红外遥控开关的设计制作定稿.docx
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红外遥控开关的设计制作定稿.docx
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红外遥控开关的设计制作定稿
目录
一、设计思路与方案1
(一)设计目的1
(二)设计方案1
二、红外遥控系统概述1
(一)红外线的定义1
(二)红外线遥控的特点2
(三)红外线遥控的应用领域2
三、方案选择2
(一)脉冲产生模块3
(二)光电转换模块3
(三)接收模块3
(四)开关模块4
(五)电源模块4
四、方案分析5
(一)发射电路设计方案5
(二)接收电路设计方案5
五、红外遥控开关的实现5
(一)发射电路的设计分析5
(二)接收电路的设计分析7
六、元件的选用焊接与调试10
(一)接收电路电路板10
(二)发射电路电路板11
(三)制作调试11
七、总结12
参考文献:
12
附录一实物照片13
附录二元件清单14
红外遥控开关的设计与制作
(应用电子技术09
(2)班,吴敏)
摘要:
红外遥控是一种无线、非接触控制技术,具有抗干扰能力强,信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现等显著优点,被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用。
本设计采用了555时基电路构成无稳态触发电路,选用合适的RC充放电回路,产生方波脉冲信号,再由红外发射头发射出红外信号;利用红外一体化接收头和各个独立的元件组成了接收控制电路,对接收的红外信号处理后,可以对各种家用电器以及电子设备进行开关控制,设计简单,元器件较少,实用可靠。
关键词:
发射头;一体化接收头;脉冲
一、设计思路与方案
(一)设计目的
红外遥控开关最大的好处就是方便,具有很大的市场价值。
这也是我们选择这个课题的最大原因,当我们在寒冷的夜晚躺在被窝里想要关灯却不想起床的时候,红外遥控开关是我们很好的选择,不仅仅是这些,还有其他方面红外遥控开关都可以给我们很大的帮助,简化我们的生活。
(二)设计方案
本文设计的红外遥控开关主要是一个发射装置和一个接受装置,发射装置利用红外发射头发射一个红外信号,接受装置则是将接收到的信号转换成控制信号去控制家用电器或电子设备。
设计方案如图1所示。
二、红外遥控系统概述
(一)红外线的定义
在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线,红外线是不可见线。
所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,又称为红外热辐射。
红外线可分为三部分,即近红外线,波长为(0.75-1)~(2.5-3)μm之间;中红外线,波长为(2.5-3)~(25-40)μm之间;远红外线,波长为(25-40)~l000μm之间。
(二)红外线遥控的特点
红外线遥控装置具有抗干扰性强、性能先进、灵敏度高、控制可靠、使用方便、节约能源、功能样式多、最主要是成本等特点。
(三)红外线遥控的应用领域
目前红外线渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有红外线的踪迹。
由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力,所以,在设计家用电器的红外线遥控器时,不必要像无线电遥控器那样,每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则,就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器),所以同类产品的红外线遥控器,可以有相同的遥控频率或编码,而不会出现遥控信号“串门”的情况。
这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。
由于红外线为不可见光,因此对环境影响很小,再由红外光波动波长远小于无线电波的波长,所以红外线遥控不会影响其他家用电器,也不会影响临近的无线电设备。
1.遥控器
不少家用电器都配有红外线遥控装置,当遥控器与红外接收端口排成直线,左右偏差不超过15度时,效果最好。
2.红外线开关
红外线开关有主动式和被动式.主动式红外线开关由红外发射管和接收管组成探头,当接收管接收到发射管发出的红外线时,灯关闭;人体通过挡住红外线时,灯开启.被动式红外线开关是将人体作为红外线源(人体温度通常高于周围环境温度),红外线辐射被检测到时,开启照明灯。
红外线在其他方面还有很多作用,但与本文无过多联系,则不再介绍。
三、方案选择
根据设计要求,各模块的主要元件选择如下:
(一)脉冲产生模块
脉冲产生模块可以有以下两个方案:
方案一:
以时钟定时集成芯片NE555为核心,构成一个多谐振荡器,产生一个频率在91KHz到130KHz的脉冲波(这是理论值,由于元件的偏差,实际测量为准。
)。
NE555芯片引脚不复杂,电路简单且能够实现我们所需的功能。
方案二:
可以使用晶体管分立元件组成发射电路。
从稳定性以及简易型考虑,我们采用方案一。
NE555芯片也称时基电路,它的引脚如图2所示。
使用NE555芯片,介绍如下:
1地GND5控制电压
2触发6门限(阈值)
3输出7放电
4复位8电源电压Vcc
555芯片可以构成单稳态触发电路、双稳态触发电路、多稳态触发器和无稳态触发器,在本文设计使用的是无稳态触发器。
(二)光电转换模块
一般是将脉冲信号放大后推动光电管,产生红外光信号供接收头。
(三)接收模块
红外线接收头一般是接收、放大、解调一体头,红外信号经接收头解调后,数据“0”和“1”的区别体现在高低电平的时间长短或信号周期上。
接收模块可以有以下两个方案:
方案一:
采用一般的红外接收管需要放大电路、整形电路等组成,电路较复杂,因而体积较大。
方案二:
采用一体化红外接收头,新一代一体化红外接收头SFH506-38与RPM-638CBR将红外接收管,前置放大解调等电路集成在同一基片上,如图3所示,具有体积小,无外部元件,抗干扰性能好,接收角度宽、价格低等优点。
从系统功能和性价比方面考虑,我们采用方案二的一体化红外接收头。
(四)开关模块
开关模块可以有以下两个方案:
方案一:
采用继电器作为开关电路,用来控制电路的开和关,同时控制家用电器或者电子设备。
能够实现所需要的功能,电路简单并且常用,价格不高。
方案二:
采用可控硅作为开关电路,可控硅同样可以达到控制的目的,功能和继电器差不多。
从功能以及熟悉程度方面考虑,我们采用方案一。
(五)电源模块
电源模块可以有以下两个方案:
方案一:
采用二极管交流降压整流电路,引出的两根导线一端接火线,另一端接地线。
这样就可以直接接入220V交流电,可以带动功率较大的家用电器,但是在连接过程中存在了一定的危险性,特别是火线的接入。
方案二:
采用直接接入12V的电压,简单、方便、没有危险性,但是无法带动大功率电器,使用范围不广。
从安全方面考虑,我们采用方案二进行调试,如运用到实际中则采用方案一。
接入12V的电压之后,我们采用三段稳压电路7805使输出电压为5V。
7805是常用的三端集成稳压器件,顾名思义05就是输出电压为5V,仅有三个引脚,如图4所示。
四、方案分析
(一)发射电路设计方案
发射电路我们采用555芯片组成多谐振荡电路,如图5所示。
(二)接收电路设计方案
接受电路我们主要利用继电器进行控制的。
红外一体化接收头接收到发射电路发射的控制信号,控制信号经过放大、检波等一系列操作之后,控制电路获得高电位,继电器吸合,达到控制家用电器的作用,如图6所示。
五、红外遥控开关的实现
(一)发射电路的设计分析
1.脉冲信号的产生
555芯片组成的多谐振荡电路,如图7所示。
R1、R2、C1组成充放电回路,形成振荡,振荡频率的计算方法如下:
T=0.7*(R1+2*R2)*C1F=1/T则,T=0.7*(4.7+2*100)*0.0047
2.红外光产生电路
当电源接通时,NE555产生脉冲信号并且由3脚输出脉冲信号到三极管,经过三极管放大,输送到发射头PH303,再经过发射头PH303发出信号直至接收电路,如图8所示。
3.发射电路总图
脉冲产生电路与红红外发射电路组成红红外信号发射装置,如图9所示。
(二)接收电路的设计分析
1.接收头电路
接收头可选用一体化红外接收头,它能将红外信号转换为脉冲电平输出,如图10所示,IR为红外线遥控接收头,未接收到红外线信号时,3输出高电平,接收到红外线信号时,3输出一连串低电平脉冲。
2.放大、检波电路
红外接收头转变的电平不足以推动开关电路,需要进行放大处理后才能使用,通常选用供发射极放大电路,如图11所示。
Q1是用于放大作用的,二极管D1的作用是检波。
3.积分电路
为了产生开与关的控制信号,需要对检波后的信号进行积分处理,根据积分的时间常数来确定开与关的控制信号,如图12、13所示。
R4、C2与R7、C3组成两个积分电路。
(输出电压与输入电压的时间积分成正比的电路。
)R4和C2组成的积分电路使Q2导通从而Q5导通,控制开关开。
而R7和C3组成的积分电路正好相反,使Q3导通、Q5截止,从而控制开关关。
4.控制电路
继电器控制电路比较简单易行,可组成如图14所示电路。
Q4、Q5、J组成继电器控制电路,也就是开关电路,主要用于控制家用电器或者电子设备的开关。
5.接收电路工作原理总图
以上各模块组合后构成接收电路,如图15所示。
工作过程:
平时待机或上电后的初始状态是:
Q1导通,Q2截止,Q5截止,继电器J不工作。
当发射装置第一次按下按键,红外接收头IR接收到信号,信号经过Q1放大,再经过D1检波,在这较短的时间内,因C2< 所以Q5获得高电位从而导通,继电器的常开触点J-1、J-2吸合,则继电器处于工作状态,J-2同时连接电源,这时即使IR不再收到信号,因电源经过R11,故Q5保持导通,J仍继续保持吸合的状态,达到短按遥控钮实现开机的目的。 这就是开机的过程。 再次按下发射装置的按键,IR输出低电平脉冲使Q1输出高电平脉冲,经D1整流后分为两路,一路经过R7,一路经过R2,最终R7两端的电位大于1V(实测为1.3V左右),Q3导通,R9为高电平,Q4导通,Q5两端为低电平,致使Q5截止,J释放,J-1、J-2断开,达到长按遥控钮实现关机的目的。 松开遥控钮后,IR不再收到红外线信号,C2、C3放电,Q2、Q3截止,电路又进入等待状态。 只有再次短按遥控器按钮,电路才会重新动作,重复遥控开机过程。 六、元件的选用焊接与调试 (一)接收电路电路板 用软件Protel99产生接收电路板如图16所示。 (二)发射电路电路板 用软件Protel99产生接收电路板如图17所示。 (三)制作调试 在理论上,本文的设计没有问题,只要元件无损坏,焊接正确就没有问题。 发射装置电路板的元件较少,并不复杂,基本上只要555芯片连接没有出现问题即可。 R2为微调电阻,用来调节发射信号的频率的,在实物的调试过程中确定频率之后就将微调电阻换成了一个固定电阻,是为了防止在调试过程中微调电阻的脱落以及碰撞导致的滑动从而影响频率的大小。 接受装置电路板相对于较为复杂,需一部分一部分检查,防止出现错误。 调试时我们先断开R7,连接电源,如果按下发射装置的按键,J-1、J-2吸合,则代表接收装置电路以及放大、检波电路都没有错误,且Q5控制的继电器部分电路都正确。 如果两个常开触点没有吸合则代表其中一部分出现错误。 连接R7,判断继电器关状态是否正常,若能够正常关闭及J-1、J-2触点放开,则电路正常。 但是在调试过程中出现一个问题就是继电器吸合之后,再按发射装置的按键时,短按没有反应即继电器继续吸合,必须长按,时间很长才会断开,不符合实际操作的要求。 故我们将原本的C3由100uF改为两个10uF并联,也就是20uF,之后就可以很简单快捷的控制了。 七、总结 本次红外遥控开关的设计制作让我以及我的同伴懂得了好多。 这次制作让我们在原来的基础上更加透彻的懂得和掌握一些知识,同时也是大学三年知识的一个总体概括与总结。 也是原来知识的回忆和应用。 这次自主设计让我对与红外遥控的相关知识都有了更加详细的了解,同时也让我们知道了红外遥控在生活上对于我们的帮助和作用,不仅仅是生活上,还有很多地方都能够应用的到。 这也让我们明白了知识对于我们的好处,只单单的说电子方面,我们无时无刻不在使用电子产品,同时我们的生活也不可能离开电子,虽说只是一些简简单单的元器件,但是组合成一个系统,那么它所具有的“能力”是我们无法想象的。 试想,我们的生活没有这一切的话,该是一个什么样的恐怖状态。 所以我们不能失去电子,更加不能停止关于电子的研究,因为,它让我们的生活更加的简单,更加快捷,更加美好。 以此次论文而言,这个电路的组成部分并不复杂,只是一些简单的元器件组成而已,但是所能实现的功能确是一点也不逊色。 它可以发射信号让家用电器接受,并且不影响其他的电器。 这次设计我主要是完成接收电路部分,我同伴王言言主要做的是发射部分,从设计到焊接,出现了很多的问题但是终究是都解决了,在成功的那一刻真的很兴奋,很感谢我们的指导老师童强民老师,因为老师的帮助我们才会完整的完成。 参考文献: [1]高吉祥,电子技术基础实验与课程设计,电子工业出版社,2002。 [2]彭介华,电子技术课程设计指导,高等教育出版社,1997。 [3]毕满清,电子技术实验与课程设计,机械工业出版社,2001。 [4]周筱龙,电子技术基础,电子工业出版社,2007。 [5]石生,模拟电子技术基础,高等教育出版社,2006。 附录一实物照片 (一)发射电路实物如下图 (二)接收电路实物如下图 附录二元件清单 (一)接收电路元件清单 名称 数值 数量 型号 红外遥控接收头 IR 1 一体化红外接收头 电阻 56KΩ 1 碳膜或其它 电阻 15KΩ 2 碳膜或其它 电阻 10KΩ 1 碳膜或其它 电阻 100KΩ 6 碳膜或其它 电阻 22KΩ 4 碳膜或其它 电阻 330Ω 1 碳膜或其它 电解电容 10u 3 电解电容 100u 1 电解电容 1u 1 电容 0.68u/400V 1 三极管 NPN型 5 2SC1815 二极管 硅管 3 1N4148 发光二极管 普通 1 继电器 小型 1 JRX-13双触点 (二)发射电路元件清单 名称 数值 数量 型号 红外发射头 1 PH303 电阻 4.7KΩ 1 微调电阻 100KΩ 1 电阻 2KΩ 1 电阻 100KΩ 1 电阻 10Ω 1 三极管 NPN型 1 2SC8050 电容 4700uF 1 电容 0.01uF 1 按键 1 电解电容 100u 1 电源 9V 1 555芯片 1
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