负反
10、馈方式的稳压电路，使之自动调节不稳定因素，从而得到稳定电压本图中二极管的作用是：放电使LM系列两端的电压差稳定（约0.5-0.7V），小电容的作用是防止自激振荡2，后面的电容有存储能的作用12V 图2.2直流稳压电源的组成框图电源的发光二极管是指示灯，供电部分输入220V、50HZ的交流电，输出电压+12V，供给整个电路电源，电流最大为1A； LM7815和LM7805负载重，功率大，加装了散热片，LM7915则不需要散热片，这样在保证了性能的同时也降低了成本，对于电容的选择要考虑LM7815 、LM7805 和LM7915最小允许电压降Ud,电网的波动。参数计算：（1）允许纹波峰峰值t=18
11、*1.414(1-10%)-0.7-Ud-15=4.9VC=I*t/U=1430f选取滤波电容C=2200/30f（2）+5V电源允许的最大纹波峰峰值t（max）=9*1.414(1-10%)-1.4-2.3-5=6.76V C=I*t/U=3600f选取滤波电容C=4700/16f图中R19取220，R20取680主要用来调整输出电压。输出电压UoUxx(1+R20/R19)，该电路可在512V稳压范围内实现输出电压连续可调。由该电路实践证明：（1）R1为固定电阻值，改变电阻R20的阻值就可获得连续可调的输出电压，输出电压Uo近似值等于Uxx(1+R20/R19)。（2）最高输出电压受稳压器
12、最大输入电压及最小输入输出压差的限制，该固定式三端集成稳压集成电路7805最大输入电压为35V，输入输出差要保持2V以上，因此该电路中由于稳压器的直流输入电压为+14V，所以该电路的输出最大值为+12V。（3）实验表明，在稳压器的稳压范围内，其稳压精度可达0.03。电源电路图如图2.3所示图2.3电源部分电路图2.3 红外发射电路由于该电路控制对象较少，为降低成本，省去了编码芯片的使用，仅采用控制开关来调节信号，实现信号编码的控制。在电路中用遥控脉冲信号调制38kHz方波，然后将已调波放大，驱动红外发光二极管，就可以得到遥发射信号。调制可用一个或门实现。有些遥控器的载频可能是40kHz，只须稍
13、微加大发射功率仍然可用38kHz载频使其接收电路动作。该电路中555和R3、R4、R17、C5（谨以一路为例介绍）组成无稳态多谐振荡器3，振荡频率f=1.44/（R3+R17）C5，图示参数给出的频率范围为37KHz39KHz，可通过调节R18来选定。只要按下AN开关，则发出一串红外光脉冲波。R4是保护红外发光管的限流电阻。电路如图2.4所示图2.4红外发射电路2.4 红外接收电路接收译码电路由红外接收放大器、译码电路和执行电路组成。接收红外二极管应采用与红外发射管配对的管，在收到红外光脉冲后，接收管D3的两极间电阻作与频率相应的变化，由光信号转化为电信号，经VT1和U4放大。音频译码器采用锁
14、相环音频译码集成块LM567，他要求可靠解码时的输入信号不小于25mV，因为接收到的光电信号随距离的加大减弱，故中间加了一级高增益功效LM386。LM567的中心频率由接在5、6脚的R5、C7决定，即f0=1/1.1R5C7。调节发射器的RP，使收、发的中心频率一致时LM567的8脚的由高电平转呈低电平，经微分加至U5。U5接成双稳态模式，受负脉冲触发，状态就翻转一次，输出呈高电平，VT2导通，LED发光。实现红外遥控5。通过改变不同的开关的状态，同理实现多路控制。电路如图2.5所示 图2.5 红外接收电路2.5 二极管材料及其性能参数发射部分主要元件是红外发光二极管5。它实际上是种特殊的发光
15、二极管6，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，他发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同，如图2.6所示红 图2.6 发光二极管发光二极管一般有黑色，深蓝，透明三种颜色。常用的发光二极管PH303的性能参数见表2.1所示表2.1发光二极管PH303的性能参数最大反相电压5V持续工作电流15mA工作电压1.3V典型，1.7最大辐射功率输出1315mW峰值波长950nm判断红外发光二极管好坏的方法与普通二极管一样：用万用表电阻档量一下红外发光二极管的正、负向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定。接收部分的红外接受管是一种光敏二极管，如图2.3所示图2.7 红外接收二极管在实际应用中要给红外接受二极管加反向电压（
