电子课程设计红外遥控开关.docx
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电子课程设计红外遥控开关
红外遥控开关设计
目录
一、开题报告3
1、设计目的：
3
2、设计任务：
3
3、设计要求及技术指标3
4、要求与步骤3
5、基本原理3
二、直流稳压电源的设计4
1、直流稳压电路基本原理4
2、设计的总的电路图如下5
3、+5V直流稳压电路参数设计6
三、电路系统方案设计7
1、系统设计方案比较7
2、方案论证说明9
3、方案选择9
四、各单元电路的方案设计10
1、方案一：
555定时器构成的红外光遥控电路10
2、方案二：
红外遥控可控硅出发开关电路11
3、方案三：
BA5104/SM5032C红外遥控电路12
4、方案论证与选择15
五、调试结果16
1、+5V直流稳压电源16
2、红外遥控发射端16
3、红外遥控接收端16
六、心得体会17
七、元件清单18
八、参考文献18
一、开题报告
1、设计目的：
（1）掌握电子电路设计的基本方法；
（2）了解各种红外收发器件；
（3）掌握红外遥控的收发方式；
（4）掌握红外遥控的编码、解码方式；
（5）掌握开关量信号对强电设备的控制方式。
2、设计任务：
采用红外信号的发送与接受组件，加上触发器电路以及大功率电子开关或继电器开关实现对家用电器的电源控制。
3、设计要求及技术指标
基础部分：
（1）红外遥控器采用现成的家用电器的红外遥控器；
（2）遥控距离不小于5米；
（3）遥控开关接收端的工作电源为220V交流电；
（4）遥控开关使用发光二极管指示有无220V交流电源以及遥控开关的开关状态；
（5）遥控开关能够控制台灯、电扇等家用电器，输出功率不超过200W。
拓展部分：
（1）自制红外遥控器；
（2）使用自制遥控器，遥控开关能够控制至少4路家用电器。
4、要求与步骤
（1）设计，安装、调试所设计的电路；
（2）画出完整电路图，详细说明电路原理，写出设计总结报告
5、基本原理
红外遥控开关的组成框图（如图1）。
首先需要了解红外信号编码的特点，红外信号有几种不同的编码方式，例如可以使用不同的脉冲宽度代表0和1，也可以使用信号沿的变化代表0和1，但是红外遥控信号总是由一串脉冲所组成的。
按下红外遥控器不同的按键之后发出的编码不同。
如果将脉冲串进行单稳整形，
就可以得到一个脉冲，用它来控制一个触发器就可以实现一个单路的遥控开关；如果将脉冲串进行解码，就可以实现多路遥控开关。
图1红外遥控开关组成框图
二、直流稳压电源的设计
1、直流稳压电路基本原理
直流稳压电源一般有电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下。
各部分作用：
（1）电源变压器T的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。
（2）整流电路：
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
考虑到桥式整流滤波的效果比较好，因此我们选择的是桥式整流滤波，其电路图如下：
（3）滤波电路：
各滤波电路C满足RL-C=（3~5）T/2，式中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
（4）稳压电路:
常用的稳压电路有两种形式：
一是稳压管稳压电路，二是串联型稳压电路。
二者的工作原理有所不同。
稳压管稳压电路其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。
它一般适用于负载电流变化较小的场合。
串联型稳压电路是利用电压串联负反馈的原理来调节输出电压的。
集成稳压电源事实上是串联稳压电源的集成化。
考虑到集成稳压电源电路简单，输出电压固定，我们选择了三端稳压集成电路7805。
2、设计的总的电路图如下
图2+5V直流稳压电路原理图
三端集成稳压器输入、输出电压差为2~3V。
C1、C2用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激和抑制电路引入的高频干扰。
取<1µF。
C5是滤波电容，C4是电解电容，用来减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。
3、+5V直流稳压电路参数设计
电路的参数计算如下：
（1）确定稳压电路的最低输入直流电压
代入各指标
，因此我们取为9V。
（2）确定电源变压器副边电压、电流及功率为
，
，
所以取
，变压器副边的功率
。
电源变压器的效率电源变压器是将220V，50HZ交流电压降压后输出到副边。
其中：
是变压器副边的功率，
是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1所示：
表1小型变压器的效率
副边功率
效率
0.6
0.7
0.8
0.85
故
，则原边功率
。
考虑到负载等功率，我们选用副边电压为9V，功率为30W的变压器。
（3）选整流二极管及滤波电容
因电路形式为桥式整流电容滤波，可通过每个整流二极管的反峰电压和工作电流求出滤波电容值。
已知整流二极管1N5401，其极限参数为URM=50V，ID=5A。
滤波电容
，进行线性分析，我们选取了4700µF/25V的电解电容作为滤波电容。
（4）去耦电容
去耦电容的选择是7805芯片要求的，查手册可知分别为0.1μF、0.33μF，用来滤除高频分量防止产生自激。
（5）为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220μF、耐压值为25V的电解电容。
三、电路系统方案设计
1、系统设计方案比较
方案一：
采用频分制多通道红外遥控发射和接收系统。
频分制的频率编码一般采用频道编码开关，通过改变振荡电路的参数来改变振荡电路的振荡参数和频率。
当按下不同的编码键时，振荡器就会输出不同频率的指令信号。
这些指令信号经驱动级放大后对高频载波进行调制，并驱动红外发光管发出红外光脉冲信号。
红外接收控制电路的组成框图包括红外接收光电转换器、前置放大器、频率译码电路、驱动级和执行机件等。
当红外光电检测器接收到发射器发来的红外编码指令后，光电检测管随即将其转换成相应的电信号，再经过前置电压放大器放大后，加至频率译码电路和选频电路，选出不同指令的频率信号，并加至相应的驱动级及执行机件。
对应每一频率的指令信号，应有一个相应的选频电路。
在频分制红外遥控电路中，代表控制指令信号的频率一般为几百赫兹至几十千赫兹。
发射电路中的频率编码开关的位号应与接收电路中的选频电路的位号相对应，以选出不同频率的指令信号。
红外接收、译码电路由红外接收器、前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级组成。
红外光电二极管将接收到的红外光信号转变成相应的电脉冲信号，再经高倍数电压放大后加至解调器进行解调，然后由指令译码器解码出指令信号。
指令译码器是与指令编码器相对应的译码器，用于脉冲指令信号译出。
译出的指令信号加至相应的记忆和驱动级，驱动执行机件动作，实现红外光遥控。
图3：
方案一的原理图
方案二：
采用码分制多通道红外遥控发射和接收系统。
码分制的遥控指令信号是由编码脉冲发生器（一般由数字集成电路和少量外围元件组成）产生的。
码分指令是用不同的脉冲数目或不同宽度的脉冲组合而成的。
指令编码器由基本脉冲发生电路和指令编码开关组成。
当按下S1—Sn中的某个指令键时，指令编码器将产生不同编码的指令信号。
该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号，再经驱动电路功率放大后加至红外发射级，驱动红外发射管发出红外编码脉冲光信号。
图4：
方案二的方框图
2、方案论证说明
方案一：
采用频分制多通道红外遥控系统。
主要用在单通道或者几通道的红外遥控系统中。
能够形成一个无线的短距离的遥控系统。
主要由发射和接收并执行两部分组成。
先是发射部分，用户根据需要按下功能键，在经过编码后通过红外发光二极管发射出信号。
经过无线传输后，接收部分接收到发射信号，然后经过芯片内部译码并执行对应遥控路上的发光二极管发光。
频分制红外线遥控就是以产生的不同频率的电信号代表不同的控制指令。
遥控信号的频率范围一般在几百I-lz到几十KHz之间。
频分制遥控的抗干扰能力较强，但由于各个频率之间间隔的限制，因此只适用于遥控通道数目不太多的情况。
方案二：
采用码分制多通道红外遥控系统。
主要用在多通道的红外遥控系统中，遥控系统抗干扰强。
能够形成一个无线的中距离的遥控系统。
主要由发射和接收并执行两部分组成。
用户根据需要按下功能键，先是指令编码器进行编码，在进行信号调制，在由红外发光二极管发射出信号，经过无线传输后，接收部分接收到发射信号，先经过信号处理，在通过单片机软件译码，查表控制对应遥控路上的发光二极管发光。
当遥控通道数目较多时，一般采用码分制红外遥控方式。
码分制红外遥控以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的指令。
相对于频分制，码分制电路简单、方便，使用更加灵活，保密性强。
同时，码分制电路也容易实现集成化，因此在实际使用中多采用这种方式。
3、方案选择
频分制红外光遥控电路比较简单，通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。
当频道数目较多时，选频电路和相应电路的数目加多，电路复杂，且各频道间的相互干扰加重，导致误控或误报。
采用高品质因数的LC振荡器或选频回路，可提高选频精度和稳定度，但会使LC回路的体积加大，电路便得复杂，调试困难，成本也加大。
因此，这次我们设计的是4路遥控，遥控数目较多，所以不宜采用频分制而采用码分制遥控方式。
相对于频分制，码分制电路简单、方便，使用更加灵活，保密性强。
同时，码分制电路也容易实现集成化，因此在实际使用中多采用这种方式综上，结合我们的实际情况采用方案二，也就是采用采用码分制多通道红外遥控系统。
四、各单元电路的方案设计
1、方案一：
555定时器构成的红外光遥控电路
图5：
555构成的红外光发射器电路
红外遥控开关包括发射电路和接收电路。
555和
组成无稳态多谐振荡器，震荡频率
调节
，使震荡在38kHz左右。
接收电路采用专用红外接收、译码集成电路
，它的内部设有自动亮度控制（ARC）电路，对于强度不一、频率相符的红外信号，均能做出准确反应。
频率相符是指外加谐振回路的
与接收到的红外信号的频率一致，此时它的输出端1脚由高电平变为低电平，从而对后面的执行电路进行遥控。
红外发射二极管和红外接收光电管采用配对的TLN107/TLP107，其发光波长和响应波长均为940nm，光能利用率高，光电转换性能好。
接收电路中的IC采用专用红外接收放大集成电路
，也可以使用日本三洋公司的LA7224器件，二者的外引脚排列相同，器件功能类同，可直接代换。
2、方案二：
红外遥控可控硅出发开关电路
图（a）所示电路为红外发射电路，它由一个RC自激振荡器和红外发射级组成。
YF1~YF4是CMOS型四输入与非门集成电路CD4011的门电路，其中YF1、YF2和R2、R3、C1等组成一个RC自激振荡器。
CD1、R3和R2并联，由于VD1的单向导通性能，振荡电路的充放电时间常数不同，使震荡方波的占空比D为1：
10左右。
该振荡波经YF3、YF4（并接）整形后，加至由VT1、VT2组成的达林顿型放大器的基极，经过放大后驱动红外发光二极管VD2发出脉冲调制的红外光信号。
由于发射红外光的脉冲较窄，可在相同的平均电流下发出较高的红外光瞬间功率，且能很好地保护红外发射二极管HG524。
HG524为中功率红外发光二极管，其发光波长λP=930nm，带宽Δλ<40nm，发射光功率P0=250~300mW。
红外接收。
控制电路由红外光检测器、红外接收放大器、锁相环选频电路、可控硅控制电路和交流降压整流电路等组成，如图（b）所示。
红外光电二极管VD1将收到的红外光脉冲信号转换成相应的电信号，然后经过C1、R2加至IC1的反相输入端
脚。
IC2采用通用型运算放大器集成电路，将其接成反相比例放大器，其闭环增益主要取决于R3/R2的值，图示参数的增益约为600倍。
经过IC1放大后，电脉冲信号的幅值不小于IC2要求的100mV，以便进行可靠的锁相。
IC2采用CMOS型集成锁相环CD4046，它内含两个相位比较器（PCⅠ和PCⅡ）和一个压控频率振荡器（VCO）。
该电路用来选频，当输入到
脚的信号频率与CD4046的VCO的中心频率f0相同时，其内的相位比较器PCⅡ的锁定指示端
脚便由低电平转成高电平，输出正跳变脉冲。
在C3选定（500pF）的情况下，调节RP1可使VCO的f0与发送端振荡器的振荡频率（20KHz）相一致。
CD4060输出的正跳变，脉冲经R5加至VT1的基极，VT1饱和导通，LED发光（指示工作正常），双向可控硅VS导通，三芯插座XS得电，其上的电器通电运行。
CD4046工作电压为3~18V。
设计的交流降压整流电路的稳压输出为9V。
由C6、R9阻容网络降压、隔离后，由稳压二极管VDW（2CW107）输出9V稳定电压。
红外发光二极管VD1采用中功率管HG524,收端的红外发光二极管选用TIL100或者SFH205；发端的VT1、VT2分别采用9013和8050，要求hfe>100。
9013型管的PCM为625mW，8050的PCM为1W，
。
LED选用绿色发光二极管FG333001或BT113；VS采用1A/400V的双向可控硅，如TLC221T/S、TLC226A等；VD2采用IN4004型二极管；VDW选用2CW107（9V，100mA）；C6选用CBB-400V-0.82uF型聚丙烯容器；R9采用RJ-2W-750KΩ型金属膜电阻器。
3、方案三：
BA5104/SM5032C红外遥控电路
BA5104/SM5032C均采用CMOS工艺制成，静态功耗极低。
载波频率设计为38kHz，工作电压范围为2.5-5V。
其中BA5104为编码电路，其引脚排列如图13，C1、C2为用户编码端。
接地代表“1”，悬空代表“0”，因而可以编成4个密码。
K1～K8为遥控按键输入端，内部设有下拉电阻。
OSC2、OSCl为外接455kHz晶振端。
LED外接发光管作工作状态指示。
Do为载波信号输出端。
SM5032C为译码电路．其引脚排列如图13，DI为遥控信号输入端。
HP1～HP6为脉冲输出端。
CP1、CP2为双稳态互锁输出端。
C2、C1为用户编码端，与BA5104对应0SC为38kHz振荡外接RC元件端，一般R=39～43k，C=1000p。
图6BA5104/SM5032C引脚排列
BA5104参数表
参数
符号
条件
最小
标准
最大
单位
工作电压
VDD
2.2
3
5
V
静态电流
ISB
VDD-VSS=3V
OSC停止
1
Ua
输入高电平
VIH
1.5
2.1
3.5
V
输入低电平
VIL
0.7
1
1.5
V
D0
I0H
V0H=2.4V
5
mA
I0L
V0L=0.4V
5
mA
LED
I0H
V0H=2.4V
10
mA
SM5032C参数表
SOT-23
DFN6
符号
功能
1
1
Vi
电源输入端
2
5
GND
地
3
6
VNH
关闭控制端：
VNH>1.2V，电源工作；VNH4
4
BYPASS
基准电压源外接旁路电容，课降低噪声
5
3
VD
电压输入端
6
2
N.C
空脚
图7：
BA5104八通道红外发射电路
发射器电路如图7所示。
图中编码IC为BA5104。
K1～K8是遥控按键输入端，内接下拉电阻。
当按下K1～K8的任一遥控键时，由BA5104的12、13脚所接内部时钟电路与外接455kHz晶振、C1、C2组成的振荡电路起振工作，经电路内部整形分频产生38kHz载频。
IC将K1～K8及C1、C2输入的数据进行编码。
由15脚DO端串行输出，经三极管Q1、Q2复合放大后驱动红外发射管发送出调制载波红外线脉冲信号。
14脚为发射状态显示输出端。
有高电平输出时。
LED1亮。
反之不亮。
①、②脚（CI、C2端）为用户编码输入端。
每一脚可任意设定“1”（接地）或“0”（悬空）两种状态。
从而可以设定4种不同编码。
16脚VDD接正电源5V。
8脚VSS接地。
发射输出波形如下图所示。
遥控接收电路如图8所示。
红外信号由通用红外接收器SM5032C完成前置放大、载波选频、脉冲解调。
当有红外脉冲信号到来时：
SM5032C输出低电平。
经Q1反相后，作用于解码电路SM5032C的DI端（②脚）。
输入信号经SM5032C内部进行比较、解码后，由③~⑩脚（HP/CP端）输出相应的控制信号。
SM5032C的HP1~HP6端输出持续电平信号。
当按下发射器KEY1~KEY6任一键时。
在HP6端加接D触发器，则变为双稳态输出。
HP1输出第一个脉冲时，IC3的Q端由低变高，D6发光。
HP6输出第二个脉冲时，Q端变为低电平，D6熄灭。
CP1、CP2端为反相电平输出端（自锁）。
当按下发射器KEY7、KEY8中某一键时，SM5032C相应CP端输出电平翻转，即“1”变为“0”或“0”变为“1”。
从而控制继电器的开关和发光二极管D9的亮与灭。
每按一次。
输出电平即翻转一次。
C1、C2端（12、11脚）为用户码输入端,每位可设定“1”（接地）或“0”（悬空）。
可设定4个用户编码。
要求与BA5104中的C1、C2端设定的编码相同。
电容C1、电阻R2与13脚内部电路组成时钟振荡器，频率为38kHz。
14脚VDD接正电源3V。
①脚VSS接地。
SM5032C直流特性见SM5032C参数表所示。
输出波形如图9所示
图8遥控接收电路
图9输出波形
4、方案论证与选择
方案一：
电路复杂，电阻阻值要求变化大的，调节难度大。
价格高。
μpc137341中LC选频网络由于外接电感L容易受外界磁场干扰，且制作不太方便，体积比较大，误差大，不易控制。
方案二：
元件使用元件比较多，而且焊接难度较大，所用芯片市场需求少，不易购得，成本较高。
方案二适用于大功率远距离的红外遥控，因此不适合我们的设计方案。
方案三：
相对于方案一和方案二来说此方案原理简单，焊接容易，成本较低，易于实现要求的四路控制，甚至八路。
芯片原理简单。
由此选择方案三
五、调试结果
1、+5V直流稳压电源
经测量,稳压电源输出的稳压值为+5.03,在误差允许的范围内，达到了我们的预期目标。
我们还在原来的基础上添加了工作指示灯，可实时知道稳压电源是否正常工作。
2、红外遥控发射端
当按下1-8号发射开关后，在DO端口就会输出经过调制后的相应信号。
我们选用的4个发射按键都是在接收端输出脉冲的模式，有两个按键可以在输出端控制电平改变，那样的话就不用接触发器来控制，不过为了模式统一，所以最后还是选择了4个脉冲输出模式。
3、红外遥控接收端
在全部电路检查完毕后，我们在发射端按下相应的开关，用万用表就可以在接收端的相应管脚测到一个脉冲。
本来我们一开始想使用示波器进行观测，但是实验室的模拟示波器不能观测瞬时脉冲，用万用表观测反而比较方便。
我们在接收端设置了四个继电器，每两个用一片74LS74触发器控制，由于我们的想法是用其中三个继电器来控制电扇的开关与档位，所以需要在摁下一个键之后（即先开启电风扇），再摁下其他两个键来控制档位。
后来我们就发现在一个继电器导通的情况下再导通其他继电器有时会引起工作不稳定，后来我们发现可能是由于没有在继电器电路中接二极管。
在加上二极管后，这种情况果然得到了改善。
右图为电风扇的转速原理图，我们就是根据这个原理图来设计成三路控制电风扇的电路的。
六、心得体会
刘加奇：
本次制作，我们首先去图书馆查找了大量的资料，找到了几组比较合适电路，但是在我们第一次去中发时发现，这些芯片都已经停产。
首战受挫，没有太大的打击我们，我们调整心态，又重新找到了两组电路，并通过中发电子城的官网，提前确认了芯片的价钱、存货量及柜台号，是我们第二次去中发就基本买齐了红外接收、发送电路的所有元件。
最终我们使用的是BA5104和SM5032C组成的红外发送、接收电路。
由于以前几次焊电路板的实验，也是我们三人一组，所以积累了一些经验，所以此次试验，我们很快就将三块电路板焊接出来，逐块进行调试。
期间，红外接收模块出现过几次问题，总是在红外接收头能正确接收信号的情况下不工作，但换了片芯片就能正常工作。
通过和其他组的交流我们也发现，SM5032C有很多是拆机下来的芯片，很不稳定。
为此，我们只能无奈的多买了几片备用。
在控制的用电器方面，因为我有一个可调速的电扇，所以，我们决定在控制电扇开关的前提下，争取实现红外遥控电扇转速的功能。
随后经过我们对相关资料的查找及对电扇进行的测试，最终完成了此次红外遥控可调速电扇的制作。
相信通过本次课程设计，以后当我们想制作些遥控设备时将会易如反掌。
本次实验培养出来的对知识的探索精神及创造性思维也将受用终生。
程仕湘：
我们的制作终于完成了，当按下按键能够自动控制风扇的时候，我们还是有一点成就感的。
在本次实验中，我们首先遇到的问题就是元件的购买，因为现在市面上的红外线收发芯片都不是很常见，所以我们也是跑了好几趟中发才买到了想要的芯片。
还有就是我们在使用变压器的时候，遇到了怎么样确定输入输出级的问题，后来我们想到了一个办法，那就是用万用表来测量变压器两边的电阻值，因为变压器两边的匝数是不一样的，所以它们的电阻肯定也会不一样，果然，用这样的方法，我们很快得到了正确的结果。
最后，我们想要在控制用电器的地方做一些拓展，于是我们就想到了电风扇，因为我们不仅仅是要控制它的通断，还要在导通的情况下，控制它的档位，这个地方听起来不难，但是在实际改动的时候还是有很多问题的。
比如电风扇的内部接线就是一个问题，我们首先要了解电风扇的内部电路，才能去改动。
于是我们就把电风扇拆开，一根线一根线的捋，最后我们决定采用这样的思路，那就是在原来的电扇导通开关之间再加一级开关，这级开关就是继电器，只有在继电器导通的情况下，电风扇才能转动起来，控制档位也采用同样的思路。
吴健雄：
这个电路虽然简单，但是我们也花了不少时间，其中元器件的购买也是不容易的，现在市场上卖这类芯片的商家比较少，而且有些商家卖的芯片是坏的、旧的，这给我们电路的调试带来了很大的困难。
其中在直流稳压电源的调试中我们取得了不错的结果，得到的电压时5.03V，误差小到了0.6%。
然后在红外遥控器的调试中，刚开始的接收端时好时坏，电路不是很稳定，后来我们通过加一些消噪电容，取得了不错的效果。
在电路调试中我们采用替代法、逐级检查等等，一一排除错误的可能性。
检查出来几个不应该错的地方，比如漏接等，所以焊电路时一定要细心，非常重要。
还要注意团结协作，出不来板子大家心情都不好，一定要相互体谅，相互鼓励。
这样才能尽最大的努力调试出版子。
还要注意与其他的同学合作，在讨论中解决我们遇到的共同问题。
这样，就完成了我们最后的作品。
经过了这次电子课程设计，给我最大的感觉就是我们的设计、修改、调试水平得到了很大的提高，其中还不乏对电子市场的了解，购买元件时我们也深刻体会到商家想赚钱的心理，有时候还敲诈我们顾客。
不管怎么说，经历了此次电子系统课程设计，它将对我的人生起到一定的积极作用，我受益匪浅。
七、元件清单
元件名称
参数
数量
三端变压器
220V~9V30W
1
RS307整流桥
1A
1
电解电容
4700uf耐压25V
1
220uf耐压25V
1
电容
330nf
1
100nf
1
电阻
若干
升级会员 