无线电子门铃设计课程设计1.docx
《无线电子门铃设计课程设计1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线电子门铃设计课程设计1.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
无线电子门铃设计课程设计1
nh通信电子线路综合设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题目:
无线电子门铃设计
初始条件:
（1）可选元件：
74LS04反向器、32.768MHz晶振、电阻若干、电容若干
（2）可用仪器：
万用表，毫伏表，示波器
（3）仿真软件：
multisim
要求完成的主要任务:
（1）设计无线电子门铃的各单元电路
（2）使用EDA仿真软件对电路原理图经行仿真
时间安排:
1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；
2、课程设计时间为1周。
（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；
（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天；
（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。
指导教师签名:
年月日
系主任（或责任教师）签名:
年月日
摘要
伴随着无线电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，人们迫切需要一种不仅安全可靠、使用方便等优点于一体的智能门铃产品，因此无线遥控音乐门铃系统的设计成为本课题研究的目标。
本文介绍了一种新型无线遥控音乐门铃,它采用具有编码功能的遥控发射-接收专用集成电路.结合高音质机电式音乐门铃做声源,成为一种声音动听、门铃按钮与声源之间免去连线、安装方便的新型遥控高音质门铃.这种门铃具有功耗低规划和经营方针，成为摆在我国无线音乐门铃企业面前亟待解决的问题。
在全球金融危机形势下，无线遥控门铃企业的发展需要我们不断研究、不断创新，向着产品智能化、数字化、信息化方向发展。
该无线音乐门铃用TC4069集成块来作发射和接收主电路，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,电路简单可靠,抗干扰能力强,遥控距离远,电路体积小等优点,其接收电路连同机电式音乐门铃为一体,可以随意放置在室内有220V交流电源的地方,还可变换门铃各种音乐，使声音悦耳动听，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景.
随着微电子技术、无线技术的发展，由开始的按钮门铃到现在的可视对讲门铃、智能数码门铃，发展速度不断飚升。
针对目前世界范围内经济严峻形式和我国经济运行面临新的不确定性因素，如何根据急剧变化的外部经济环境调整企业发展定，遥控距离远，功耗低等特点。
1无线电子门铃的简介
1.1选题背景
随着人们生活水平的提高和居住环境的改善，人们对住宅小区智能型的要求也日益迫切。
现在的人们也越来越喜欢居住大房子，但因居住房间离大门口较远，来人敲门不容易听到，不仅尴尬，更重要的是经常耽误事。
为了满足需要，各种无线门铃应运而生，报警门铃，音乐门铃，感应门铃等。
随着社会的进步发展，无线遥控技术应用已经十分广泛。
无线门铃充分利用了现代的科技，发挥集成电路的特色，使制作的成本大大的降低，同时比传统的有线门铃很有多的优势，具有方便快捷的特色！
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。
门铃安装时太靠近金属物会缩短遥控距离。
耗电极微，开关内置可更换12伏电池，不按动时不耗电。
正常使用寿命为一年（按20次/天）。
接收器插电使用时，功率消耗为1W，等于一年只耗一度电。
按钮可装可贴，即使家庭主妇，亦可容易完成安装。
门铃装入室内，随意插入任一电源即可，门铃温度60摄氏度为正常。
这种门铃生产成本较低。
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不断被研究并生产流入市场。
1.2设计思路
传统的门铃都为有线门铃，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。
现介绍如何制作一款无线遥控门铃，方便主人在房内各地使用，将门铃按钮安装在门上，来访者只要按下按钮，放在客厅、厨房或卧室的接收主机就会响起“叮咚”声或乐曲声，宏亮悦耳，告知有客人来了，距离在几米到几十米，一般都有15到20米远的距离，那么就需要无线电子门铃来实现这些功能。
无线遥控音乐门铃是利用电磁波的发射和接收，因此会有发射和接收电路。
发射板要先调制振荡产生方波信号，在经高频振荡产生正弦波的信号发射出去，接收板接信号以后，通过滤波、选频等电路选出接收的信号，在将其滤波、整形、放大，最后利用波的高电平推动音乐芯片使得喇叭发声。
无线遥控音乐门铃设计流程如下图：
图1-1无线电子门铃系统框图
1.3设计要点分析
在设计无线控制产品时，由于无线电信号容易受环境因素的干扰，在没有专业设备的前提下，很难制作成功。
另外无线数据传输和有线不同，传输的数据只在短时间内是稳定的，时间稍长便会受到干扰，因此在对数据进行传输时必须采用编码进行传送。
在本电路的设计中，高频部分选用了专用的发射和接收模块，同时数据的编码和解码也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率。
在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。
形成干扰的基本要素有三个：
（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：
du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。
如：
雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。
如：
A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
抗干扰设计的基本原则是：
抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。
（类似于传染病的预防）
2方案的比较与分析
实现同一功能的电路可以有不同的电路形式，而其所产生的影响也决定着电路实现的系统稳定性、性价比、抗干扰性等等。
故而选择一个最优的方案是每一个设计者所必须考虑的最重要的问题。
2.1信号发射单元
2.1.1方案一
采用集成元件，原理图如下：
图2-1-1信号发射单元
工作原理：
发射机主要器件是一块TWH630微型无线电发射头，当按下发射按键SBl时，它通过内藏天线向空中辐射高频信号。
本发射机调制振荡器采用一块普通555时基集成电路，将其接成自激多谐振荡器，输出方波频率f=1.44/（R,+2R2）C1，方波信号由电阻器R3加到TWH630的输人端IN对辐射的高频信号进行调制。
2.1.2方案二
运用CD4069芯片，NPN管和晶振产生一个特定的调频信号及其外围电路组成信号发射端。
该信号发射端能够根据晶振的筛选频率产生一个特定的调频信
号，发射比较稳定，不易受干扰。
hh
图2-1-24069芯片的管脚图
CD4069是6反相器。
所谓反相器，就是用6个非门构成的集成块。
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。
总共TC4069UBP有六个。
：
图2-1-3TC4069内部电路图
总体原理图如下图所示：
图2-1-4总体电路图
2.2信号接收单元
2.2.1方案一
与发送端方案一对应的信号接受电路为：
图2-2-1无线遥控接收电路
工作原理：
接收机由TWH631无线电接收头、LM567音频译码器及“叮咚一鸟鸣”KI-156专用集成电路等器件组成，TWH631接收到来自发射模块的信号后首先进行放大，然后由输出端our送至LM567进行解码，译码器的中心频率主要由RRP＋R4与C4决定，Opf=1．1/（RRP＋R4）C4，调整电位器RP,可使中心频率等于发射机的调制频率1kHz，此时集成块的8脚输出低电平，加到IC5的低触发端TG2，使其受到触发发出“叮咚”信号并经晶体管VT放大驱动扬声器BL发声。
IC5是一块“叮咚—鸟鸣．”音乐集成电路，它有两个触发端，一个为高电平触发端TG1，它受高电平触发，OUT端输出的是鸟鸣信号，该触发端对低电平无效；另一个为低电平触发端TG2，当受低电平触发时，OUT端输出的是“叮咚”信号，它对高电平无效。
SB2为装在门框上的按键，客人来访时按动的是SB2,此时高电平触发端TG2受到触发，故扬声器BL发出的是“鸟鸣”响声。
2.2.2方案二
运用基本的NPN管和一个晶振及其外围电路组成信号接收端。
在里面加一个晶振后会由信号发射端的晶振的筛选频率做出筛选，选出特定的信号频率，进行放大和输入下一级的音频功放电路里面！
总体原理图如下图所示：
图2-2-2总体原理图
2.3音频功放电路
运用常用的音乐IC芯片及功放组成音频功放电路。
对输入进来的信号产生音乐IC里面所存储的音乐声音！
2.4方案的选择
方案
（一）：
1.优点：
电路选用集成度较高的TDA7021T和TDA7052芯片，使得整体的电路比较精巧。
芯片的规格比较高，使得在信号筛选上表现出色，精确度比较高。
在做实物时，焊接比较方便，便于大批量生产。
2.缺点：
电路的集成度高使得电路的制作成本比较高，在信号的调制时，由于采用的收音机的原理，在信号的筛选上存在一定的不确定。
方案
（二）：
1.优点:
电路简单，符合现阶段的知识的运用，而且芯片都比较常见，易买，易操作。
特别是电路里面加入晶振筛选调频信号，使的发射出去的信号频率确定，易于接收端的选定。
在接收端运用NPN管组成的超再生接收电路，接收到的信号经次电路再加上后面的晶体振荡管，使得频率的选定很方便。
无线的传输距离比较理想。
2.缺点：
在集成度上不够高。
经过上面的比较可知，第一种方案和第二种方案的效果差不多，从整个电路图来看，第一种方案中，使用集成芯片比第二种较多，相应的，电路所需元件也较第二种少，但是，由于需要仿真的缘故，所以，选用第二种方案，而且，的第二种方案也比较法符合这次的要求。
3.方案设计与仿真
经过上一章的仔细设计、分析与讨论，最终决定选择方案二作为本次的设计方案，详细设计与仿真如下。
3.1信号发射部分电路
发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。
图3-1-1发射系统
3.1.1调制振荡级
调制振荡级原理图如下：
图3-1-2调制振荡级原理图
基本原理：
调制级电路由一块4069和32.768KHz晶体完成，4069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、4、5、6，总共74LS04有六个反相器。
当发射器开关按下时，反相器1和2及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。
过程：
反相器1的1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。
2脚的高电平经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。
充电时间由X1决定，等效电容为200P。
由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，左正右负，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。
X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。
放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。
之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。
这个信号的频率由晶体；决定，为32.768kHz。
上面解说的过程在电路实际工作时完成得极快。
反相器1和反相器2用于产生振荡信号，反相器3~6并联使用，构成输出控制，能提供20-30mA的灌入电流。
反相器3~6的输出端接在发射管Q1的发射极对Q1进行调幅，向外发射电磁波。
3.1.2高频振荡级
高频振荡级原理图如下：
图3-1-3调制电路图
基本原理：
振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。
通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。
采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。
采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。
如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就可以在调制级将信号直接发射出去。
3.1.3发射部分天线发射级的设计
天线的工作原理：
从实质上讲天线是一种转换器，它可以把在封闭的传输线中传输的电磁波转换为在空间中传播的电磁波，也可以把在空间中传播的电磁波转换为在封闭的传输线中传输的电磁波。
在移动通信系统中使用的基站天线一般多为由基本单元振子组成的天线阵列。
作无线电波的发射或接收用的一种金属装置（如杆、线或线的排列），在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。
无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。
此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。
一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。
同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。
这就是天线的互易定理。
天线的结构：
在磁棒上绕两组彼此不连接的线圈，就构成了输入电路用的天线线圈。
两个彼此独立的线圈就构成了高频性质的变压器。
图3-1-4发射部分天线发射级
3.1.4发射部分电路图
图3-1-5发射端的电路
工作原理：
发射器开关按下时，反相器1和2及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。
过程：
反相器1的1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。
2脚的高电平经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。
充电时间由X1决定，等效电容为200P。
由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，左正右负，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。
X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。
放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。
之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。
这个信号的频率由晶体；决定，为32.768kHz。
上面解说的过程在电路实际工作时完成得极快。
反相器1和反相器2用于产生振荡信号，反相器3~6并联使用，构成输出控制，能提供20-30mA的灌入电流。
反相器3~6的输出端接在发射管Q1的发射极对Q1进行调幅，向外发射电磁波。
Q1、L1、C3和6P电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L1（图中由L1A和L1B组成）和JC3及三极管的集电结电容决定。
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，通过印刷电感发射信号。
按键每按一次就发射一次。
3.1.5仿真图示：
（1）振荡电路仿真电路图：
图3-1-6
说明：
仿真波形如图所示，当没有客人按门铃时，单刀双掷开关在右边，相应点输出为低电平；当有客人按门铃时，单刀双掷开关被拨到左边，输出为高电平；当客人停止按开关时，单刀双掷开关又回到右边，输出再次为低电平。
（2）发射端的仿真电路图
图3-1-7
说明：
仿真波形如图所示，当没有客人按门铃时，发射端没有发送高频信号，故如图中的低电平所示；当有人按门铃时，发射端开始向外发射高频电磁波，如图中所示；当停止按门铃时，停止发射高频电磁波，回到低电平。
3.2接收部分电路
3.2.1主要技术指标
（1）工作频率范围
接收机可以接收到的无线电波的频率范围称为接收机的工作频率范围或波段覆盖。
接收机的工作频率必须与发射机的工作频率相对应。
如调频广播收音机的频率范围为88～108MHz，是因为调频广播发射机的工作频率范围也为88～108MHz。
（2）灵敏度
接收机接收微弱信号的能力称为灵敏度，通常用输入信号电压的大小来表示，接收的输入信号越小，灵敏度越高。
调频广播收音机的灵敏度一般为5～30μV。
（3）选择性
接收机从各种信号和干扰中选出所需信号（或衰减不需要的信号）的能力称为选择性，单位用dB（分贝）表示，dB数越高，选择性越好。
调频收音机的中频干扰比应大于50dB。
（4）频率特性
接收机的频率响应范围称为频率特性或通频带。
调频机的通频带一般为200KHz。
（5）输出功率
接收机的负载输出的最大不失真（或非线性失真系数为给定值时）功率称为输出功率。
3.2.2组成框图
一般调频接收机的组成框图如图3-2-1所示
图3-2-1接收机组成框图
工作原理：
天线接收到的高频信号，经输入调谐回路选频为f1，再经高频放大级放大进入混频级。
本机振荡器输出的另一高频信号f2亦进入混频级，则混频级的输出为含有f1、f2、（f1+f2）、（f2—f1）等频率分量的信号。
混频级的输出接调谐回路选出中频信号（f2—f1），再经中频放大器放大，获得足够高的增益，然后经鉴频器解调出低频调制信号，由低频功放级放大。
由于天线接收到的高频信号经过混频成为固定的中频，再加以放大，因此接收机的灵敏度较高，选择性较好，性能也比较稳定。
信号接收部分电路由接收天线、高频放大电路和解调电路组成，解调输出的信号用来控制门铃发声电路发声。
图3-2-2接收器系统框图
3.2.3超再生接收器
超再生振荡接收器自带超再生检波接收器，超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。
而间歇振荡（又称淬装饰振荡）双是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。
而间歇（淬熄）振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为1百~几百千赫）。
这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低：
反之，频率选高了，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。
应根据实际情况二者兼顾。
超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为0.3~5kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。
在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压，该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电器吸合或断开（由设计的状态而定）。
当有控制信号到来时，电路揩振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡。
而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短，受接收信号的振幅控制。
接收信号振幅大时，起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡间歇时间也短，得到的控制电压也高；反之，当接收到的信号的振幅小时，得到的控制电压也低。
这样，在电路的负载上便得到了与控制信号一致的低频电压，这个电压便是电路状态的另一种控制电压。
如果是多通道遥控电路，经超再生检波和低频放大后的信号，还需经选频回路选频，然后分别去控制相应的控制回路。
超再生电路优点：
1、电路简单，最简单的接收机只需1个晶体管即可完成从高放、检波、功放的所有能。
2、灵敏度高。
3、体积小，成本低。
3.2.4接收端总体电路图
图3-2-3接收端的电路图
3.2.5接收端仿真图示：
图3-2-4
说明：
由于仿真软件不能仿真天线，故在仿真时，用一个正弦信号代替接收到得高频电磁波。
得出如上图所示的仿真结果波形。
4心得体会和建议
这次对无线门铃的设计，我对Multisim等EWB软件能够更加熟练的使用，同时也提高了网上搜索需要的信息和对检索到的信息的处理的能力。
课程设计的主要目的就是提高学生的基础理论知识、基本动手能力，使学生对日常的电子产品以及相关电路处理原理及方法有较为全面的了解，能够运用相关软件进行模拟分析，并帮助学生掌握基本的文献检索和文献阅读的方法，同时提高学生正确地撰写论文的基本能力。
由于正值期末考试的期间，便没有那么多的时间去做实物出来，于是就认真的做了相关的仿真，几经矫正与修改，最终总算是完成了所想要的结果。
查的资料时，也了解了一些常见器件的基本原理，通过努力，认真分析电路，把电路的原理搞懂才是真正的明白：
看事物不能表面，要深入其理。
通过本次课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高，设计思维也要加强。
当然，在设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
本次试验也可有一些创新思想：
1.可以将发射板的信号触发用其他电路代替（如：
用555构成的多谐振荡器等）
2．无线音乐门铃设计应答方式，例如语音方式（如无人，请以后来等）；
3．应答后，20秒钟内仍然有人按门铃，且再次语音应答提示后，门被撬动提供告警（语音，光或电话等）；
4．可以采用AT89C2051单片机作为中央处理芯片，使得该系统的功能扩展，将该无线遥控门铃设计成集无线门铃和无线防盗报警器于一身的无线门铃报警器；
5元件清单
序号
名称
规格
数量
备注
1
天线
2
2
电容
5pF
1
3
电容
6pF
1
4
电容
12pF
1
5
电容
222pF
2
6
电容
3.5pF
1
7
电容
39pF
2
8
电容
1μF
1
9
电容
102
1
10
电容
104
1
11
电容
220μF
1
12
印刷电感
2
13
电感
10uH
1
14
电阻
47k
2
15
电阻
1M
4
16
电阻
10k
1
17
电阻
120k
1
18
电阻
2M
1
19
电阻
3.3k
1
20
电阻
510k
1
21
电阻
5.6k
2
22
单刀三掷开关
1
23
二极管
1
24
发光二极管
2
25
三极管
9018
2
26
晶体振荡器
32MHz
2
27
4069
2
6参考文献
【1】《高频电子线路实验与课程设计》，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社
【2】《高频电子线路》第三版，张肃文主编，高教出版社
【3】《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社
【4】《高频电子线路辅导》，曾兴雯陈健刘乃安主编，西安电子科大出版社
【5】《模拟电子线路》，谢沅清主编，成都电子科大出版社
【6】《电子技术实践与训练》，廖先芸主编，北京高等教育出版社
【7】《通信电子线路》，刘泉主编，武汉理工大学出版社
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
无线电子门铃设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
升级会员 