红外遥控开关报告.doc

电子技术课程设计设计报告国家电工电子实验教学中心电子技术课程设计设 计 报 告设计题目：红外遥控开关学 院：电子信息工程学院专 业：通信0806学生姓名：谷俊杰学 号：08211146指导教师：李赵红 2011 年 01 月 14 日目 录1 设计任务要求22 设计方案及论证23 制作及调试过程 104 系统测试 115 系统使用说明 126 思考题 137 总结 148 参考文献 141 设计任务要求1、实验目的：（1） 掌握电子电路设计的基本方法；（2） 掌握各种红外收发器件；（3） 掌握红外遥控的收发方式；（4） 掌握红外遥控的编码解码方式；2、设计要求及技术指标：基础部分： （1） 红外遥控器采用现成的家用电器的红外遥控器；（2） 遥控距离不小于5米；遥控开关接收端的工作电源为6v直流电源；（3） 遥控开关接收端使用发光二极管指示有无6v直流电源及当前是否接受到遥控信号；（4） 遥控开关能够控制一盏6v小灯泡亮灭，按一次亮，再按一次灭。发挥部分：（1） 自制红外遥控器，包括至少8路遥控按键，且独立；（2） 距离8米以上（3） 遥控器不按键，电路不工作不耗电。3.设计任务 （1）设计、安装、调试所设计的电路；（2）画出完整电路图，详细说明电路原理，写出设计总结报告。2 设计方案及论证2.1 任务分析1.工作原理及设计思路红外遥控开关的组成框图（如图1）。首先需要了解红外信号编码的特点，红外信号有几种不同的编码方式，例如可以使用不同的脉冲宽度代表0和1，也可以使用信号沿的变化代表0和1，但是红外遥控信号总是由一串脉冲所组成的。按下红外遥控器不同的按键之后发出的编码不同。如果将脉冲串进行单稳整形，就可以得到一个脉冲，用它来控制一个触发器就可以实现一个单路的遥控开关；如果将脉冲串进行解码，就可以实现多路遥控开关。红外遥控器红外接收信号处理开关驱动及显示 图1 红外遥控开关组成框图指令按键信号产生调制解调驱动电路发射电路2.设计框图图2 红外发射系统组成框图红外遥控发射器由指令器、信号产生电路、调制电路、驱动电路及红外线发射器组成，如图2所示。当指令键被按下时，指令信号产生电路 便 产生所的控制指令信号。这里的控制指令 信号是以某些不同的特征来区分常用的区分指令信号的特征和码组特征，即用不同的频率或不同编码的电信号代表不同的指令。这些不同 的指令信号由调制电路进行调制后，最后 由驱动电路驱动电路驱支红外线发射器件，发出红外线遥控指令信号。1.2 红外接收器的组成前置放大频率选择执行环节驱动记忆红外接收被控对象 图3 红外接收系统组成框图接收器由红外线接收器件、前置放大电路、解调电路、指令信号检出电、记忆及驱动电路、执行电路组成，如图3所示。当红外线接收器件接收到发射器的红外指令信号时，它将红外光信号变为电信号并送入前置放大器进行放大，再经解调后由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆及驱动执行电路，实现各种操作。2.2 方案比较红外线遥控开关，本身是比较简单的，但是多路的实现，却着实要费不少事情。总的来说，一共有四种方案：1、编码区分2、频率区分3、脉冲计数4、幅度区分经过查阅资料以及多方的考虑，我们最后决定走编码的道路。原因如下：幅度区分并不适用于这次设计，很明显会受传输距离很大的影响；尽管在电路控制的开关数较少的情况下，脉冲计数接收简单，不易受干扰，但是我们还是排除了这个方法，主要是考虑到定量脉冲的产生设计有些困难；频率区分的确是一个很有意思的办法，刚结束信号与系统课程的我们对分频有着浓厚的兴趣，但我们还是没有选择分频，首先不论从发射端的不同频率产生到接收端的多路滤波，都需要重复性的焊很多近乎枯燥的电路，而且每一部分都需要调节。同时，电路的大部分为模拟电路部分，稳定性很值得怀疑，不如数字逻辑来的稳当。方案一：采用频分制多通道红外遥控发射和接收系统。频分制的频率编码一般采用频道编码开关，通过改变振荡电路的参数来改变振荡电路的振荡参数和频率。当按下不同的编码键时，振荡器就会输出不同频率的指令信号。这些指令信号经驱动级放大后对高频载波进行调制，并驱动红外发光管发出红外光脉冲信号。红外接收控制电路的组成框图包括红外接收光电转换器、前置放大器、频率译码电路、驱动级和执行机件等。当红外光电检测器接收到发射器发来的红外编码指令后，光电检测管随即将其转换成相应的电信号，再经过前置电压放大器放大后，加至频率译码电路和选频电路，选出不同指令的频率信号，并加至相应的驱动级及执行机件。对应每一频率的指令信号，应有一个相应的选频电路。在频分制红外遥控电路中，代表控制指令信号的频率一般为几百赫兹至几十千赫兹。发射电路中的频率编码开关的位号应与接收电路中的选频电路的位号相对应，以选出不同频率的指令信号。红外接收、译码电路由红外接收器、前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级组成。红外光电二极管将接收到的红外光信号转变成相应的电脉冲信号，再经高倍数电压放大后加至解调器进行解调，然后由指令译码器解码出指令信号。指令译码器是与指令编码器相对应的译码器，用于脉冲指令信号译出。译出的指令信号加至相应的记忆和驱动级，驱动执行机件动作，实现红外光遥控。图4： 方案一的方框图方案二：采用码分制多通道红外遥控发射和接收系统。码分制的遥控指令信号是由编码脉冲发生器（一般由数字集成电路和少量外围元件组成）产生的。码分指令是用不同的脉冲数目或不同宽度的脉冲组合而成的。指令编码器由基本脉冲发生电路和指令编码开关组成。当按下S1Sn中的某个指令键时，指令编码器将产生不同编码的指令信号。该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号，再经驱动电路功率放大后加至红外发射级，驱动红外发射管发出红外编码脉冲光信号。 图5： 方案二的方框图2.3 系统结构设计方案选择 频分制红外光遥控电路比较简单，通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。当频道数目较多时，选频电路和相应电路的数目加多，电路复杂，且各频道间的相互干扰加重，导致误控或误报。采用高品质因数的LC振荡器或选频回路，可提高选频精度和稳定度，但会使LC回路的体积加大，电路便得复杂，调试困难，成本也加大。因此，这次我们设计的是8路遥控，遥控数目较多，所以不宜采用频分制而采用码分制遥控方式。5104/SM5032C红外遥控电路 BA5104SM5032C均采用CMOS 工艺制成，静态功耗极低。载波频率设计为38kHz，工作电压范围为2.5-5V。其中BA5104为编码电路，其引脚排列如图13，C1、C2为用户编码端。接地代表“1”，悬空代表“0”，因而可以编成4个密码。K1K8为遥控按键输入端，内部设有下拉电阻。OSC2、OSCl为外接455kHz晶振端。LED外接发光管作工作状态指示 。Do为载波信号输出端。SM5032C为译码电路其引脚排列如图13，DI为遥控信号输入端。HP1HP6为脉冲输出端。CP1、CP2为双稳态互锁输出端。C2、C1为用户编码端，与BA5104对应 0SC为38kHz振荡外接RC元件端，一般R=3943k，C=1000p。图13 BA5104/SM5032C引脚排列BA5104参数表SM5032C参数表2.4 具体电路设计按键逻辑产生电路编码电路调制电路红外发射电路1、原理框图发送端原理框图控制电器译码电路放大解调电路解码电路红外接收电路接收端原理框图2、发射端电路图：图中编码IC为BA5104。K1K8是遥控按键输入端，内接下拉电阻。当按下K1K8的任一遥控键时，由BA5104的12、13脚所接内部时钟电路与外接455kHz晶振、C1、C2组成的振荡电路起振工作，经电路内部整形分频产生38kHz载频。IC将K1K8及C1、C2输入的数据进行编码。由15脚DO端串行输出，经三极管Q1、Q2复合放大后驱动红外发射管发送出调制载波红外线脉冲信号。14脚为发射状态显示输出端。有高电平输出时。LED1亮。反之不亮。 、 脚(CI C2端)为用户编码输入端。每一脚可任意设定“1”(接地)或“0”(悬空)两种状态。从而可以设定4种不同编码。16脚VDD接正电源5V。 脚VSS接地。发射输出波形如下图所示。发射输出波形在实际的焊接过程中，由于9013、9014和S8050管脚排列是直线型的，所以我们在实际的焊接中，用9013代替了D15819013管脚图发射端元器件：1.发射器中的XL应选用455kHz陶瓷振荡器或遥控电视用的455kHz晶振。2.电容C1、C2选用100pF瓷片电容。3.LED1为光二极管。4.KEY1KEY8可选用小型微动开关或导电橡胶按键。5.三极管Q1为2SC9014，Q2 为2SC8050。6.LED2用红外发射管，LTE5208A，也可选用其它型号的。3、接收端电路图：遥控接收电路如上图所示。红外信号由通用红外接收器SM5032C完成前置放大、载波选频、脉冲解调。当有红外脉冲信号到来时, SM5032C输出低电平。经Q1反相后,作用于解码电路SM5032C的DI端( 脚)。输入信号经SM5032C内部进行比较、解码后,由 脚(HPCP端)输出相应的控制信号。SM5032C的HP1HP6端输出持续电平信号。当按下发射器KEY1KEY6任一键时。在HP6端加接D触发器，则变为双稳态输出。HP1输出第一个脉冲时，IC3的Q端由低变高，D6发光。HP6输出第二个脉冲时，Q端变为低电平，D6熄灭。CP1、CP2端为反相电平输出端(自锁)。当按下发射器KEY7、KEY8中某一键时，SM5032C相应CP端输出电平翻转，即“1”变为“0”或“0”变为“1”。从而控制继电器的开关和发光二极管D9的亮与灭。每按一次。输出电平即翻转一次。Cl、C2端(12、11脚)为用户码输入端,每位可设定“1”(接地)或“0”(悬空)。可设定4个用户编码。要求与BA5104中的C1、C2端设定的编码相同。电容Cl、电阻R2与13脚内部电路组成时钟振荡器，频率为38kHz。14脚VDD接正电源3V。脚VSS接地。SM5032C直流特性见SM5032C参数表所示。，输出波形如下图所示 输出波形接收端元器件：1.接收器中，通用红外接收头BA5302可用索尼公司的CX20106或其仿制品KA2184， 也可用NEC 公司的u PCI373H或三洋公司的LA7224。2.三极管Q均用2SC9014，要求100。二极管D均为1N4148。3.电容C1用1000pF瓷片电容，容值误差8米控制电路 8路7个led灯5 系统使用说明5.1 系统外观及接口说明 发送端电路 接收端电路5.2 系统操作使用说明按一次1到7开关，对应的led灯亮，再按一次，对应led灯灭。按8开关灯泡亮，再按下，灯泡灭。按下任意开关，发射端指示灯亮。6 思考题1编码信号通过发射管发射之前，为什么需要用载波信号进行调制？答：低频信号容易受到干扰，经载波调制后的信号频率更大，适合在无线信道中传输，收发效果好2 红外遥控的距离与什么因素有关？答：遥控距离取决于发射管本身的发射功率，视角，外加光学透镜及接收管性能，此外红外线具有可见光的散射特性，在经过一段距离后它的发射面积增大，使控制信号的能量分散，单位面积上的能量量度减弱，因而失去控制功能。3 使用电子开关控制强电设备时，需要考虑哪些问题及参数指标？答：强电设备工作电压高，功率大，控制过程中要考虑安全电压，最大电流及功率。控制时应注意电流的限制，接必要的保护装置，如电阻，压降二极管等。开关需接放大装置以启动强电设备。4 如果同时有几套遥控开关电路工作，应如何设计电路以避免因相互干扰造成电路误动作？答：发射机部分电路可采用自动计算变化编码电路及专用集成芯片；接收机部分电路用解调本振放大时采用抗干扰接收及防泄波扰它电路，选频放大并校对，三级放大电路，识别密码电路，动态滚动核对识别电路，解码电路，触发自选择电路，阻进出干扰触发电路，晶闸调节大小与开关电路，抗进出干扰电源电路，应该可以解决干扰问题，不易引起误控。7 总结7.1 本人所做工作1 、购买元器件2 、焊接电路板3 、电路板的调试过程4 、撰写研究报告7.2 收获与体会我在此次试验中主要参与了焊接电路板与调试的过程。在仔细钻研过了组员设计的电路图后，主要由我来着手焊接大部分电路。 将专业所学投入到实践中的这个过程让我受益匪浅。焊接电路锻炼了我的稳重和定力，而反复的调试过程，寻找错误对比资料检查电路纠正错误，不仅极大的锻炼了我的耐心细致，也在不知不觉中复习与巩固了专业知识。一个很明显的提升是，此次电路板的错焊漏焊情况相比上一次实验有明显的减少。虽然很遗憾，最终没有实现预期功能，但在此过程中收获了大量经验教训，提升了专业素养，增进了和同学的交际，这些对于日后的发展都是无价的。7.3 缺陷与不足此次的实验设计：首先，使我认识到自己在专业知识上的欠缺，由于基础知识体系略有欠缺，导致实际运用时不能得心应手，电路图有一些原理上的缺漏，导致设计走了些不必要的弯路。错焊漏焊的错误或许很容易检查出，但原理上的错误往往是当局者迷，常要走过许多弯路才能回头。第二，在元器件的选择上缺乏对比调