无线门铃课程设计.doc

淮海工学院课程设计报告书 课程名称： 通信电子线路课程设计 题 目： 无线门铃 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 2011-2012-1 专业班级： 通信091 姓 名： 杨浩 学 号： 030912129 评语：成绩：签名：日期：1 引言传统的门铃都为有线门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。如果在豪门大院或经常听不到门铃声的房主，有时总会不能及时接待来客，很是尴尬。现介绍如何制作一款无线遥控门铃，方便主人在房内各地使用，将门铃按钮安装在门上，来访者只要按下按钮，放在客厅、厨房或卧室的接收主机就会响起“叮咚”声或乐曲声，宏亮悦耳，告知有客人来了，距离在几米到几十米，一般都有15到20米远的距离。无线的门铃极大的方便了人们的生活。无线门铃充分利用了现代的科技，发挥集成电路的特色，使制作的成本大大的降低，同时比传统的有线门铃很有多的优势，具有方便快捷的特色！2 设计目的要求当客人来到家门口时，按下触发开关时，会使信号发射端发射出一个调频信号，通过信号接收端对调频信号解调，经过解调后的信号通过音频功放电路发出悦耳的音乐声音，提醒主人有客人来访，主人做出抉择：开门与否。电路主要性能指标要求：工作频率范围为88108MHz，灵敏度为530V，选择性大于50dB，通频带为200KHz。信号接收端信号发射端铃声响起信号客人触动开关信号信号 图2.1 建模示意图3 单元电路设计3.1音频调制脉冲振荡器 反相器又叫非门，常用于逻辑电平的高低转换，还可以组成振荡器、触发器等电路。图4.1.1所示是由反相器组成的多谐振荡器电路。 本电路适用于频率稳定性和精度要求不高的场合，例如提示音电路。整个电路由反相器和阻容元器件组成，电阻R1使两只反相器处于其传输特性的过渡区，使得电路容易起振，同时可保护反相器的输入电路不被损坏。电路接通电源后，假设U1A的输入端电压低于门转换电压，则U1A输出高电平，U1B输出低电平。由于U1A输出高电平，因此有一个电流经RP1、R1流入U1A的输入端；同时由于U1A输出高电平，U1B输出低电平，有一个电流经RP1对C充电。电容C上的电压指数上升A输出低电平，U1B输出高电平。电容C通过RP1放电，实际上是U1A输出的高电平对C反向充电。随着反，其电压为下正上负，使得U1A输入端的电压也随之升高。当U1A输入端电压升高到门转换电压时U1向充电的进行，U1A的输入端电压不断降低，当电压降低到门转换电压时，U1A输出低电平，U1B输出高电平。电容C通过RP1放电，实际上是U1B输出的高电平对C反向充电。随着反向充电的进行，U1A的输入端电压不断降低，当电压降低到门转换电压时，U1A再次输出高电平，U1B输出低电平，电路有回到初始状态。电路不断重复上述过程，产生振荡，输出矩形脉冲。可见,电路状态的转换速度与电容C的充放电时间有关，当R1RP1时，电路的振荡周期为T=2.2RP1C1。 图3.1.1 多谐振荡器3.2推挽式载波振荡器图3.2.1所示是双管推挽式振荡器，也是正弦波振荡器中的一种。作为超音频振荡器。电路中，Q2和Q3是振荡管，L1,L2组成振荡变压器。 图3.2.1 双管推挽式振荡器3.2.1直流电路分析和正反馈过程分析直流工作电压经线圈L1的抽头及线圈分别加到Q2和Q3的集电极，为两管集电极提供直流电压。电阻R2和R3分别是Q1和Q2管的基极固定偏置电阻。 这一电路的正反馈过程是这样的：设某瞬间振荡信号在Q2管基极的极性为+，其集电极为-，即 L1左端为-，L1右端为+，这一极性反馈信号经电容C3耦合，加到Q2管基极，使Q2管基极信号更大，所以这是正反馈过程。Q3管正反馈过程同上，它的正反馈信号是通过电容C2耦合到Q3管基极。3.2.2振荡原理Q2和Q3管都具有正反馈特性，两管本身又具备放大特性，这样两管都可以工作在振荡状态下。当振荡信号正半周在Q2管基极的极性为+时，其集电极为-，这一信号经C2加到Q3的基极，使Q3管的基极为-，Q3管处于截止状态，所以振荡信号的正半周使Q2管处于放大、振荡状态，而使Q3管处于截止状态。当振荡信号变化到负半周时，Q2管的基极的极性为-，其集电极为+，这一信号经C2加到Q3管的基极，使Q3管进入放大和振荡状态，此时Q3管集电极输出的信号极性为-，经C3加到Q2管的基极，使Q2管处于截止状态。这种振荡电路中的Q2和Q3管，一只处于振荡状态时，另一只处于截止状态，振荡信号的正、负半周信号时由两只三极管合作完成的。两只三极管的振荡信号电流（各半个周期）流过L1线圈，耦合至线圈L2输出，并完成两个半周信号合并成一个完整周期信号任务。3.2.3选频电路分析 电路中，选频电路由L1、C4、C5组成，谐振频率为。在谐振时该电路阻抗最大,即L2线圈的阻抗最大。由于L2线圈在频率为f0时的阻抗最大,这样L1线圈在频率为f0时的阻抗也为最大,即Q2和Q3管的集电极负载阻抗在频率为f0是最大,Q2和Q3的放大倍数为最大,所以这一振荡电路从L2输出的振荡信号频率为f0。3.3超再生接收电路 图3.3.1 超再生接受电路 图3.3.1超再生无线电接收电路是一个工作在间歇振荡的高频振荡器，间歇振荡是在高频振荡过程中产生的，控制着高频振荡的间歇和振荡。间歇振荡的频率由电路参数决定，频率范围一般为几十到几百千赫。提高间歇振荡的频率，可以提高电路的接收灵敏度，但是电路的抗干扰度降低。VT1，L1，C2，C6，R2等元器件组成一个超再生接收电路，电路的接收频率为100Mhz。VT1，C2，L1，C6构成电容三点式振荡器，振荡频率由L1，C2组成的并联谐振网络和C6的参数决定，期中C6还用来调整反馈强度。RP1用来调节接收电路的静态工作点，可以使电路工作在最佳状态，使超再生接收电路具有较高的增益。电路在没有接受到信号时，在杂散噪声信号和电路元器件热噪声的作用下产生自激振荡。由于噪声信号本身是杂乱无章的，每一瞬间的数值和幅度均不相同，电路将产生幅度不断变化的高频振荡。在本电路中，间歇振荡受到C4，R2的控制。电路起振后，有一个高频电流通过VT1的极间电容和C6向C4充电，C4上的电压不断升高，这个电压使得VT1的发射机电位升高，VT1的直流工作点迅速下移，造成高频振荡减弱，直到VT1截止，振荡器停止振动。随后C4经过R2放电，VT1恢复导通，电路重新建立起振荡，这个过程不断进行，由此，电路形成了受到间歇振荡控制的高频振荡。间歇振荡的控制是由于C4，R2充放电形成的，因此电路的间歇振荡频率由C4，R2的参数决定，f=1/R2C4约等于150khz。间歇振荡的频率虽然较高,但是振荡脉冲幅度变化额平均值变化很慢。3.4叽喳鸟叫电路 图4.4.1 叽喳鸟叫电路图4.4.1电路实质上是一个变压器反馈振荡电路。变压器的左下部分线圈为输出变压器的一次绕组。由右边的线圈输出，接至2in（英寸）8欧喇叭BL；左边的线圈两接点位反馈（又叫回授）绕组，经RC电路C16、R12、RP3反馈于VT5的基极，产生音频信号。由R11、T1、C19组成间歇振荡电路，只要改变RP3的阻值，使基极上电压发生改变，便可产生2到20Hz振荡频率（可根据所模拟的鸟声确定）。T1上的左边两个接点输出尖声的小鸟叫声，于是便产生了鸡鸟争鸣的叽喳声。3.5天线的设计天线的工作原理从实质上讲天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波。在移动通信系统中使用的基站天线一般多为由基本单元振子组成的天线阵列。作无线电波的发射或接收用的一种金属装置(如杆、线或线的排列)，在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。 本设计发射电路中L1用直径为0.8mm的漆包线在直径为8mm的空心骨架上密绕13匝，中间抽头；L2用同样直径的漆包线在L1的外层绕3匝，在空心骨架中间旋入NX20-6mm*12mm的高频磁心，高频扼流圈RLC用直径0.09mm的漆包线在1/8W、阻值大于1M欧姆的电阻上密绕60圈。接收电路中线圈L1用直径0.8mm的漆包线在直径8mm的空心骨架上密绕8匝，中间旋入NX20-6mm*12mm的高频磁心，高频扼流圈同发射电路。发射和接收天线可用35cm或1.2m的拉杆天线，也可以用其他金属丝代替。4总电路图设计4.1遥控发射电路图4.1.1 遥控发射电路发射电路由音频调制脉冲振荡器、调制器和载波振荡器等部分组成。反相器U1A、U1B和R1、RP1、C1组成音频振荡器，RP1的滑动端在中间位置时，振荡频率为1600Hz。音频振荡信号经U1C、U1E整形后送至Q1等元器件组成的调制电路。音频信号的正半周使Q1导通，负半周使其截止。Q2、Q3微调电容C4、L1等元器件组成一个推挽式载波振荡器，其振荡频率由L1、C4、C5的参数决定，本电路的载波振荡频率为100MHz。载波振荡器的工作电源受控于Q1，在Q1导通期间，Q2、Q3的发射极通过Q1接地，载波振荡器振荡；Q1截止期间，载波振荡器失去电源而停振，因此，它产生的事间断的载波振荡，载波振荡被音频脉冲信号所调制。经过音频脉冲调制的载波信号由线圈L1耦合至线圈L2，通过天线以电磁波的形式以电磁波的形式发射出去。 图4.1.2 遥控发射电路仿真图4.2超再生式无线电接收电路当电路没有收到发射电路发射的高频信号时，在电阻R2上取出的超再生噪声信号进R3、经C7和R4、C8滤除高频成分，由C9耦合至由VT2、VT3等元器件组成的阻容耦合放大电路进行放大，再经VD1、VD2、C15整流滤波后，在C15上产生一个电压，这个电压不足以使VT4导通，继电器不动作，铃声电路无电源，不工作。在当电路收到发射电路发射的高频信号时，由C2、L1组成的并联谐振网络产生谐振，电路的高频振荡不再受控于间歇振荡，其振荡幅度随着接收信号幅度的变换而变化，超再生噪声被抑制，R2上输出的是发射电路发送的调制信号，经C9耦合至VT1、VT2组成的两级放大电路放大，经C12耦合，并由VD1、VD2倍压整流、C15滤波后形成控制电压，使得VT4导通，驱动继电器吸合，铃声电路有电源，工作，通知主人有客人到来。图4.2.1 接受端电路5 元器件清单 表5.1 发射电路元器件清单序号元件名称元件型号元件数量1电阻51k22可变电阻100k13电源+9V14电容0.01uF35电容97uF16线圈1uH27线圈500H18三极管2N221919可变电容3/15pF110开关SW_PB1 表5.2 接收电路元器件清单序号元件名称元件型号元件个数1电阻27k32电阻10k23电阻4.7k34电阻6.8k15电阻18k16电阻100k17电阻10018电阻20019电阻500110电容0.1F111电容0.033uF112电容0.047F213电容0.56uF114电容0.5066pF115电容4.7F116电容0.01pF117电容47F418电容22uF119电容33pF120晶振HTD27A-1121三极管9015422电源-9V123扬声器SPEAKER125天线ANTENNA16 心得体会通过对无线门铃的设计，我更深入地掌握Protel99SE软件的使用以及如何熟练的、合理的选用器件，以及从降低成本的工程的角度去看问题、分析问题和解决问题。前后共用了3种方案，第一种方案是由于集成芯片的难以找到，然后放弃了；第二种是由于集成度太高，成本太大的原因，所以选择了第三种方案，即本方案。从这个过程中，我学到了很多工程的角度看问题的思维方式，比如，解决问题理论可行时要考虑到成本，制作难度等一系列的实际问题，然后经过多次的判断和分析，最终选择最佳方案。此次课程设计加深了我对无线电发射和接收原理和过程的理解，从音频振荡器的设计，到推挽式振荡器的设计，再到超再生式无线电的接收，这一过程是多么的神奇和有趣，大大提升了自已对无线电这一领域的热爱。在本课程设计中，查阅资料的同时，也了解到了许多其他生活中常用芯片的知识，比如555定时器、LM567和CD4069等。同时，在设计这个课题时也用到了许多通信原理，数字逻辑电路等课程的知识，深深地让我体会到各个学科间的融会贯通的重要性与必要性。在这段时间内，同组的同学大家在一起讨论如何设计无线门铃，如何解决一些关键性的问题，大家一起讨论，一起解决问题，增强了团队合作的意识，也理解了团队合作的精神。大家互补自己的不足