红外遥控开关的设计与实现.docx

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与实现班级：学号:姓名:成绩:日期：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，使用起来不够方便，而且浪费资源本实验江设计一 套通用新的红外遥控装置来对家电进行控制红外光是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，其波长比红外光长的 非可见光红外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射出去被遥控电器里的红外线接收头接受红外线 后，转成控制信号来控制电器红外遥控系统主要分为调制、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的载 波进行与操作，这样可以提高法神效率和降低电源功耗.调制载波频率一 般为30kHz—60kHz之间大多数使用38kHz占空比为1/3的方波发射系统：目前有许多芯片实现红外发射，可以根据不同的选择，发 出不同种类的编码犹豫发射系统一般不提供电池供电，要求芯片功耗要 低，芯片 大多数都设计成处于休眠状态党有案件按下时才工作，这样 可降低功耗新片所用金针应该有足够耐物理撞击的能力不能选用普通石英晶体. 一般选用陶瓷共鸣器.红外线通过红外发光二极管发射出去，一般最大正 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，加湿器等常用家具电器作用距离大于2cm红外光峰值辐照度不得小 于40训/卅指向性要求：圆椎角不小于30° .欠压条件下的红外光峰值幅照 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辐照 度不小于20 |1 W/cm2指向性要求圆椎角不小于30° .静态工作电流不大于3|iA三、方案设计与论证方案一：红外遥控系统一般分发射和接收两个部分，发射部分的主要元件为红外发光 二极管，接收部分的红外接收管是一种光敏二极管，如果需要其具有加密功能， 这就需要使用锁相环路1)发射器电路由3V电源供电•低频信号、40KHZ的载波形成皆用与非门加外 部元件实现，具有较高的稳定性，这部分电路用到了一个与非门集成电路2)接收器电路又有几部分组成使用了 LM567集成块实现锁相环加密功能, 用双稳态电路对继电器进行控制,利用继电器的开关对负载实现控制总体框图：发射部分：方案二：用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制 5 个电器的电源开 关。

红外发射部分:图 13 方案三红外发射部分示意图 当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出 去红外接收部分：图 1.4 方案三红外接收部分示意图当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理由显示设备显示出当前受控 电器的序号.方案比较 综上所述通过比较两套方案,方案一未采用单片机控制，功能单一,但是技术 难度低，实际操作更简单，而且元件成本低；方案二的红外线发射/接收控制电 路采用单片机来实现，电路简单，但是对于单片机相关水平要求高，且设备元件 成本高故选择方案一来实现设计目的四、电路单元参数的选定和设计实现4.1 接收电路的设计红外发射电路由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、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1 玄 $ 4 $ 6,7 HnnnnudHn-Jnuuu IA1BIY2Y2A2B伽门*□«□□吃和叩vm4B4A4Y3Y3B3A本实验中，四与非门电集成电路选用CD4011搭建上亮图为CD4011芯片的 功能图和引脚图•在焊接发射电路时，将D1的两个输入分配到1、2管脚，输出为 3管脚；D2的两个输入为5、6管脚,输出为4管脚；D3的两个输入为8、9管脚, 输出为10管脚；D4的两个输入为12、13管脚，输出为11管脚由于VDD的电 压范围为-0.5V~18V,而发射电路中已有的电源为3V,故取VDD=30V方便搭建 电路，Vss管脚为接地管脚4.2 接收与控制电路的设计VCC12VDQ'CPQR1 5DQ20K1CPQ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（A1、A2）和控制执行电路组成，如图所示。

音频译码器由音频锁相环集成电路IC3、IC4和外围阻容兀件组成反相器 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，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,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02 血 CLOCK 2 RfStT 1 UXTAZ SET2在本次实验中，双D触发器集成电路选用CD4013，上图为CD4013功能引脚 图•焊接中，F/F1的管脚对应电路图中的A1,F/F2对应A2.4.3锁相环电路LM567是一个锁相环集成电路，内部包含了相位比较器、压控振荡器，正交 相位检测器以及放大等功能，结合少量的外接元件能完成红外遥控的锁相环加密 功能•它采用8脚双列直插塑封，其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振 荡器的中心频率f2,f2~1/1°1RC其①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成 输出滤波网络和环路单级低通滤波网络②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带 宽：电容值越大，环路带宽越窄•①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍. ③脚是输入端，要求输入信号$25mV⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极 开路的三极管，允许最大灌电流为100mALM567的工作电压为475〜9V，工作频 率从直流到500kHz,静态工作电流约8mA。

LM567的内部电路及详细工作过程非常 复杂，这里仅将其基本功能概述如下：当LM567的③脚输入幅度$25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制 信号；如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制 的调频方波信号LM567内部集成电路输出地定时电容定时电阻LM567 的引脚图而音频锁相环集成电路选用 LM567 搭建上图为 LM567 的引脚图与电路中 对应焊接即可4.4一体化红外接收接收部本次实验选用了SFH506-38实现经实验测得其3个管脚以此为：受光 面向外，管脚从左到右依次为out, Vss,Vcc由于本次实验使用的一体化接收头电压最大不能超过5V,而CD4013芯片供电电压为12V,故需另行分压，我们选择3个20K的电阻串联分压，分压之后红外接 收头处电压大约为4V左右,可以正常工作，符合要求.五、装调测试过程5.1测试仪器(1) 示波器;TDS3502B 500MHz (2)电源:EM1712 DC52输入电路部分电路测试1kHz输出波形3kHz输出波形使用示波器观察输入到CD4011中的两个波形，正常工作状态时是I.KHz和3kHz 的方波信号。

在此次实验中，由于元件本身的误差问题,使用原理图中电路 参数无法利用变阻器将频率调节到正常状态，于是调整了电路参数，将发射电路 中R2由20K改为330K； R3由10K改为100K ；而C1由0.33|1改为100pf,使得CD40113管脚与4管脚处输入波形符合要求为1kHz和3kHz注：由于时间问题等，本次实验不成功，电路其它问题没有解决，故只附上检 测无误的电路部分检测波形图）六、实验注意事项及主要可能故障分析本次实验中未能完成全部任务，所做作品仍有不少问题存在，由于时间的 问题没能解决实验过程中也出现过许多问题.发射电路的输入频率调节问题，最后确认电路无误之后选择修改参数最终 得到解决但是仍有另一个问题就是CD4011芯片输出的波形不是经过调制的波 形，个人认为应该是由于芯片造成的结果，由于开始资料信息收集不足在供电上 出现过问题，可能对芯片有造成损坏，导致最后的调制波形未能出现.接收电路中也有一些问题，如一开始出现过短路情况，最后排查电路之后 发现由于焊接的过程中基本使用焊锡布线，可能导致电路版过热，在某些地方焊 接的时候，使得附近使用细线跨线的地方线外部熔破导致裸露和接触短路。

在认 真检查电路之后更换了两根线，然后电路没有再出现短路情况在使用遥控器检 测之后，显示接收装置安装完好，音频锁相环电路也检测完好之后，仍然最终安 装上继电器无法实现设计目的，个人经过反复排查电路，检测电阻电压确认电路 无误之后，认为可能是由于前期有过短路情况导致电路中一些部件可能出现了损 坏，而且在电路通电之后芯片会出现发热略微严重的情况由于时间限制，未能在规定的时间内完成设计任务，没能排查并解决所有 问题导致本次实验并不成功但是我仍然有了不少收获•首先是电路的焊接，经 过焊接发射电路与接收电路的过程，基本掌握了电路焊接的方法和能力，知道在 使用电路图焊接电路之前先自行设计好焊接元件的排布，然后再进行焊接，并且 先焊接管脚较多较复杂的元件其次是电路鼓掌的排查，比如检查电路的焊接是 否有误，使用万用表检查出现短路的可能情况，发射电路无法达到正常频率时检 测是否是元件问题，并进行相应的调整等•同时也了解并认识了红外发射电路。