红外遥控开关设计.doc

红外遥控开关设计摘 要：本文设计一种红外遥控开关。包括红外遥控发射和接受装置。详细介绍这两部分的组成、性能、适用范围及工作原理。并给出了电路原理图及元件参数选择。同时也给出遥控距离大于6米的设计说明。接收装置采用用CX20106处理接收到的信号并采用锁相环加密。关键词：红外遥控 锁相环 振荡器 CX201061 引言现在，大多数人乃至小孩都知道遥控开关的使用，而对遥控开关的原理和如何工作的情况却不是太了解。本篇论文讲述的是红外遥控开关的设计，可以让人们认识和了解红外遥控开关的原理，总体设计理念，设计方法以及其中各部分元件的作用。探讨其控制距离的变化对控制开关的影响，如何增大遥控距离等。使读者能够了解红外遥控开关的控制情况。2 总体设计方案2.1 设计思路一个完整的红外遥控开关包括红外遥控发射装置和红外遥控接收装置。每一部分的设计思路不同。对于红外遥控发送装置，由于是人们经常接触的，出于安全考虑，使用低电压的电源。应该包括控制电路，方波振荡器，和红外发射装置。由开关控制产生的信号经过方波振荡器整形后通过控制三极管的基极控制三极管的导通与否从而控制在其集电极的红外发光二极管的接通与断开，实现红外光脉冲的发射。而对于红外遥控接收装置，本来所接收的信号就不是太强，再经过在空中的传播，红外光线脉冲信号有一定的衰减，所以红外遥控接收装置首先必须由一个红外遥控接收头，而且里面必须得包括一个红外点信号处理集成电路。所接收到的信号在这个电路里进行放大、限幅、选频、检波、及整形处理，然后在送入解调器电路中。解调器的重要组成部分是锁相环，用锁相环对所设计的电路进行加密，只有符合一定频率的信号才能被接收电路接收。锁相环接收到信号后输出的是一个低电平的信号，经双稳态D触发器后接到控制执行电路中。实现对电器设备的遥控。2.2 总体设计框图2.2.1 发射装置设计框图及元件组成红外遥控发射装置原理组成方框图如图1发射控制电路1KHZ方波振荡器40KHZ方波振荡器红外发射电路 图1 红外遥控发射装置原理组成框图（1）发射控制电路该电路由电源，两个电阻，两个点解电容和一个开关组成。普通干电池作为电源，大约输出3V左右的直流电压供后级电路使用。再由控制按钮S1,电阻器R1、R2和电容器C2组成。S1的导通与断开会引起R2上端电平的变化，从而控制方波振荡器是否器作用。发射控制电路如图2所示。图2发射控制电路（2）1K方波振荡器该电路主要由两个与非门D1、D2和电阻器R3，R4电容器C3组成的。该电路本身就是一个震荡电路，与非门D1接发射控制电路的输出端，当前边电路输出高电平时，与非门导通。方波振荡器自身震荡，产生1KHZ的方波，控制后边与非门D3的通断。1K方波振荡器如图3所示。（3）40方波振荡器该电路主要由两个与非门D3、D4和电阻器R5，R6电容器C4组成的.该电路在1KHZ方波振荡器产生震荡波时产生40KHZ的振荡波。 图3 1K方波振荡器（4）红外发射电路该单路由晶体管V1，电阻器R7，R8和红外发光二极管VL1组成。当R7左边是高电平时，晶体管v1导通，使发光二极管和R8上有电流流过，使二极管发出红外光线，而当R7左边是低电平时，晶体管v1截止，二极管不发出红外光。因此，40KHZ的震荡波就产生了40KHZ的红外光脉冲信号。红外发射电路如图4所示。图4红外发射电路2.2.2 接收装置设计框图及元件组成红外遥控接收控制装置原理组成方框图如图5 红外遥控接收头电路 解调 器电路双稳态 D触发电 路 控制执行 电路 电源电路 图5 红外遥控接收控制装置原理组成方框图图6电源电路（1）电源电路该电路由两个电阻，两个电容，一个二极管和一个稳压二极管组成。接收控制装置的电源电路是由交流220V电压经R19和C15限流降压，VS稳压，VD2整流及C14滤波后转化成5V左右的直流电压为其他电路提供直流工作电压。同时交流220V也为控制的负载（日光灯，白炽灯）的电源。电源电路如图6所示。（2）红外遥控接收头电路该电路主要由光敏二极管、红外电信号处理集成电路CX20106及其各个管脚上所带的电阻或电容组成。其中，CX20106具有前置放大，限幅放大，带同滤波，检波，整形的功能，最后输出的信号频率由5号管脚上的电阻值所决定。红外遥控接收头电路如图7所示。图7红外遥控接收头电路（3）解调器电路 解调器电路由锁相环音频译码器集成电路LM567和电阻器R13、R14，电位器RP，电容器C9-C12组成。其最主要的功能就是当输入端3输入一定频率的信号时，输出端输出一个低电平。解调器电路如图8所示。图8解调器电路（4）双稳态触发器电路 双稳态触发器电路由双D触发器集成电路和电阻器R15，电容器R13组成。当其S和R端同时为高电平时，输入一个低电平信号后，它的输出状态会在高低电平之间转变一次。双稳态触发器电路如图9所示。（5）控制执行电路控制执行电路由电阻器R16、R17，晶体管V2，发光二极管VL2和晶闸管VT组成。当触发器输出为高电平时，晶体管V2导通，晶闸管VT导通，负载与电源之间形成通路，负载可以工作。VL2发光，表示负载正处在工作状态。当触发器输出为低电平时，晶体管V2截止，晶闸管VT截止，负载与电源之间是断路，负载停止工作。图9双稳态触发器电路图10 红外遥控开关发射装置原理图3 电路工作原理分析3.1 红外发射电路工作原理红外遥控开关发射装置电路图如图10所示。在未按下控制按钮S时，1方波振荡器和方波振荡器均处于停振状态，D2和D4的输出端均为低电平，和VL1均处于截止状态。按下S1时，C2通过R2和S充电，使R2上的电压升高，1方波振荡器和方波振荡器均震荡工作，D4输出受1KHZ方波脉冲调制的40KHZ脉冲信号。该脉冲信号经晶体管v1放大后，驱动VL1发出调制红外光脉冲。3.2 红外接收控制电路工作原理红外遥控开关接收装置电路图见附录。在红外接收控制电路中，有红外电信号处理集成电路CX20106型，它可以对接收到的电信号进行放大，限幅，选频，检波及整形处理。锁相环音频译码电路可以在接收到一定的频率时输出端输出一低电平触发脉冲信号。按动一下控制按钮S，VD1接收到VL1发射的调制红外光，并将其转化为电信号，送至红外电信号处理集成电路进行放大，限幅，选频，检波及整形处理后，产生1KHZ的音频信号，该信号经过LM567的解调处理后，产生一个低电平触发脉冲信号，使双稳态触发器翻转，触发器的Q端（1脚）输出高电平，使V2饱和导通，VL2发光，VT受触发而导通，负载（用电设备）通电工作。再按一次控制开关S时，LM567又产生一个低电平触发信号，使双稳态触发器翻转，触发器的Q端输出低电平，V2和VT截止，同时VL2熄灭，指示负载已断电。3.3 元器件选择 （1）R1-R18选用1/4w碳膜电阻器或金属膜电阻器：R19选用1W金属膜电阻器。（2）RP选用小型密封式可变电阻器。（3）C1、C2、C5、C6、C8、C11-C14均选用耐压值为16V的小型铝电解电容器；C3、C4和C7均选用高频瓷介电容器；C9和C10选用独石电容器或涤纶电容器；C15选用耐压值为400V的CBB电容器。（4）选用型红外光敏二极管；选用型硅整流二极管。（5）选用型红外发光二极管；选用mm的绿色发光二极管。（6）VS选用1/2W，6.2V硅稳压二极管。V1选用S9014或3DG9014型硅NPN晶体管；V2选用S9013或39013型硅NPN晶体管。（7）VT选用触发电流低于15mA、耐压值为400V以上的双向晶闸管，其电流容量应根据受控负载的功率而定。（8）S选用动合(常开)按钮。3.4 元器件选择的依据3.4.1 振荡器振荡器使用以传递控制信息的是光脉冲信号，频率一般在40KHZ左右，而且是矩形包络信息。这样做的原因是：（1）红外发射管在短时间内可以承受的工作电流要比其额定电流要大许多。发射频率大。（2）为提高抗干扰能力，在接收电路中，采用“带通滤波器”有选择的放大频率为40左右的信号，对其他频率的信号则不予放大。甚至给予抑制。（）这种动态信息可用交流放大电路进行高倍放大。3.4.2 红外电信号处理集成电路CX20106CX20106的主要特点：由低电压供电，Ucc=5V。低功耗，典型功耗为9mw。中心频率由5脚所接的外部电阻确定。因而调整方便。集电极开路输出，易于进行电平转换，以便与非标准逻辑电平匹配。内部各级放大器之间采用交流耦合，因此可以做到很高的放大倍数而无需担心零点漂移。CX20106能够有选择的放大某一定频率范围（40左右）内的信号。对于该范围以外的其他频率的信号则不予放大或放大倍数极小。这一特性能够很有效的排除干扰信号。3.4.3 锁相环图11 锁相环LM567是一片锁相环电路，采用8脚双列直插塑封。其、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，f21/1.1RC。其、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。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。脚所接电容的容量应至少是脚电容的2倍。脚是输入端，要求输入信号25mV。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100mA。LM567的工作电压为4.759V，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的脚输入幅度25mV、频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图4的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。锁相环LM567如图11所示。3.4.4 遥控距离的问题常见的是遥控距离比较短，一般课通过增大红外管发射电流或将几个红外发射管串联发射等增强红外发射光的方法来解决。也可以使几个红外接收管并联接收，以提高接收灵敏度。也有可能是发射的载波频率与接收机带通滤波器的中心频率不一致，课试着微调发射载波的频率，使系统达到最佳工作状态。4 总结与体会两周的课程设计实习即将要结束了，我们的设计也进行的差不多了。虽然这次课程设计实习只有短短的两个星期，但是就是在这短短的两个星期时间内，我学到了以前没有学到的东西。以前感觉到好多的东西自己都会，都懂，很简单。但是现在看来，我所学的，我所知道的都只是皮毛而已。通过两个星期的课程设计实习。我认识到了很多自己不足的地方。以前感觉很简单很容易的东西，现在真正拿出来用的时候确实那么多的陌生。现在，看了那些实习的题目：水位控制器，抢答器.报警器.路灯控制器，音频放大器，交通灯，电子密码锁，我才知道以前学的是多么的重要。我们只是用学到的理论只是机械的去解答书上那些固定的题目。现在才发现，在实践上来讲，我们学习的理论没有跟实际联系在一起，现在想一下子用起来无疑只是纸上谈兵而已。经过两周的课程设计实习，我学到了很多专业方面的知识。在设计时，务必要求自己对每一个环节都要认真弄明白，每当遇到不懂的问题时，就去图书管查阅资料，在网上搜集各种相关的信息。这样一来大大增强了我的自学能力和独立能力。更重要的是，我拓展了思路，开阔了视野，活跃了思想。使我能够更好的运用所学到的各种理论。现在我发现，所有复杂的东西都是在简单的基础上衍生来的。通过这两个星期的实习，现在我就对自己充满了信心，敢于去动手，敢于去实践，敢于去偿试，敢于去面临挑战，不怕失败，不再放过自己任何一个想法。通过两周的实习，我明白了很多。理论，只有运用在实践中才能体现处它应有的价值。只有自己的东西，才是真正的。只有自己的实力提高了，才能更好的去完成自己想要做的事情。参考文献1何书森,何华斌.使用电子线路设计速成M.福建