电子技术课程设计报告模板8.docx
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电子技术课程设计报告模板8
国家电工电子实验教学中心
电子技术课程设计
设计报告
设计题目：
红外遥控开关
学院：
电子信息工程学院
专业：
通信0806
学生姓名：
莫凌
学号：
08211149
指导教师：
李赵红
2011年1月13日
目录
1设计任务要求
2设计方案及论证
3制作及调试过程
4系统测试
5系统使用说明
6思考题
7总结
8参考文献
1设计任务要求
红外线是在人的正常视觉范围之外的光线，利用红外线可以进行信息的传输。
红外线的
常见用途之一就是进行近距离无线遥控，像许多家电，例如电视机、DVD机、空调等都是使
用红外线的方式进行控制的。
本设计要求采用红外信号的发送与接收组件，加上触发器电路
以及电子开关或继电器模拟实现对家用电器电源控制。
1．实验目的
掌握电子电路设计的基本方法；掌握各种红外收发器件；掌握红外遥控的收发方式；
掌握红外遥控的编码、解码方式；掌握开关量信号对强电设备的控制方式。
2．设计要求及技术指标
基本部分：
（1）红外遥控器采用现成的家用电器的红外遥控器；遥控距离不小于5米；
（2）遥控开关接收端的工作电源为6V直流电源（使用直流稳压电源或4节5号电池）；
（3）遥控开关接收端使用发光二极管指示有无6V直流电源及当前是否接收到遥控信号；
（4）遥控开关能够控制1盏6V小灯泡（功率要求不小于0.5W，不得用发光二极管代替）
的亮灭，即按一次遥控器灯泡发光，再按一次灯泡熄灭。
发挥部分：
（1）自制红外遥控器，包括至少8路独立遥控按键，可以独立控制8盏灯泡任何一盏或
多盏的亮灭；
（2）遥控器没有按键按下时电路不工作、不耗电；
（3）在遥控器上设置两个切换键，增加亮灯循环切换功能，可以左右循环控制8盏灯中
的1盏点亮；
（4）增加数字显示功能，用一位LED数码管显示最后接收到的遥控通道序号；
（5）增加遥控距离达到8米以上。
3．设计任务
（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。
2设计方案及论证
2.1任务分析
红外遥控开关的组成框图如下：
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。
红外遥控器的发射端具有键盘矩阵，每按下一个键，即产生具有不同的编码的数字脉冲，这种代码指令信号调制在38kHZ的载波上，激励红外光二极管产生具有脉冲波串的红外波，通过空间的传送送到受控机内的遥控接收器。
在接收过程中红外波信号通过滤波器和光电二极管转换为38kHZ的电信号，此信号经过放大、检波、整形、解调，送到解码器与接口电路，从而完成相应的遥控功能。
2.2方案比较
我们选择了将传送与接受区别开来讨论的方法来进行方案比较
1）传送方案比较
红外线遥控开关，本身是比较简单的，但是多路的实现，却着实要费不少事情。
总的来说，一共有四种方案：
1、编码区分
2、频率区分
3、脉冲计数
4、幅度区分
经过查阅资料以及多方的考虑，我们最后决定走编码的道路。
原因如下：
幅度区分并不适用于这次设计，很明显会受传输距离很大的影响；尽管在电路控制的开关数较少的情况下，脉冲计数接收简单，不易受干扰，但是我们还是排除了这个方法，主要是考虑到定量脉冲的产生设计有些困难；频率区分的确是一个很有意思的办法，但我们还是没有选择分频，首先不论从发射端的不同频率产生到接收端的多路滤波，都需要重复性的焊很多的电路，而且每一部分都需要调节。
同时，电路的大部分为模拟电路部分，稳定性很值得怀疑，不如数字逻辑来的稳当。
2）编码调制方案比较
现有的红外遥控主要有两种方式
PWM（脉冲宽度调制）
PPM（脉冲位置调制）
两种形式编码的代表分别为NEC和PHILIPS的RC-5、RC-6以及将来的RC-7。
我们分别分析一下它们各自的特点。
PWM（脉冲宽度调制）：
以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”。
为了节省能量，一般情况下，发射红外载波的时间固定，通过改变不发射载波的时间来改变占空比。
例如常用的电视遥控器，使用NECupd6121，其“0”为载波发射0.56ms,不发射0.56ms；其“1”为载波发射0.56ms,不发射1.68ms；此外，为了解码的方便，还有引导码，upd6121的引导码为载波发射9ms，不发射4.5ms。
upd6121总共的编码长度为108ms。
但并不是所有的编码器都是如此，比如TOSHIBA的TC9012，其引导码为载波发射4.5ms，不发射4.5ms，其“0”为载波发射0.52ms,不发射0.52ms,其“1”为载波发射0.52ms,不发射1.04ms。
PPM（脉冲位置调制）：
以发射载波的位置表示“0”和“1”。
从发射载波到不发射载波为“0”，从不发射载波到发射载波为“1”。
其发射载波和不发射载波的时间相同，都为0.68ms，也就是每位的时间是固定的。
考虑到PWM解码有一定难度，而且从这次试验设计要求出发，没有必要采取这么复杂的方案，我们决定采用PPM调制方式。
2.3系统结构设计
综上所述，我们选择了编码传送，PPM解码的方案。
具体展开说：
就是我们选择了BA5104/SM5032C红外遥控电路（BA5104为编码芯片，构成编码电路，SM5032为译码芯片，构成译码电路）。
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，其引脚排列下图，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外接发光管为工作状态指示。
Do为载波信号输出端。
SM5032C为译码电路．其引脚排列如图1，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。
下面给出完整的系统原理和结构框图
指令编码器由基本脉冲发射电路和指令编码开关组成。
当按下某个指令按键时，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。
红外接收，译码由红外接收器，前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级等组成。
红外光电二极管（或光敏三极管）将接收到的红外光信号转变为相应的电脉冲信号，再经高倍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（如继电器、可控硅、音频电路等）动作，实现红外光遥控。
下面给出BA5104/SM5032C的管脚图以及参数功能表
BA5014的管脚图SM5032C的管脚图
BA5104的参数表
SM5032的参数表
2.4具体电路设计
（根据选定的系统实现方案，具体细化设计出完整的电路原理图，并给出具体的元器件参数。
应对设计过程用文字详细说明（可附局部单元电路图说明），包括电路结构选择的原因，元器件参数的计算过程和结果等。
电路原理图应用Prote、AltiumDesigner、Orcad等专业设计软件或MicrosoftOfficeVisio等绘图软件规范绘制，上面应标注所有元器件的标号、型号或参数。
严禁复制或直接使用文档及网页截图。
打印出的原理图应清晰可读，如果图的尺寸较大可单独附页或使用层次电路图绘制。
）
一、发送端电路
发送端电路中单元电路的设计方案
（1）指令编码及调制单元（即编码电路）
该电路单元通过按键开关的控制可以输出想要的码型，起到了编码的作用，通过对455KHZ晶振的分频后，得到约40KHZ的载波，对BA5104的输出进行调制后进入下一个单元电路
（2）驱动及红外发射单元
该单元电路将上一单元电路的输出进行功率放大后，通过红外线发射器将编码发送出去，单元电路中通过调节电阻阻值，可以调整遥控开关的距离，阻值越小，距离越远。
二、接收端电路
接收端电路中单元电路的设计方案
（1）红外接收及解调单元
该单元把红外信号转化成0,1不同的电信号
（2）前置放大单元
该单元电路将解调完的电信号进行发达，从用共射级方式，负载电阻越大放大倍数越好，最终决定采用57K电阻。
在发达倍数很高的前提下，保证了发大不失真。
（3）指令译码单元
该电路负责把编码后的信号译码出来，重新表示出0到7或者说8通道的信息。
其中7到8有自锁功能。
输出均为高电平有效。
（4）记忆驱动单元
该电路有D触发器构成，时钟端与译码单元各通道相连，但选通通道后，时钟产生上升沿，使触发器状态改变，从而控制执行单元并带有记忆功能。
（5）执行单元
有6个发光二极管，2盏6V小灯泡及译码显示电路构成。
2盏6V小灯泡带有继电器及功率放大三极管，每选通一通道，会造成1个放光2级管或小灯泡的亮灭，并有显示LED显示出现在选通的通道。
3制作及调试过程
3.1制作与调试流程
我们组在讨论完方案后,首先仿真了电路图,在出完结果后开始焊接之前的准备.
我们准备了各芯片的管脚图并手绘出了具体焊接的电路图.
我们组采用分开焊接的方式,同时进行对发送和接收电路的焊接,由于我们采用了数字集成芯片,所以焊接并不是十分困难,因此焊接部分我们很快就完成了.
最先焊接完毕的是发射部分,我们用实验室的示波器进行的测试,通过观察发射端的波形,我们可以很清晰的看到发送0到7的波形与理论上的编码完全一致.就此我们判定发送端焊接成功.
之后是接收段的调试,我们的接收段一共应用了6个发光2级管和2盏6v小灯泡及显示管。
首先我们并没有把所有的都焊接上，而是只焊接了一个发光2级管。
以此来先判断接受芯片是非能译码成功。
最后，焊接完所有的应用部分，并通过效果进行测试。
3.2遇到的问题与解决方法
1．我们焊接电路时，很难查到我们所买的红外接收三极管的详细信息，所以我们没办法对其进行焊接。
解决办法：
我们采用穷举的办法，通过发送红外信号对3个管脚的每一种接法进行测试，看哪种能正确识别，最终测得3个管脚分别为OUT:
GND:
VCC,从而解决了问题。
2．焊接电路时，对继电器的接法不熟悉。
解决办法：
通过对继电器的学习，我们自行完成了对继电器电路的设计，焊接完成了继电器部分。
3．测试时，接收部分无法接收。
解决办法：
经过对电路每一部分的测试，最终发现放大三极管的集电极焊错位置了。
通过改正，达到了能完成测试发光二极管的发光。
4.完成测试时，接受电路有时无法正常工作。
解决办法：
通过很多的对比实验都没有找到原因，后来锁定到是不是电池用久了，经过测试，果真如此~~~
5.实际测得发送与接受距离过近，只有4m.
通过对发大及功率三极管的测试，调整了几个电阻的阻值，经测试可以达到30m以上，完成了设计要求。
6．继电器有时无法正常开启。
经过反复测试，由于集电极与我们所提供的电压的电压差有时比较低，没能满足继电器线圈的跳变，所以我们决定把继电器的电压改成直接接6v的，而不再连接我们用二极管降压后的电压，最终达到了不错的效果。
4系统测试
4.1测试方法
1.发送功能：
通过观察发送端的指示小灯的亮灭表示有无按键按下，至于是否具有发送功能得结合接收端才能明确知道；
2.接收功能：
结合发送端并且通过接收端上的相关显示（比如，小灯的亮灭，数码管的显示），就能够知道接收端是否具有接收功能；
3.距离测试：
实地测试，观察遥控开关所能够到达的最大距离；
4.通道显示：
通过观察数码管的显示确定所选的通道是否正确
5.电压测试：
使用万用表测试遥控开关上的各个电压是否达到实验的要求
4.2测试数据
测试数据
1.发送功能：
略
2.接受功能：
略
3.距离测试：
30米以上
按键编号
0
1
2
3
4
5
6
7
灯编号
0
1
2
3
4
5
6
7
数码管显示
0
1
2
3
4
5
6
7
4.通道显示：
5.电压测试：
各电压均达到要求的电压值
4.3数据分析和结论
发送端发送功能良好，接收端接收功能良好，遥控开关距离达到了预期的要求，指示灯在按键的控制下，按一下闪亮，再按一下熄灭，数码管显示正确。
总体来说：
遥控开关的功能已经实现，遥控的距离能够达到预期的要求，开关操作灵敏，性能良好，无错误的操作，各种数据指标均合格正常，符合设计要求。
5系统使用说明
5.1系统外观及接口说明
发送端：
电源为电路供电，指示灯指示有开关按下，发送端口负责红外线信号的发送
接收端：
电源为电路供电，电路指示灯指示有电源工作，接收端口负责接收红外线信号，显示数码管用于显示选择了哪一个通道
5.2系统操作使用说明
实物图如上面所展示。
操作说明书：
打开发送端，接收端的电源；按下发送端的按键，这可以控制接收端相关灯的亮灭，按一次亮，再按一次灭，同时显示数码管显示当前正在选择的通道；使用的时候注意发送端与接收端之间的距离必须在要求范围之内，并且发送端与接收端之间不应该有太过于明显的阻碍物，而且发送端口应该尽量对准发送端口。
6思考题
（1）编码信号通过发射管发射之前，为什么需要用载波信号进行调制？
因为通过所学的知识知道，低频信号在传送的过程中容易受到干扰，不利于传送以及还原，经载波调制后的信号频率变高频，适合在无线信道中传输，收发效果变好
（2）红外遥控的距离与什么因素有关？
遥控距离取决于发射管本身的发射功率，视角，外加光学透镜及接收管性能，此外红外线具有可见光的散射特性，在经过一段距离后它的发射面积增大，使控制信号的能量分散，单位面积上的能量量度减弱，因而失去控制功能。
（3）使用电子开关控制强电设备时，需要考虑哪些问题及参数指标？
强电设备工作电压高，功率大，控制过程中要考虑安全电压，最大电流及功率。
控制时应注意电流的限制，接必要的保护装置，如电阻，压降二极管等。
开关需接放大装置以启动强电设备。
（4）如果同时有几套遥控开关电路工作，应如何设计电路以避免因相互干扰造成电路误动作？
发射机部分电路可采用自动计算变化编码电路及专用集成芯片；接收机部分电路用解调本振放大时采用抗干扰接收及防泄波扰它电路，选频放大并校对，三级放大电路，识别密码电路，动态滚动核对识别电路，解码电路，触发自选择电路，阻进出干扰触发电路，晶闸调节大小与开关电路，抗进出干扰电源电路，应该可以解决干扰问题，不易引起误控。
7总结
7.1本人所做工作
参与了电路设计的整体过程，包括分析，比较，设计，焊接以及调试，在焊接的部分主要负责拓展功能——增加数字显示功能，用一位LED数码管显示最后接收到的遥控通道序号。
7.2收获与体会
（本人在本课中的收获与体会。
）
7.3缺陷与不足
（设计作品的缺陷与不足，可能的进一步改进的方法。
）
7.4对本课程的建议
（个人对本课程教学的意见和建议。
）
8参考文献
（列出在本设计中参考的有关文献，包括书籍、论文、网上信息等。
书写格式应符合以下规定。
顶格写，按“作者.书名或文题.地名:
出版社（或期刊）名,出版年份（或期刊卷期次）：
页码”（中译本应在书名后加译者名）的次序排列。
）
示例：
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长江大学学报<自然版>理工卷，2007（4）.1:
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sort=1111_1118_1428_0
[4]LM124/LM224/LM324/LM2902LowPowerQuadOperationalAmplifiers.NationalSemiconductorCorporation,1999
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