无线遥控音乐门铃的设计与制作(1).doc

无线音乐门铃学 校：广东理工职业学院系 别：工程技术系专 业 名 称：通信技术学 生 姓 名：何盛添、张维杰、刘祖俊组 别：指 导 教 师：刘永福老师完成日期 2011年 06月 日摘 要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。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对居住环境的安全、方便提出了越来越高的要求，尤其是在智能化住宅中，人们迫切需要一种安全可靠、使用方便等优点于一体的智能化门铃产品。本作品采用无线电技术，用石英晶体进行稳频，结合专用的音乐集成模块电路，使得本制作具有性能稳定、音乐动听、功耗低等特点，制作好后只要按下发射，门铃就发出美妙的音乐。该无线音乐门铃用CD4069集成芯片作为发射和接收主电路，该电路采用的石英晶振稳频技术发送，接收由解调、放大、整形、声响电路组成。关键词：无线音乐片 CD4069AbstractThe traditional doorbell for cable the doorbell, use convenient, great show everyones life where. If the giants courtyard or often hear the doorbell homeowners, sometimes will not timely receiving visitors, is very awkward.As microelectronics technology, wireless technology and network technology rapid development and the peopleliving standard greatly improve the peoples living environment, safe, convenient and put forward more and more high demand, especially in intelligent residence, people in desperate need of a safe and reliable, easy to use advantages in the integration of intelligent doorbell products.This works using wireless technology, using quartz crystal for stabilizing frequency, combined with special music integration module circuit, makes this production has stable performance, music beautiful, power consumption low characteristic, make good after launch, just press the doorbell gives beautiful music.This wireless music the doorbell with CD4069 integrated chips as sending and receiving main circuit, this circuit USES of vibration frequency technology fits instability by sending, receiving, plastic, enlarge demodulation, sound circuit component.Keywords: wireless musical CD4069目录第一章 绪论- 1 -1.1当今无线电的应用- 1 -1.2门铃的发展历程- 1 -第二章 设计任务- 2 -2.1任务- 2 -2.2要求- 2 -第三章 无线遥控门铃工作原理- 2 -3.1反相器原理- 2 -3.2 TC4069UBP- 3 -3.3发射板原理- 4 -3.4接收板原理- 6 -3.5音乐片介绍- 6 -3.6系统设计原则与结构- 7 -3.6.1设计原则及指导思想- 7 -3.6.2系统结构- 8 -3.6.3功能简介- 8 -第四章 无线遥控门铃的组装- 14 -4.1清点元器件- 14 -4.2检测各元器件- 15 -4.3焊接前准备- 17 -4.4焊接各元件- 17 -5.4.1焊接操作的基本步骤- 18 -5.4.2焊接注意事项- 19 -4.5整机调试- 20 -4.6故障排查更正- 20 -4.7整机安装- 21 -4.8功能调试- 21 -第五章 总结- 22 -5.1归纳- 22 -5.2心得体会- 23 -致谢- 24 -第一章 绪论1.1当今无线电的应用无线电在我们生活中发挥着重要的作用，首先应当说的是无线电通信，拿我们日常最常见的手机来说就是最普及的一种无线电通信，这种由手机，基站，交换终端等设备组成的网络系统极大的方便我们的生活，其次是专网通信，其实CDMA最早是军队研发的，这种系统具有保密性好，信号稳定等特点，现在军队使用的通信大多具有跳频技术，即通信的若干方随时根据一定的规则转换频率，这样就更不容易被截获。现在说起无线电通信其实多数指的是电台通信，比如在灾害中，当基站或者交换系统无法工作时，电台通信就可以发挥其不依靠网络通信的优势，在应急通信中可以说电台通信具有无法替代的作用，这种通信手段还广泛的应用于武警，消防，林业部门等，而业余无线电爱好者也是这种通信的使用者之一。还有就是卫星通信，我们现在所看到的电视直播都是通过卫星信号来传播的，以及当宇航员与地面工作人员进行天地通话时也是一种无线电通信。另一个重要领域是无线电定位，当我们在一个地形复杂的地方需要定位的时候就要用到无线电定位技术，已经被救援机构，海事部门，户外爱好者广泛使用的GPS定位系统就是无线电定位技术。还有就是无线电控制，当我们在家里轻松的拿着遥控器调换电视频道的时候肯定就体会到无线电控制的巨大作用，当很多特种行业及普通的工业生产中，基于无线电控制的自动化是越来越普及，火箭升空，排爆机器人，深海探测，以及放射性垃圾的处理等等，无线电都是必不可少的。本次设计大赛的题目就是和我们生活相关的无线遥控音乐门铃的设计与制作，其实无线电就是一种传输信号的方式，随着无线电发展，以后必定会更加方便我们的生活。1.2门铃的发展历程随着经济的发展，人们的生活水平在不段提高，对产品的要求也越来越高，有线门铃已不在是消费者心目中满意的产品，更多的消费者追求更方便，性能更好的无线遥控门铃，进入市场上的无线门铃也越来越多。所谓无线门铃是针对传统的有线门铃而讲的。传统的门铃都为有线门铃，虽然它也极大的方便了我们的日常生活，然而在一些已装修好的室内，由于传统的门铃布置采用导线将门铃的各个设备连接到一起需要布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。这就需要者有一款能够不需要布线的遥控门铃，伴随着电子的发展，这样的一款产品也就应运而生。无线门铃不仅安装和使用方便，而且无线遥控音乐门铃能发出各种不同的优美音乐，用户可以通过转换开关选择喜欢的音乐。在现代家庭中，利用无线电技术制成的无线门铃和无线防盗报警器已广为应用，门铃的发展也将向着智能化、数字化、信息化。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃将不断被研究出来并生产流入市场。第二章 设计任务与要求2.1 任务设计并制作一款无线音乐门铃。2.2 要求（1）基本要求 每按一次按钮，相距30m以外的音乐盒便播放一次乐曲。（2）发挥部分内置不少于4首乐曲，通过一个按钮实现不同乐曲的轮流播放；连续敲门2下也可触发一次乐曲播放；开门以后乐曲播放自动停止；增加其它合理功能。第三章 无线音乐门铃工作原理3.1 反相器原理反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成.通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管.。两个MOS管的开启电压VGS(t h)P0,通常为了保证正常工作，要求VDD|VGS(t h)P|+VGS(t h)N。若输入vI为低电平(如0V),则负载管导通,输入管截止,输出电压接近VDD。若输入vI为高电平(如VDD),则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。图3-1-1 反相器原理图3.2 CD4069芯片原理CD4069是6反相器。所谓反相器，就是么相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。如图1脚和2脚为第一个反相器，本文称反相器1，之后称反相器2、3、，CD4069共有六个反相器。 图3-2-1 CD4069内部结构图 图3-2-2 CD4069实物图3.3发射板的原理发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。调制级电路32.768KHz晶体完成。发射器开关按下时，三极管与晶振组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。经Q1放大后由L1向外发射。LED信号为发射指示。Q1、L1、C3和C1电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L和C3及三极管的集电结电容C2决定。一般为200-270MHz。Q1的发射极如果直接接在负极时就能产生等幅高频波，再接在反相器的输出端就使输出受32.768KHz振荡信号调制，通过印刷电感L发射信号。按键每按一次就发射一次。 图3-2-1发射版原理图3.4接收板原理Q3、L2、C4、C16为超再生振荡接收器，L2为绕制线圈，在直径5mm的骨架上绕制，用0.51漆包线绕3圈，骨架中间用铜芯调节。当L2的振荡频率与发射端相同时，产生谐振，Q3的超再生信号就受发射端的调幅信号控制，L1为色环电感，阻止高频信号通过。超再生振荡电路具有自检波功能，检波后的调制信号在R14上产生压降，经R3、C7送入CD4069进行放大，整形再放大，这由三个反相器13和12、11和10、1和2(三级高增益放大器)完成，C8滤波滤除检波后的高频杂波，使用检波后的有用信号信噪比最大。经三极放大后的调制信号与发射端（低频32.768KHz）同频， X1在电路中起选频作用，同频率的信号能顺利通过，免除了许多不需要的各种外界信号的干扰，选频后的信号送入Q2放大整形，该信号的幅度还较低，经最后两级开路反相放大后输出等幅方波信号。R21限流，C11滤波，对方波进行平滑滤波，并有数十毫秒的延时，也能消除外界尖脉冲对触发电路的干扰。 图3-3-1 接收板原理图3.5音乐片 本电路采用T21894音乐芯片16种声音可选择，双音叮咚，西敏寺，爱丽斯等。K1是乐曲播放，音乐信号经Q1放大推动喇叭发出优美的门铃音乐声，K2乐曲选择开关 3.6系统设计原则与结构3.6.1设计原则及指导思想该无线音乐门铃系统用简单的高频发射和采用CD4069集成芯片作为接收主电路，合理的设计应该在保证产品必备功能的前提下，使制造成本最低，使电路更简单。同时，还要保证系统电路的性能和稳定性，确保电路能正常工作，避免出现因电路电流过大而烧坏元器件的现象。3.6.2系统结构按下开关调制振荡稳频高频振荡发射信号3-4-1发射板工作原理方框图振荡接收电路解调信号放大选频整形推挽功放3-4-2接收板工作原理方框图3.6.3 功能介绍发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。接收板由超再生振荡接收器完成接受信号功能。当有人按下发射板开关时，发射器开始工作，发射出电磁波信号；接收板产生谐振，经整形、功率放大推动喇叭发声。第四章 无线遥控门铃的组装4.1清点元器件元件清单如下：4.2检测各元器件元器件的检测是个不可或缺的环节，这一环节的细节会影响到后面的焊接与调试。检测元器件，并不仅仅只是检测其好坏和规格大小是否与标注的吻合，更重要的是我们要安大小类型分类，这样会对接下来的焊接过程起到事半功倍的作用。个元器件的测量方法有所不同，主要用到的测量工具就是万用表。下面将介绍几种原件的测量方法：1、电阻的测量现在常用的电阻都是色环电阻，色环电阻的阻值是以色环的形式标注的，器读数方法也比较通俗易懂，一种颜色代表一个数值，每种颜色代表的数值如下表：黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银01234567895%10%色环电阻通常有四环和五环，两种电阻的读数方法大致相同，四环电阻的阻值的表示法规则是第一道环表示第一位有效数，第二道环表示第二位有效数，第三道环表示倍乘数，第四道环表示允许的误差百分比。五环电阻的阻值的表示法规则是第一，二，三道环分别表示第一，二，三位有效数字，第四道环表示倍乘数，第五道环表示允许的误差百分比。通过以上方法可以很准确的读出色环电阻的阻值，然后将万用表打到欧姆档，测量出该电阻的实际阻值。如果测量结果与色环所表示得阻值在允许的误差范围内，则这个电阻是好的，否则，可得出此电阻已损坏。2、二极管的检测二极管测量的方法是先把拨到“欧姆”档（通常用R100或R1K），然后用分别接到二极管的两个极上去。当表内的电源使二极管处于正向接法时，二极管导通，阻值较小（几十欧到几千欧的范围），这就告诉我们黑表笔接触的时二极管的正极；红表笔接触的时二极管的负极；当表内的电源使二极管处在反向接法时，二极管截止，阻值很大（一般为几百千欧），这就告诉我们黑表笔接触的是二极管的负极，红表笔接触的是二极管的正极。在用欧姆挡的R100档位和R1K档位测量同一只二极管的正向电阻时，测得的阻值是不同的。这是由于R100和R1K两种量程所对应的等效内阻r不同，在电源电压E不变时，流过表头的电流也不同的缘故。如果的表笔接二极管两端正反接都不动说明二极管击穿了，如果正反接都是0欧姆说明二级管内部短路都是坏的。测二极管有阻值说明是好的。3、.三极管的检测根据三极管的基极与集电极、基极与发射极之间的内部结构为两个同向PN结的特点，用万用表分别测量其两个PN结(发射结、集电结）的正、反向电阻。若测得；两PN结正向电阻均很小，反向电阻均很大，则三极管一般为正常，否则已损坏。4、瓷片电容、电解电容的检测打在电阻挡（R100),将任意一根表笔接触电容一只脚，另外一根接触另一只，这时表针会迅速上升然后缓慢下降，这是电容的充放电过程，说明该电容时良品；如果无变化，交换一下表笔的位置出现上述情况的话则说明该电容也是良品；如果表针都没反应则说明该电容已失效；如果只升不降那就是该电容漏电了。 电解电容器的管脚有正、负之分，判断方法为正级管脚长，负级管脚短。在检查它的好坏时，对耐压较低的电解电容器(6V或l0V)，电阻档应放在R100或R1K档，把红表笔接电容器的负端，黑表笔接正端，这时指针将摆动，然后恢复到零位或零位附近。这样的电解电容器是好的。电解电容器的容量越大，充电时间越长，指针摆动得也越慢。一些耐压较低的电解电容器，如果正、负引线标志不清时，可根据它的正接时漏电电流小(电阻值大)，反接时漏电电流大的特性来判断。具体方法是：用红、黑表笔接触电容器的两引线，记住漏电电流(电阻值)的大小(指针回摆并停下时所指示的阻值)，然后把此电容器的正、负引线短接一下，将红、黑表笔对调后再测漏电电流。以漏电流小的示值为标准进行判断，与黑表笔接触的那根引线是电解电容器的正端。这种方法对本身漏电流小的电解电容器，则比较难于区别其的极性。4.3焊接前准备1、将某些元器件按照印制电路板中的焊盘间的距离大小进行90度折弯，为焊接做准备2、准备焊接工具：电烙铁，焊锡丝，镊子，尖嘴钳，偏口钳，螺丝刀，吸锡器等4.4焊接各元件4.4.1焊接操作的基本步骤(1）准备施焊(2）加热焊件(3）熔化焊料(4）移开焊锡丝(5）撤离电烙铁4.4.2焊接注意事项（1）元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。（2）在瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装时，引线不能太长，否则降低元器件的稳定性；但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件。一般要求距离电路板面2mm，并且要注意电解电容的正负极性，不能插错。电解电容立式安装焊接，不行就可改为卧式焊接，太高就会影响后盖的安装。（3）集成电路的焊接：TC4096为双列14脚扁平式封装，在焊接时，首先要弄清引线脚的排列顺序，并与线路板上的焊盘引脚对准，核对无误后，先焊接1、14脚用于固定IC，然后再重复检查，确认后再焊接其余脚位。由于IC引线脚较密，焊接完后要检查有无虚焊，连焊等现象，确保焊接质量。（4）发光二极管主要用来进行发射端和接收端开关的指示。为使二极管正好露出头，当电路基本焊接好后，适当和外壳比较，使其管脚的长度正好适合其露出头。焊接时要注意二极管的正负极。 (5）焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。 (6）焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。 (7）焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。一般焊点整个焊接操作的时间控制在23s。 (8）焊接时，烙铁头不要对焊点施加力量或加热时间过长，否则会引发高温损伤元器件，高温焊点表面的焊剂挥发严重，塑料、电路板等材质受热变形，焊料过多焊点性能变质等不良的后果。 (9）元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为宜，多余的可以剪掉。 (10）焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。4.5整机调试1、 发射器的调试：所有元件焊接好后，注意检查微动开关是否可听到清脆的开关声；2、 如有频率计或频谱仪等仪器，可在装入发射器电池后按动遥控器检测是否有高频无线电波发射，如没有这些仪器，也可用收音机或接上电脑的音箱，当按动遥控器时，可听到吱吱声，这就表明发射部分工作正常。3、 接收器的调试：全部元件安装完成后，电源引线连接时一定要注意极性不要装反；4、 装上二节5号电池，按动音乐选择按键，正常可以听到音乐声，每按一次，换一种音乐，一直循环，若发现不会响，应仔细检查喇叭线是否焊牢，音乐片的引脚是否有虚焊等；5、 以上几项都正常后，便可以进行发射与接收的联调，将发射器放在接收器边上，按动遥控器，若有声音了，再将两者的距离加大，再按，若没有声音了，用无感螺丝刀调节接收器上的可调电感，直到按下遥控器门铃会响，继续加大两者的距离，用上述方法反复调试，直到距离在30米以上都可以可靠进行遥控时，说明遥控门铃的调试工作完成。4.6故障排查更正在调试过程中会遇到很多问题，需要我们进行检查。如当接通接收板电源后，音乐就响起，这时通常是Q2短路使输入信号为高电平，就要检查Q2三个引脚是否搭焊。另外，在调试过程中出现问题，请仔细检查元器件（如三极管极性、集成块缺口方向、音乐芯片焊点等）是否接错，检查是否搭焊、错焊、虚焊等。对调好的门铃发射接收器，你有可能认为距离还不能达到你的要求，只有8-15米远，你可以再进行升级。找一段直径0.3-0.6mm的漆包线，一端在L2上绕上一圈，另一端弯成环形一圈，作为外接天线，增强信号接收能力。增加了这个天线后，接收机的频率还要按前面介绍的方法再次进行微调，是微调，因为加了天线会使接收的频率改变一些。4.7整机安装安装注意事项1、 本制作套件中，对高频部分电路元件的安装，尽量让元件靠近电路板，即把元件全部插到底后焊接，焊接时所选用的焊锡丝尽量选用含锡量较高的产品，若用到松香作为助焊剂，一定要保持电路板上的清洁，否则元器件引脚较长及电路板上留有较多的松香，会使得电路的分布电容增加，使得高频振荡部分电路不稳定，从而影响整机的性能。 2、 发射器线路板安装时，特别要注意微动开关动片与塑料外壳的配合，正常时按下发射开关后，应听到清脆的开关声音，若装上电路板固定螺丝后，出现无法按动开关等现象，应仔细检查微动开关动片与塑料开关是否有卡死。 3、 发射器电池安装簧片与线路板的焊接时，一定要先在电路板和电池簧片上上锡，由于电池簧片金属部分面积大，散热也快，因此上锡时注意不要烫手，将电池簧片与线路板焊接时，接触面积一定要大，否则装电池时这部分元件会承受较大的机械力，容易松动或脱落，同时也要注意线路板上焊接的时间不要太长，否则容易使线路板上的铜皮脱落。 4、 音乐集成电路安装时注意时间不要太长，有条件的话，电烙铁最好外壳接地，焊音乐片时可先将音乐片的第一个脚进行上锡，注意不要太多，否则无法插入线路板上的小槽，音乐片与线路板焊接线，线路板上应全部上过锡，当插入音乐片后，先将第一只脚与线路板进行焊接，让其定位，然后再将最后一只脚焊上，等焊锡冷后，音乐片便牢牢地装在线路板上了，这时再去焊另外的引脚就会方便许多。4.8功能调试1、 发射器的调试：所有元件安装好后，将电路板切割好，检查微动开关是否正常使用。2、 在用频率计或频谱仪等仪器，在装入发射器电池后按动微动开关检查是否有高频无线电波发射，若没有这些仪器可以用收音机或者接上电脑的音箱，当按动遥控器时，可以听到“吱、吱”声，这就表明发射端的工作正常。3、 接收的调试：全部安装完成后，装上五号电池，按动音乐选择按键，正常是可以听到音乐声，每按一次，换一种音乐，一直循环，若不响，则检查喇叭是否有焊牢，音乐片引脚是否有虚焊等；4、 以上几项都正常后，便可以进行发射与接收的联调，将发射器放在接收器边上，按动遥控器，若有声音了，再将两者距离加大，再按，若没有反应了，用无感螺丝刀调节接收器上的可调电感，直接按下遥控器结接收会响，继续加大距离，再用上述方法反复调试，知道20米以上都可以可靠进行遥控时，说明遥控铃调试完成。第五章 总结5.1归纳该电路用先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术，接收由解调、放大、整形、声响电路组成，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。但随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，无线音乐门铃将满足不了人们的生活需要，无线可视门铃已逐渐走进人们的生活。随着生活节