电子技术课程设计_模拟电子_数字电子 红外线遥控.doc

摘要本文对红外遥控简易电路进行了初步阐述。对红外线遥控/探测技术进行了研究探讨。特别是对红外线发射原理，红外线接受原理，红外线控制原理进行了阐述。目前红外控制原理在我们的生活中到处可见，在对它进行了研究之后，本文又专门对红外发光二极管的驱动，几种红外光发射电路和PC1373H（KA2181）红外专用接收集成电路进行了深入研究。并且运用红外遥控知识，进行了红外线遥控电风扇工作电路的设计。实际应用了所学的以及查阅到的红外线知识。设计过程中运用了光敏二极管，三极管，LC219/LC220A集成电路，PC1373集成电路，电风扇控制集成电路LC9010，电动机，扬声器等器件关键词：红外线；红外线发射电路；红外线接收电路；红外线控制及探测基本原理；红外线遥控电路的设计。目录1 红外线12 红外线控制基本原理22.1 红外线辐射及近红外光波谱 22.2 红外光发光方式及红外发收系统的基本组成 22.3 红外探测/遥控系统的基本结构和控制方式32.4 红外发光二极管的驱动42.5 七种常用红外发射电路52.6 PC1373H（KA2181）红外专用集成接收电路52.6.1 PC1373H的组成和功能52.6.2 PC1373H集成电路的电62.6.3 以PC1373H为核心组成的红外接收电路63 红外线遥控电路总设计84 总结与结论 13课程设计体会 14参考文献15致谢16综述红外线近年来广泛应用于工程技术领域，因为其获取方便，物理、电性能优越，被越来越广泛的应用于日常电器中。红外线就是波长介于0.75-3 m到1000 m之间的电磁辐射.在红外技术领域中，由于不同波长的红外辐射在地球大气层中传输特性的不同，通常又把整个红外辐射分成下列几个波段，分别称为：近红外：波长范围0.75-3 m；中红外：波长范围3-6 m；远红外：波长范围6-15 m：极远红外15-1000 m。红外实验和理论的发展，促进了红外技术的建立。二十世纪初，科学工作者开创了红外学谱和精密辐射学的应用，对恒星和行星的温度进行了辐射测量并把红外光源用于医疗过程。1920年到1950年间出现了红外探测、保密通讯、防盗预警、温度遥测等设备的专利文献。第二次世界大战期间红外探测、红外夜视等军用红外技术相继出现。第二次大战后，尤其是五十年代以来，半导体工艺以及激光技术，它提供了高灵敏度，响应速度快的光子探测器和单色性好、能量集中的相关光源，使得红外技术得到了突飞猛进的发展。到了今天，广泛应用于工业、农业、国防、医疗、交通等各行各业，已逐步形成了一个相对独立的红外丝系统工程领域。本文主要针对红外遥控领域进行研究讨论。1 红外线 1800年英国天文学家威.赫谢耳（W.Herschel）在研究太阳光谱的热效应的时候，发现产生热效应最大的位置是在可见光谱的红端以外（光谱中红端以外的线故简称为红外线），比从而首先发现了太阳光谱中还包含看不见的辐射能。当时他称这种辐射能为“不可见的光线”，后来人们就称它为红外线，而且，直到目前为止，受热物体仍是最重要、最常见的红外线辐射源，所以，早期对红外线的研究，往往把它叫做热辐射。自从红外激光器和其他类型红外辐射源问世以后，再把红外辐射仅仅理解为热辐射，就有些片面。现从所周知，红外线和无线电波、可见光、X射线等一样都是电磁辐射。通常按照它们各自所占据的波长（或率）范围排列起来形成电磁波谱。红外线就是波长介于0.75-3 m到1000 m之间的电磁辐射.在红外技术领域中，由于不同波长的红外辐射在地球大气层中传输特性的不同，通常又把整个红外辐射分成下列几个波段，分别称为：近红外：波长范围0.75-3 m；中红外：波长范围3-6 m；远红外：波长范围6-15 m：极远红外15-1000 m。红外实验和理论的发展，促进了红外技术的建立。二十世纪初，科学工作者开创了红外学谱和精密辐射学的应用，对恒星和行星的温度进行了辐射测量并把红外光源用于医疗过程。1920年到1950年间出现了红外探测、保密通讯、防盗预警、温度遥测等设备的专利文献。第二次世界大战期间红外探测、红外夜视等军用红外技术相继出现。第二次大战后，尤其是五十年代以来，半导体工艺以及激光技术，它提供了高灵敏度，响应速度快的光子探测器和单色性好、能量集中的相关光源，使得红外技术得到了突飞猛进的发展。到了今天，广泛应用于工业、农业、国防、医疗、交通等各行各业，已逐步形成了一个相对独立的红外丝系统工程领域。2 红外线控制基本原理2.1 红外线辐射及近红外光波谱在红外辐射，红外辐射与典型应用一书中，对红外辐射的本质，基本规律及传输特性进行了全面论述。红外辐射又称为红外线或红外光。红外光是人眼看不见的光，是一种电磁波。目前在工业或民用的红外光探测/遥控中所使用的红外光谱主要集中在0.61.60m（7601600nm）的近红外区。采用近红外光作为红外探测/遥控的光源，主要基于如下理由：一般的接受用的光点二极管，光敏三极管大豆采用硅（Si）半导体材料而制作而成，这类管的接受峰值波长为7801550nm，即管子对波长为7801500nm的红外光的探测灵敏度最高。红外光发射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs或GaInAsP等半导体材料制作的红外发光二极管（英文缩写为IRED），其发射波长在8801700nm范围内，这与Si光电接收器件（包括发光二极管，光敏三极管）的响应波长相匹配，使探测灵敏度高，工作效率高。2.2 红外光发光方式及红外发收系统的基本组成使用红外发光二极管获得近红外光是相当简便的。红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，再加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。除支流电流驱动方式外，发光二极管（英文缩写LED）还有交流电流驱动方式和脉动电流驱动方式等。交流电流驱动方式主要用于红外测量、检测及较简单的红外光通信电路中。对红外通信（包括红外激光通信）来说，调制频率、调制带宽是重要的通信指标。 在红外探测/遥控系统中，对红外光二极管一般不采用恒定支流驱动方式，即平均发射方式，而采用脉动电流驱动方式，即脉冲式红外光发射方式。平均发射方式是指通过启动支流供电电源直接驱动发光二极管发出恒定的红外光。红外发光二极管的功率一般较小（大都小于100mW），而平均发射方式的功耗较大，而且抗干扰能力较差。为了提高红外探测/遥控系统的作用距离，而又不使红外发射管过载，一般不采用平均发射方式，而采用脉冲发射方式或调制载波脉冲发射方式。红外探测/遥控系统的有效作用距离取决于发射二极管辐射的峰值功率，而峰值功率是由馈给二极管的电流峰值功率所决定的。峰值功率越大，驱动电流的平均值越小，而发光效率就越高。脉冲发射方式或调制载波脉冲发射方式可使红外发射管的平均功率减少，提高系统的有效距离，且大大提高了红外探测或遥控系统的抗干扰能力。2.3 红外探测/遥控系统的基本结构和控制方式根据红外光探测/遥控系统的用途、光束路数、通道的多少及编码方式等可将其分为以下几种结构或方式。1） 单通道红外遥控开关方式这是最简单的红外遥控方式，是一种单光束、单通道的控制方式。执行器件可以是继电器或可控硅器件，达到控制对象开关的目的。2） 单通道步进式红外遥控方式为提高红外光的发射效率和实施对多个器件的步进式开关控制，常采用脉冲编码方式。采用这种方式，可以大大提高红外发光管的发射效率，降低对发射管功率的要求。远距离的红外光探测/遥控系统一般不采用全时空的平均发射。发射和接受红外光时增加红外光束光学聚焦系统，其目的是将一定扩散角的红外光聚集成一束发射出去，并将接收光束聚集在红外光电探测器的光电转换的“窗口”中，可使检测到的游泳信号强度提高很多，从而使遥控距离大大增加，可由几米增加到几十米。3） 双光束红外探测/遥控方式开关式和步进式两种遥控方式都是单路红外光束控制方式。对于系统来说，在单光路上出现异物的阻挡或干扰，就会出现错误动作或误报。双光束红外探测/遥控方式是通过两只串联的红外发光二极管发射两束红外光的，两只管的间距约为75mm。同样，在接收段是通过两只并接的光敏三极管来接收红外光束的，两只管的间距也为75mm左右。因此，每只光敏三极管都能手到来自两只红外发光二极管中的任一只发来的光束。如此，当某条光束被活动异物以外阻挡时，该接收系统可避免因某一光路阻挡而导致的误报。只有当两束光都被阻挡时，才会发生误报。同时，双光束红系统在红外发射管驱动电流给定的情况下，能发射双被于单射束系统的能量，可使有效探测距离大大增加。接收系统并接的双光电探测器使接收到的红外信号能量也成倍的加大，使遥控灵敏度得以提高。4） 多通道红外探测/遥控方式当遥控通道数较多或被控对象数目较多时，单通道红外遥控方式很难满足控制要求。多通道红外控制方式能满足多通道、多对象的控制。多通道红外遥控按照产生控制指令的方式和指令特征的不同，通常可分为频分制红外探测/遥控和码分制红外探测/遥控两类。这两类控制方式各有自身的特点。一般说来，在控制通道很多的情况下，要采用码分制红外遥控。2.4 红外发光二极管的驱动1） 单个发光二极管的驱动电路 单个发光二极管常见的驱动电路如图图 2-1单个发光二极管常见的驱动电路图 2-1 所示电路为最简单的恒定直流电流驱动电路，其中Rs为限流电阻，改变Rs的阻值大小，使驱动红外光二极管的电流为最家电流，从而使输出红外功率尽可能大。限流电阻Rs的阻值大小可由下式估算： （2-1）式中：E为供电电源GB的电压（V）；为红外发光二极管的征象压降（V）；为红外发光二极管的工作电流（A）。发光二极管的辐射强度随着工作电流的增大而加大。设计电路是，应使限定在给定的电流范围内。的大小会影响管子的征象压降。管子不同，值也不同。2） 多个发光二极管的驱动电路如果需要用一个电源（或信号源）同时与动多只红外发光二极管以家大红外发射功率，或形成一定的辐射方向性图（或射束），常采用如图 2-2、图 2-3所示的两种驱动电路。图 2-2 一个限流电阻接多个发光二极管图 2-3 多个发光二极管的串、并接2.5 七种常用红外发射电路红外光发射器电路有支流电流驱动电路，交流电流驱动电路和麦冬电流驱动电路三种。按照构成发射电路所用之器件的不同，可分为分立元件组成的发射器电路、以通用集成电路为核心组成的发射器电路和由专用红外集成电路构成的发射器电路等。基本的红外光发射器电路、分立元件无稳态多谐振荡红外光发射电路、与非门振荡红外光发射电路、20kHz窄脉冲红外光发射电路、双音多频编码红外光发射器电路、码分制红外光脉冲编码发射器电路、通用型红外光发射器的输出级。此为7种最常用的实用红外发射电路。2.6 PC1373H（KA2181）红外专用接收集成电路2.6.1 PC1373H的组成和功能PC1373H集成电路包括前置放大器、限幅放大器、峰值放大器、峰值检波器、整形电路、自动偏压控制电路和自动亮度电平控制电路（ABLC）等，ABLC可保证在输入信号较弱时有较高的增益，而在输入信号较强时放大器又不会过载，以保证红外光强度变化较大时该集成电路能正常工作。PC1373H内的放大器不带用于滤波的网络，使用时应在外电路中接入一个LC谐振网络，以便进行选频放大。在接入合适参量的L、C元件后，PC1373H可成为一个高灵敏度、高增益（约60dB）的红外接收放大电路。2.6.2 PC1373H集成电路的电参数当PC1373H集成电路外加电压=9V是，该集成电路在静态下各引脚的电压如下表所列。表 2.1 静态时PC1373H各引脚的电压PC1373H引脚12345678电压（V）50.897.502.11.69PC1373H集成电路的主要电性能参数如表所列表 2.2 PC1373H的主要电性能参数参数名称符号单位最小值典型值最大值电源电压V68.514.4电源电流mA1.52.53.5输入阻抗k4060感光灵敏度V50接受频率kHz3050放大器增益GdB60使用温度-20+752.6.3 以PC1373H为核心组成的红外接收电路图 2-3是以PC1373H为核心组成的红外接收电路，它包括红外光点转换电路、PC1373H及外围电路和集成电极输出级。PC1373H的脚外接红外光电二极管；脚为PC1373H内的前置放大器的反相输入端，外接、滤波网络；脚外接LC谐振选频回路；脚为峰值检波的RC滤波端，外接、以实现检波和滤波功能。图 2-3 以PC1373H 为核心组成的红外接收电路3 红外线遥控电路总设计利用通用型遥控集成电路LC219/LC220A、红外接收专用集成电路PC1373和多功能电风扇控制集成电路LC9010为核心，设计红外线遥控电风扇的电路。设计总体电路图如下图 3-1 红外遥控发射器图 3-2 LC219 芯便功能框图图 3-3 红外接收、解码及控制电路图 3-4 LC220A芯片功能框图图 3-5 此总电路应用的单通道步进式红外遥控方式此红外遥控电风扇电路有如下四种遥控功能：1） 有弱、中、强三挡风速控制；2） 有正常风、模拟自然风两挡风类选择；3） 定时选择：0.5h,1h,2h,4h;4） 遥控关断功能。5） 上述四种功能由红外发射器的4位指令遥控操作，遥控距离不小于7米系统工作原理如下图 3-1所示电路为红外发射器电路，它是以脉冲编码遥控发射集成电路LC219为核心而组成的，外围电路简单。图 3-2是LC219芯片的功能框图。它包括编码输入电路、重复定时器、调制震荡器、脉冲震荡器和输出驱动级等。LC219的输出脉冲速率由芯片内的脉冲震荡电路和脚外接的、来确定，图示参数的脉冲速率在1kHz左右。该低速脉冲序列对高频载频进行调制，调制载波由芯片内的调制震荡器和11脚外接的、来确定，图示参数的载波频率为38kHz。因此，在按压的任何指令键时，编码输入电路将输入的控制指令进行判定后，将其送入定时器和脉冲震荡电路。定时电路产生编码电路所需的时钟信号，协调各部分之间的工作，使编码电路按时序对控制指令进行编码，并由编码脉冲对载波进行调制。已调制脉波冲由13脚输出，驱动由、组成的达林顿型放大器，使红外发光二极管、发出调制红外光脉冲。在图 3-3 所示的红外接受、解码及控制电路中，PC1373是红外专用接受集成电路，它内含前放、限幅、选频、积分和比较整形等电路。接在PC1373的7脚的红外接受二极管在接收到编码发射器发来的38kHz红外脉冲信号时，它将红外光信号变成相应的电信号，经PC1373的前置放大电路和由、组成的选频网络，使通带内的38kHz的信号得以放大，并滤除其他干扰波，然后经放大、检波、整形后，在PC1373的输出端1脚出现下跳变的控制信号，并经倒相后加至LC220A的信号输入端1脚。LC220A是与LC219配对使用的控制数据解码器，它由输入缓冲器、脉冲解码器、定时器和输出驱动级等组成，如图 3-4所示。由1脚输来的待解码脉冲经输入缓冲器加至脉冲解码器，解码后的信号经输出驱动级由AF端输出。这六路信号分别与编码器一一对应。在图 3-4所示电路中，LC220A的13脚（M端）接高电平，它使六路输出处于互锁状态，即在AF六路中，任何时候只要有一端有高电平输出，其余5路均呈低电平（无输出信号）。在控制电路中，LC220A的输出根据电风扇控制功能的需要，只选用了4路输出，即A、B、C及D互锁输出。这四路控制信号分别经加至的1、15、14和5脚。采用专用于多功能电风扇控制集成电路LC9010，它有4种控制功能：1脚为风速控制端；15为风类选择端；14脚为定时选择端；5脚为停止控制端。四个控制端均为低电平控制有效。为此，LC220A的四路输出要分别经反向器倒相后才能加到LC9010的各控制端。LC9010对输入的各控制信号进行鉴别和解码，并在其2，713脚分别输出各种控制信号：2脚为风类指示输出端；7-10脚为定时输出指示端，可分别指示0.5h、1h、2h、4h的定时时间；11脚为强风输出控制端；12脚为中风输出端；13脚为弱风输出端。LC9010的1113脚输出的信号分别经去触发并控制可控硅的导通角，从而控制风扇电动机M的转速（风速）。在LC9010的1脚加进风速控制信号时，由于芯片的内存ROM设置为中风启动，因而电风扇先以中速转动，3S后再自动转为弱风工作状态。在风扇启动时，将12脚的中风控制信号引出，经反向器反向后的高电平信号加至的触发端TG。采用HFC520系列语言合成集成电路，这是一种CMOS大规模集成电路，它内储有多种语言和各种动物叫声信号，一旦触发，便将内存的信号播出。它发出的信号经放大后驱动扬声器B发出设置好的声音。HFC520的典型工作电压为+4.5V。为此，设计了、稳压支路，由稳压输出4.5V电压为HFC520供电。在图 3-1所示电路中，IC采用通用型遥控集成电路LC219；、分别采用9013、8050型小功率管，；、选用SE303型红外发射二极管；、采用RT-1/8W型碳膜电阻器；采用CC1型瓷介电容器；选用CT4D型独石电容器。在图 3-3所示电路中，采用红外专用接受集成电路PC1373；采用与SE303型红外发射二极管所配套的PH302型红外接收二极管；选用与发射编码器LC219相配套的数据解码器LC220A；采用多功能电风扇控制集成电路LC9010；选用HFC520系列语言合成集成电路；选用小型塑封双向可控硅；采用2CW52（0.25W，4.5V）型稳压二极管；、采用小功率管9012和9013； ； 、采用1N4004型二极管；选用RJ-2-750k型金属膜电阻器；选用CBB-400V-0.75F型聚丙烯电容器；B采用YD57-2型电动式扬声器。4 总结与结论此次课程设计我选用了红外线遥控电风扇电路设计，采用了光敏二极管，三极管，LC219/LC220A集成电路，PC1373集成电路，电风扇控制集成电路LC9010，电动机，扬声器等器件。设计目的是能使用红外线发射设备对电风扇进行遥控。我用了先部分后整体的设计思想。从部分出发，先弄清楚红外发射电路及红外接收电路，再选取电风扇电路进行研究、设计，最后设计出整体电路。使得我能够用红外发射电路对整个电路进行控制。我使用的是单通道步进式遥控技术，也造成了整个电路最大的不足：遥控稳定性、灵敏性不足，容易受到环境距离的干扰限制。改进方法是将技术升级到双通道或多通道遥控技术，能够有效增强遥控稳定性。但系统成本也跟着相应提高。整个电路，从实用性来说，扬声器发出声音对系