哈工程红外遥控开关电子综合实验讲诉.docx
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哈工程红外遥控开关电子综合实验讲诉
电子电路实验3
综合设计总结报告
题目：
红外遥控开关的设计实现
班级：
20110813
学号：
2011081324
姓名：
王亚梁
成绩：
日期：
2014.05.27
一、摘要
随着科学技术的发展，各种电器，如电视机、DVD、加湿器等都用红外遥控器进行控制，如果各自都用自己的遥控器控制，使用起来不够方便，而且浪费资源。
本实验将设计一套通用型的红外遥控装置来对家用电器进行控制。
红外光是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，其波长在760纳米（nm）至1毫米（mm）之间，是波长比红光长的非可见光。
红外线遥控器原理比较简单。
通过遥控器里红外发射管把控制信号转换成不可见的红外线发出去。
被遥控电器里的红外线接收头接收红外线后，转成控制信号来控制电器。
红外遥控系统主要分调制、发射和接收三部分。
调制：
红外遥控发射数据时采用的调制方式即把数据和一定频率载波进行与操作，这样可以提高发射效率和降低电源功耗。
调制载波频率一般为30kHz—60kHz之间。
大多数使用38kHz占空比1/3的方波。
发射系统：
目前有多种芯片实现红外发射，可以根据不同选择，发出不同种类编码。
由于发射系统一般用电池供电，要求芯片功耗要低，芯片大多都设计成处于休眠状态。
当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗。
芯片所用晶振应该有足够耐物理撞击能力，不能选用普通石英晶体。
一般选用陶瓷共鸣器。
陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常这点误差可以忽略不计。
红外线通过红外发光二极管（LED）发射出去。
红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时发出红外线而不是可见光。
一般流过LED最大正向电流为100mA，电流越大其发射波形强度越大。
接收：
红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。
内部电路包括红外监测二极管、放大器、限副器、带通滤波器、积分电路、比较器等。
红外监测二极管监测红外信号把信号送到放大器和限幅器。
限幅器把脉冲幅度控制在一定水平。
而不论红外发射器和接收器距离远近。
交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30kHz—60kHz负载波。
通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平还原出发射端信号波形。
注意：
输出高低电平和发射端是反相的。
这样的目的为了提高接收灵敏度。
二、设计任务
2.1设计选题
选题三红外遥控开关的设计实现
2.2设计任务要求
设计制作一款双路红外遥控开关，能够分别遥控两路负载，可用于控制灯具、电风扇、加湿器等常用家用电器。
作用距离大于2m。
红外光峰值辐照度不小于40μW/cm²。
指向性要求：
圆锥角不小于30º。
欠压条件下的红外光峰值辐照度：
遥控器所用电源电压为额定工作电压的80%时，遥控器的红外光峰值福照度不小于20μW/cm²。
指向性要求圆锥角不小于30º
静态工作电流不大于3μA。
三、方案设计与论证
该设计是一种双路红外遥控开关，它能分别控制两路负载，可用于控制灯具、电风扇、排风扇等家用电器，设计介绍了可控制1KHZ和3KHZ的红外遥控开关，除具有一般红外遥控的发射、接收及控制外，还特别设计了利用锁相环实现加密的功能。
另外，由于使用的器件以及电路的性能都较好，它的抗干扰性也是很好的，特别适用于对发射和接收要求高的场合。
该红外遥控开关电路由红外发射电路和红外接收控制电路组成。
红外发射电路由1KHz音频振荡器、3KHz音频振荡器，40KHz载波振荡器和驱动输出电路组成。
红外接收控制电路由红外线接收头、音频译码器、反相器、双稳态触发器和控制执行电路组成。
系统方框图见图1。
图1系统方框图
频分制红外光遥控电路比较简单，调试简单，成本不大，通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。
这次的设计是两路遥控，所以采用频分制。
四、电路单元参数的选定和设计实现
4.1红外发射电路
图2红外发射电路图
红外发射电路由1KHZ音频振荡器，3KHZ音频振荡器，40KHZ载波振荡器和驱动输出电路组成如图2所示。
1KHZ音频振荡器由四与非门集成电路IC1（D1-D4）内部的D1和电阻器R1、R2、电位器RP1、控制按钮S1组成。
3KHZ音频振荡器由IC1内部的D2和电阻器R3电位器RP2、电容器C1，控制按钮S2组成。
40KHZ载波振荡器由IC1内部的D3、D4和电阻器R4、R5、电容器C2组成。
驱动输出电路由电阻器R6、晶体管V1和红外发光二极管VL组成。
当按下红外发射电路中的控制按钮S1时，1KHZ音频振荡器振荡工作，产生1KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。
当按下红外发射电路中的控制按钮S2时，3KHZ音频振荡器振荡工作，产生3KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。
4.2红外接收电路
图3红外接收电路图
红外接收控制电路由红外线接收头IC2、音频译码器、反相器、双稳态触发器（A1、A2）和控制执行电路组成，如图3所示。
音频译码器由音频锁相环集成电路IC3、IC4和外围阻容元件组成。
反相器由晶体管V2、V3和电阻器R8-R10、R13-R15组成。
双稳态触发器由双D触发器集成电路IC5（A1、A2）担任。
控制执行电路由电阻器R11、R16、晶体管V4、V5和继电器K1、K2组成。
当按下红外发射电路中的控制按钮S1时，1KHZ音频振荡器振荡工作，产生1KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。
红外接收头IC2接收到VL发射出的红外指令信号并对其进行放大和解调处理，解调后的指令信号经IC3译码、V2反相后去触发双稳态触发器A1，使A1翻转，V4饱和导通，K1吸合，其常开触头闭合，将第一路负载的工作电源接通。
再按动一下S1，A1又翻转为另一种稳态，使V4截止，K1释放，第一路负载的工作电源被K1的常开触头切断。
当按下红外发射电路中的控制按钮S2时，3KHZ音频振荡器振荡工作，产生3KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。
IC2将接收到的红外光信号进行放大和解调处理后，得到解调后的指令信号，该信号经IC4译码，V3反相后使A2翻转，V5饱和导通，K2吸合，其常开触头接通，使第二路负载运行工作。
再次按动S2后，则A2翻转为第一种状态，使V5截止，K2释放，第二路负载的工作电源被K2的常开触头切断。
调RP1和RP2可分别改变1KHZ音频振荡器和3KHZ音频振荡器的工作频率，从而改变遥控的灵敏度。
调试时按S1调RP1使K1动作，按S2调RP2使K2动作。
4.3波形仿真图
下图为红外发射部分的仿真图与仿真波形。
图4红外发射仿真图
图5输出波形
图4系统软件程序流程图
五、装调测试过程
5.1测试仪器
（1）示波器：
TDS3502B500MHz
（2）电源：
EM1712DC
（3）万用表
5.2红外发射部分电路测试
红外发射电路加正3V电源电压后，用示波器测试能够输出1KHZ和3KHZ的方波，如下图所示。
图61KHZ输出波形
图73KHZ输出波形
图8红外发射输出波形
六、实验注意事项及主要可能故障分析
在红外发射部分的测试，主要注意通过电位器调整输出波形，可以通过CD4011的4管脚的波形，如上图6和图7，当然也要在红外发射管观察是否有红外光发射出去，这个可以通过手机的拍摄观察到有紫红色的光，证明电路有红外光发射出去，在调试波形的过程中，遇见的主要问题是无法得到合适频率的波形，估可以通过改变图2中C1的值来调整，比如说我最后改成103（1000p）的电容，正好可以得到我需要的频率。
在红外接收部分的电路中，主要注意以下几点问题：
（1）红外接收头管脚一定要确定好，网上很多有关的管脚都是错误的，正确的管脚是这样的，1脚是OUT，2脚是GND，3脚是VCC。
（2）红外接收头还有CD4013、LM567的供电电压可以选择5V，但是继电器需要一个12V的电压，故我们可以通过7805去实现两个不同电压的分配。
（3）红外部分的调试可以通过示波器先观察接收头的OUT端是否接收到信号，然后在使用继电器前可以用LED灯先去做一下试验，看看你电路是否存在问题，如果有故障，就需要用万用表去看看是否有虚焊，是否有短路等。
（4）双路调试。
按下S1，一路继电器响应；按下S2，二路继电器响应。
七、参考文献
[1]侯建军.数字电子技术基础【M】.北京：
高等教育出版社，2003年
[2]陈永甫.红外探测与控制电路【M】.北京：
人民邮电出版社，2004年
[3]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计【M】.北京:
电子工业出版社，2002年
[4]彭介华.电子技术课程设计指导【M】.北京:
高等教育出版社，1997年
[5]毕满清.电子技术实验与课程设计【M】.北京:
机械工业出版社，2001年
[6]李金平.模拟集成电路基础【M】.北京:
北方交通大学出版社，2003年
[7]包浩明．一种红外线传感器的设计与实现[J]．内蒙古师范大学学报，2003（6）：
123．
[8]路勇.电子电路实验及仿真【M】.北京:
北方交通大学出版社,2004年
八、结束语
（1）电路图是关键，必须在保证设计的原理图的正确性的前提下财政正确完成一下的过程。
（2）电路图的所用原件功能，技术参要弄明白。
（3）安装过程主要是布线与焊接。
此次的电路相比以前复杂了好多，我们可以通过适当的折线连接基本做到平面布线。
布线的好坏不仅直接影响成品的美观，还关系到成品性能，不好的焊接工艺可能导致短路、接触不良、查线困难等麻烦。
焊接技术可以通过动手逐步熟练，所以关键的还是布线的艺术。
根据各个元件和管脚的分布，针对不同的电路设计出一套适合它的连接路线从而满足美观与简洁，才是我们需要通过不断尝试与琢磨的。
附录1元器件清单
电阻
数量
10K
8
20K
3
30K
1
100K
4
电容
数量
1000p
1
0.33u
1
100u
2
0.1u
0.033u
2
1u
2
电位器
2
红外发光二极管
1
三极管9013
3
三极管8050
2
CD4011
1
红外接收头
1
LM567
2
CD4013
1
7805
1
微型动合开关
2
附录2实物照片
图9实物图
附录5实验日志
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