哈工程,红外遥控开关,电子综合实验

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1、电子电路实验 3 综合设计总结报告题目： 红外遥控开关的设计实现班级：20110813学号：2011081324姓名：王亚梁成绩：日期：2014.05.27一、摘要随着科学技术的发展，各种电器，如电视机、DVD、加湿器等都用红外遥控器进行控制，如果各自都用自己的遥控器控制，使用起来不够方便，而且浪费资源。本实验将设计一套通用型的红外遥控装置来对家用电器进行控制。红外光是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，其波长在 760 纳米（nm）至1 毫米（mm）之间，是波长比红光长的非可见光。红外线遥控器原理比较简单。 通过遥控器里红外发射管把控制信号转换成不可见的红外线发出去。被遥控电器里的红外线接收头

2、接收红外线后，转成控制信号来控制电器。红外遥控系统主要分调制、发射和接收三部分。调制： 红外遥控发射数据时采用的调制方式即把数据和一定频率载波进行与操作，这样可以提高发射效率和降低电源功耗。调制载波频率一般为 30kHz60kHz 之间。大多数使用 38kHz 占空比 1/3 的方波。发射系统：目前有多种芯片实现红外发射，可以根据不同选择，发出不同种类编码。由于发射系统一般用电池供电，要求芯片功耗要低，芯片大多都设计成处于休眠状态。当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗。芯片所用晶振应该有足够耐物理撞击能力，不能选用普通石英晶体。一般选用陶瓷共鸣器。陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常这点误

3、差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去。红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时发出红外线而不是可见光。一般流过 LED 最大正向电流为 100mA，电流越大其发射波形强度越大。接收：红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管、放大器、限副器、带通滤波器、积分电路、比较器等。 红外监测二极管监测红外信号把信号送到放大器和限幅器。限幅器把脉冲幅度控制在一定水平。而不论红外发射器和接收器距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过 30kHz 60kHz 负载波。通过解调电路和积分电路进入比较器，比

4、较器输出高低电平还原出发射端信号波形。注意： 输出高低电平和发射端是反相的。 这样的目的为了提高接收灵敏度。二、设计任务2.1 设计选题选题三 红外遥控开关的设计实现2.2 设计任务要求设计制作一款双路红外遥控开关， 能够分别遥控两路负载， 可用于控制灯具、电风扇、加湿器等常用家用电器。作用距离大于 2m。红外光峰值辐照度不小于40W/cm。指向性要求：圆锥角不小于 30。欠压条件下的红外光峰值辐照度：遥控器所用电源电压为额定工作电压的 80%时，遥控器的红外光峰值福照度不小于 20W/cm。指向性要求圆锥角不小于 30静态工作电流不大于 3A。三、方案设计与论证该设计是一种双路红外遥控开关，

5、 它能分别控制两路负载， 可用于控制灯具、电风扇、排风扇等家用电器，设计介绍了可控制 1KHZ 和 3KHZ 的红外遥控开关，除具有一般红外遥控的发射、接收及控制外，还特别设计了利用锁相环实现加密的功能。另外，由于使用的器件以及电路的性能都较好，它的抗干扰性也是很好的，特别适用于对发射和接收要求高的场合。该红外遥控开关电路由红外发射电路和红外接收控制电路组成。红外发射电路由 1KHz 音频振荡器、 3KHz 音频振荡器，40 KHz 载波振荡器和驱动输出电路组成。红外接收控制电路由红外线接收头、音频译码器、反相器、双稳态触发器和控制执行电路组成。系统方框图见图 1。图 1 系统方框图频分制红外

6、光遥控电路比较简单，调试简单，成本不大，通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。这次的设计是两路遥控，所以采用频分制。四、电路单元参数的选定和设计实现4.1 红外发射电路图 2 红外发射电路图红外发射电路由 1KHZ 音频振荡器，3KHZ 音频振荡器，40KHZ 载波振荡器和驱动输出电路组成如图2所示。 1KHZ音频振荡器由四与非门集成电路IC1 （D1-D4）内部的 D1 和电阻器 R1、R2、电位器 RP1、控制按钮 S1 组成。3KHZ 音频振荡器由 IC1 内部的 D2 和电阻器 R3 电位器 RP2、电容器 C1，控制按钮 S2 组成。40KHZ载波振荡器由 IC1 内部的 D3、

7、D4 和电阻器 R4、R5、电容器 C2 组成。驱动输出电路由电阻器 R6、晶体管 V1 和红外发光二极管 VL 组成。当按下红外发射电路中的控制按钮 S1 时，1KHZ 音频振荡器振荡工作，产生1KHZ 的指令 信号，该信号经 40KHZ 载波振荡器调制后,通过 V1 驱动 VL 发射出红外光信号。当按下红外发射电路中的控制按钮 S2 时，3KHZ 音频振荡器振荡工作，产生3KHZ 的指令信号，该信号经 40KHZ 载波振荡器调制后,通过 V1 驱动 VL 发射出红外光信号。4.2 红外接收电路图 3 红外接收电路图红外接收控制电路由红外线接收头 IC2、音频译码器、反相器、双稳态触发器（A

8、1、A2）和控制执行电路组成，如图 3 所示。音频译码器由音频锁相环集成电路 IC3、IC4 和外围阻容元件组成。反相器由晶体管 V2、V3 和电阻器 R8-R10、R13-R15 组成。双稳态触发器由双 D 触发器集成电路 IC5（A1、A2）担任。控制执行电路由电阻器 R11、R16、晶体管V4、V5 和继电器 K1、K2 组成。当按下红外发射电路中的控制按钮 S1 时，1KHZ 音频振荡器振荡工作，产生 1KHZ 的指令信号， 该信号经 40KHZ 载波振荡器调制后,通过 V1 驱动 VL 发射出红外光信号。红外接收头 IC2 接收到 VL 发射出的红外指令信号并对其进行放大和解调处理，

9、解调后的指令信号经 IC3 译码、V2 反相后去触发双稳态触发器 A1，使A1 翻转，V4 饱和导通，K1 吸合，其常开触头闭合，将第一路负载的工作电源接通。再按动一下 S1，A1 又翻转为另一种稳态，使 V4 截止，K1 释放，第一路负载的工作电源被 K1 的常开触头切断。当按下红外发射电路中的控制按钮 S2 时，3KHZ 音频振荡器振荡工作，产生 3KHZ 的指令信号， 该信号经 40KHZ 载波振荡器调制后,通过 V1 驱动 VL 发射出红外光信号。IC2 将接收到的红外光信号进行放大和解调处理后，得到解调后的指令信号，该信号经 IC4 译码，V3 反相后使 A2 翻转，V5 饱和导通，

10、K2 吸合，其常开触头接通， 使第二路负载运行工作。 再次按动 S2 后， 则 A2 翻转为第一种状态，使 V5 截止，K2 释放，第二路负载的工作电源被 K2 的常开触头切断。调 RP1和 RP2 可分别改变 1KHZ 音频振荡器和 3KHZ 音频振荡器的工作频率， 从而改变遥控的灵敏度。调试时按 S1 调 RP1 使 K1 动作，按 S2 调 RP2 使 K2 动作。4.3 波形仿真图下图为红外发射部分的仿真图与仿真波形。图 4 红外发射仿真图图 5输出波形五、装调测试过程5.1 测试仪器（1）示波器：TDS3502B 500MHz（2）电源：EM1712 DC（3）万用表5.2 红外发射

11、部分电路测试红外发射电路加正 3V 电源电压后，用示波器测试能够输出 1KHZ 和 3KHZ 的方波，如下图所示。图 61KHZ 输出波形图 73KHZ 输出波形图 8红外发射输出波形六、实验注意事项及主要可能故障分析在红外发射部分的测试，主要注意通过电位器调整输出波形，可以通过CD4011 的 4 管脚的波形，如上图 6 和图 7，当然也要在红外发射管观察是否有红外光发射出去，这个可以通过手机的拍摄观察到有紫红色的光，证明电路有红外光发射出去， 在调试波形的过程中， 遇见的主要问题是无法得到合适频率的波形，估可以通过改变图 2 中 C1 的值来调整， 比如说我最后改成 103 （1000p）

12、 的电容，正好可以得到我需要的频率。在红外接收部分的电路中，主要注意以下几点问题：（1） 红外接收头管脚一定要确定好，网上很多有关的管脚都是错误的，正确的管脚是这样的，1 脚是 OUT，2 脚是 GND，3 脚是 VCC。（2） 红外接收头还有 CD4013、LM567 的供电电压可以选择 5V，但是继电器需要一个 12V 的电压， 故我们可以通过 7805 去实现两个不同电压的分配。（3） 红外部分的调试可以通过示波器先观察接收头的 OUT 端是否接收到信号，然后在使用继电器前可以用 LED 灯先去做一下试验，看看你电路是否存在问题，如果有故障，就需要用万用表去看看是否有虚焊，是否有短路等。

13、（4） 双路调试。按下 S1，一路继电器响应；按下 S2，二路继电器响应。七、参考文献1侯建军. 数字电子技术基础【M】. 北京：高等教育出版社，2003 年2陈永甫. 红外探测与控制电路【M】.北京：人民邮电出版社，2004 年3高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计 【M】 . 北京:电子工业出版社， 2002年4彭介华. 电子技术课程设计指导【M】. 北京:高等教育出版社，1997 年5毕满清. 电子技术实验与课程设计【M】. 北京:机械工业出版社，2001年6李金平. 模拟集成电路基础【M】. 北京:北方交通大学出版社，2003 年7包浩明一种红外线传感器的设计与实现J内蒙古师范大学学报

14、，2003(6)：1238路勇.电子电路实验及仿真【M】. 北京:北方交通大学出版社,2004 年八、结束语（1）电路图是关键，必须在保证设计的原理图的正确性的前提下财政正确完成一下的过程。（2）电路图的所用原件功能，技术参要弄明白。（3）安装过程主要是布线与焊接。此次的电路相比以前复杂了好多，我们可以通过适当的折线连接基本做到平面布线。布线的好坏不仅直接影响成品的美观，还关系到成品性能， 不好的焊接工艺可能导致短路、 接触不良、 查线困难等麻烦。焊接技术可以通过动手逐步熟练，所以关键的还是布线的艺术。根据各个元件和管脚的分布，针对不同的电路设计出一套适合它的连接路线从而满足美观与简洁，才是我们需要通过不断尝试与琢磨的。附录 1 元器件清单电阻数量10K820K330K1100K4电容数量1000p10.33u1100u20.1u0.033u21u2电位器2红外发光二极管1三极管 90133三极管 80502CD40111红外接收头1LM5672CD4013178051微型动合开关2附录 2 实物照片图 9 实物图附录 5实验日志