简易红外遥控系统实验报告.docx
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简易红外遥控系统实验报告
简易红外遥控系统
实验报告
2008211208班
08211106号
史永涛
班内序号:
01
指导教师:
***
本次课程设计在实验室度过了两周时间,但接到实验任务却是暑假前的事了,由于已经有别班同学事先做过了相同的实验,所以我在暑假期间已经询问了一些实验中的注意事项和核心内容,为开学后的实验做好了充分的准备。
本次实验可分为三个步骤:
1、实验前的准备工作,画出电路图,列出自己实验中需要用到的各个芯片,并得到各芯片的管脚图和功能表,对各个芯片应有自己的一定程度的理解。
2、搭建电路,电路分为发射和接收两部分,搭建的时候应有一定的整体意识,同时应注意好细节问题,比如各模块间应隔开一定的距离,方便后期的调试,使各模块间相互独立,而搭线时应注意VCC和地线的连接,有时前期细节的不注意需要后期调试花费大量的时间去弥补。
3、电路调试与改进。
这是本次实验中的核心问题,因为实验要求中要求发射与接收的距离大于两米,而发射端和接收端的调试对于接收距离的影响十分关键,尤其是接收端,由于使用的是CX20106芯片,必须较为全面的理解了CX20106的功能,才能正确调配CX20106周围的电阻、电容的值,从而使实验最终成功。
一、实验要求
1、遥控对象8个,被控制设备用LED分别代替,LED发光表示工作。
接收机与发射机的距离不小于2米。
2、8路设备中的一路为LED灯,用指令遥控LED灯亮度,亮度分为8级并用数码管显示级数。
在一定的发射功率下,尽量增大接收距离。
增加信道干扰措施。
二、选择芯片
74ls147、MC145026、MC145027、按键开关、拨码开关、红外发射管、红外接收管、NE555、CD4069、LED灯、7段数码管、电阻、电容、CX20106、CD4514。
三、具体电路图
1、发射部分
(1)调制放大
首先使用74ls147进行编码,八路开关控制高低电平接入74LS147优先编码,转换成三路信号,连接MC145026的数据端(D6~D8)。
而低9个开关的作用是进行模式选择。
接到MC145026的A1端,选择与后边接收的MC145027相对应,若第9个开关接到低位,则mc145026对应的为0,则接收端的第一个MC145027起作用,则实现的一个功能;若地9个开关接到高位,则接收端的第2个Mc145027起作用,则实现第二个功能。
(2)调制部分
调制部分采用NE555芯片实现,调节电位器。
红外发射信号的频率为1.7k左右,而接收端发光二极管的工作频率为38K,为使接收端与发射端进行匹配,使用NE555芯片,对发射信号的频率进行调制,将频率控制在40k左右。
本实验使用红外接收,调制频率在40K左右附近,调节工作频率时,使用电位器调整R1的阻值,理论值约为15K。
但是这里主要考虑与解调芯片CX20106的匹配,因为后者是模拟芯片,不好调整,所以对NE555进行调整。
调试时,让4脚接电源,用示波器观察频率。
此时NE555周围各电阻取值分别为:
R1为20KΩ。
LED的上拉电阻取30Ω。
此处,LED的上拉电阻取值很重要,LED的极限电流约为200ma,若电流过大,会烧掉LED灯,但若电阻太大,会对收发距离造成很大阻碍,因此此处上拉电阻取值应恰当,大概为30—100欧姆之间。
2、接收部分
(1)、接收信号
接收信号选择Cx20106芯片,这部分也是整个实验的关键所在,很多同学使用线连可完全实现两个功能,可选用无线却接收不到任何信号,关键还是对于Cx20106的理解不够透彻,在配置CX20106周围的电阻、电容时不能选择最佳组合,导致接收端不能有效接收。
其中1脚为超声信号输入端,该脚的输入阻抗约为40kΩ。
2脚:
该脚与地之间连接RC串联网络,它们是负反馈串联网络的一个组成部分,改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。
增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大,放大倍数下降,反之则放大倍数增大。
但C1的改变会影响到频率特性,一般在实际使用中不必改动,推荐选用参数为R1=4.7Ω,C1=2.2μF。
3脚:
该脚与地之间连接检波电容,电容量大为平均值检波,瞬间相应灵敏度低;若容量小,则为峰值检波,瞬间相应灵敏度高,但检波输出的脉冲宽度变动大,易造成误动作,推荐参数为3.3μf。
4脚:
接地端。
5脚:
该脚与电源间接入一个电阻,用以设置带通滤波器的中心频率f0,阻值越大,中心频率越低。
例如,取R=200kΩ时,f0≈42kHz,若取R=220kΩ,则中心频率f0≈38kHz。
6脚:
该脚与地之间接一个积分电容,标准值为330pF,如果该电容取得太大,会使探测距离变短。
7脚:
遥控命令输出端,它是集电极开路输出方式,因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端,推荐阻值为22kΩ,没有接受信号是该端输出为高电平,有信号时则产生下降。
8脚:
电源后面经过反相器(CD4069)输出,以抵消发射部分使用三极管放大造成的反相。
总的来说,CX20106的作用就是带宽滤波,同时反相进行整波,然后将滤波后的信号送给后边的MC145027,进行后续工作。
由于CX20106的重要性,因此调试时更应密切关注接收端波形的变化,这也是实验成功的关键。
根据所查资料得知,2、3管脚决定增益大小,经调试后取值为5Ω和3.3uF。
调试时,要密切关注示波器波形变化,使得在限幅后有脉冲产生。
后面的7脚为调节的关键所在,取值为100pF,此时接收端获得的方波更好,占空比也更接近1:
1。
另外,在7脚上端要加22KΩ的上拉电阻后,能增大接收端获得信号的功率。
。
(3)功能1的接收部分
为了电路使用起来更方便,我选择使用两个MC145027,每个MC145027后各接一个CD4514,虽然有些浪费,但为了最后能完成实验也只好这样了。
此部分电路用来实现第一个功能,即遥控对象8个,被控制设备用LED分别代替,LED发光表示工作。
解码首先使用MC145027,其中其中R1*C1=3,95Rtc*Rtr可满足采样条件,R2*C2的取值是保证内部电路工作频率。
实验中取值为:
R1=50KC1=0.02Uf;R2=200KC2=0.1uF;Rtc=50kCtc=5100Pf.
控制电路主体由CD4514实现。
Mc145027的三位输出接入,只用16个引脚的0-7的八个数据输出口。
分别使8个LED灯接保护电阻接地。
(4)功能2的接收部分
解码部分与上一模块相同,也是使用一个MC145027.后边使用一个MC14513控制7段数码管进行显示的控制。
其中,RBO置0,LE,BI,LT置为1。
三脚为共阴极,加保护电阻后接地。
处理一个灯的亮暗上使用八个二极管和八个电阻共同作用,依靠导通电流驱动LED达到不同亮度。
当拨动不同开关时,到达CD4514的译码也不同,故CD4514选择打开的电路不同,则串联的电阻不同,则改变LED灯两边的电压,从而使LED灯的亮度逐级改变。
在调节8级亮度时,就用8个1K电阻很难实现亮度逐级变化,我采用了三个三极管的方法,不断拿不同阻值的电阻逐一实验,从而找到最为合适的组合,使结果不断接近实验要求。
四、实验中遇到的问题及解决方法
1、无线接收问题。
这也是很多同学或多或少都会遇到的。
线连时各个功能都能实现,可一用到无线就会遇到各种各样的问题,有的是接收距离过短,有的根本接收不到。
我在搭完电路后,先使用线连,调节好了第一个功能,然后进行无线调试,结果根本接收不到信号,于是又重新检查电路,怀疑是芯片的问题,都于事无补,请教老师后,重新学习了CX20106这个芯片,发现7脚为调节增益的关键所在。
本来接的是1uF的电容,很多资料上建议取值为100Pf,改过来以后,发现接收端终于可以出波形了。
2、收发距离问题
实验要求收发距离在两米以上,可我开始时的距离最大也就是1.5M左右,而且在1M以上后就会使延迟稍大,还是由于接收到的信号不够强,此时测得发射端LED两端电流为20MA左右,此时LED的上拉电阻选取的为200欧姆的,查书得LED的极限电流为200MA左右,因此改变LED的上拉电阻的阻值,换了一个30欧姆的阻值,立刻将收发的距离增大到了2.5米,使这个问题得以解决。
3、LED的8级亮度调节
实验第二个要求是实现8级亮度的调节,我使用的是用三个三极管进行调节,这种电路最为简单,连接起来较容易,同时比起串联电阻法要节省不少器件,但其变化是非线性的,并不是逐级变化,而是呈一个梯度,有的亮度变化不够明显,因此在调节时花了较多时间。
除此之外,在调试初期,发现3级亮度比4级亮度更亮,后查书才知道这是由于3(011)与4(100)相比,有两路导通的电流,因此会使LED灯更亮。
随后让电阻按照大小排列,仍不能抵消影响。
后来在第二个三极管的发射极加一个1k的小电阻,才终于使4级亮度大过三级,随后不断改变电阻阻值,可最终也没能使8级亮度均匀变化,后看其他同学验收发现采用8个电阻串联的方法更易于得到好的效果,而使用4个三级管要做到均匀变化很难。
4、各种细节问题
细节决定成败,在实验中很多边边角角的小问题都可能导致实验无法成功,比如插面包板时插错位置,三极管的管脚问题,二极管的正负极问题,LED灯的正负级问题,这有正确对待这些小问题并加以重视,才能最终获得期望的实验结果。
五、心得体会
暑假前拿到题目时就听说这个实验相比其他班的实验都更难,从老师要求大家在假期对实验进行学习就可以看出些端倪。
假期时通过查资料并找做过了此实验的同学请教,大致对实验的过程和方法有了一定的了解。
无论是前期做PPT还是搭电路都感觉这个实验进行的比较顺利,搭完电路后没做多大调整,解决了几个小问题,线连就可以出现正确结果了,然后进入到无线调试阶段,遇到了本实验中最难的问题—无线问题。
先是彻底检查电路,发现根本没有问题,然后换了几个主要芯片,还是没有任何改善,后询问同学,请教老师才知道问题出在CX20106上。
当初听同学的讲解,使用CX20106芯片,将放大、反相、滤波等很多功能集成到了这一块芯片上,省去不少麻烦,可由于自己对于芯片的认识不够,根本不能发挥他的作用,从而接收端根本接收不到相应的信号。
于是从头学习CX20106芯片,发现自己以前电路中的错误,重新对CX20106的7管脚下的电阻和电容值进行了调整,才终于使电路能够正常工作了。
后来才觉的老师一句话说的非常对,如果对于集成芯片理解的不够深刻,那还不如使用分立元件更易于解决问题。
通过这次课程设计,我真的感觉自己获益良多。
首先是对于动手能力的锻炼,从设计电路,到搭电路再到调试电路,确实遇到了很多问题,但通过与同学讨论,询问老师,最终还是使这些问题得以解决。
而解决问题的过程也是提高自己的过程,在这个过程中自己也加深了对电路的理解,对各个芯片的理解和使用方法,确实学到很多知识。
除了知识上的收获,更多的还是思想上的收获。
在实验初期,图方便选择了CX20106这个集成芯片,只是通过查书对它周围的电路随意设置了一下,没有选择自己用分立元件逐步搭出接收电路,而自己对于集成芯片的理解又不够深刻,后来果然如老师说我的那样,在后期遇到了不小的问题,通过解决这个集成芯片带来的无线接收问题,我切实感觉到了自己在这次实验中的收获,不仅对于这次实验,对于以后我的学习生活都有很大意义。
无论做什么,都必须踏踏实实,一步一步,才能做出成果。
盲目追求方便,自以为走了捷径,其实走了更多的弯路。
最后感觉老师在整个课程设计中对我们的教诲和指导,给我们提供了很大的帮助,谢谢。
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