电子系统专业课程设计结课报告红外遥控开关.doc

电子电路课程设计实验报告红外遥控开关 小构成员： 自动化0801 郝嘉然 0821 自动化0801 侯晓鹏 0821 自动化0801 胡 泊 0821 自动化0801 宋晓美 0821指引教师： 李维敏 1月红外遥控开关基本知识红外线红外线是太阳光线中众多不可见光线中一种，由德国科学家霍胥尔于18发现，又称为红外热辐射,她将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色光加热效应。成果发现，位于红光外侧那支温度计升温最快。因而得到结论：太阳光谱中，红光外侧必然存在看不见光线，这就是红外线。也可以当作传播之媒界。 太阳光谱上红外线波长不不大于可见光线，波长为0.751000m。红外线可分为三某些，即近红外线，波长为(0.75-1)(2.5-3)m之间；中红外线，波长为(2.5-3)(25-40)m之间；远红外线，波长为(25-40)l000m 之间。 真正红外线夜视仪是光电倍增管成像，与望远镜原理完全不同，白天不能使用，价格昂贵且需电源才干工作。 近红外线或称短波红外线，波长0.761.5微米，穿入人体组织较深,约510毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5400微米，多被表层皮肤吸取，穿透组织深度不大于2毫米。红外线通信运用红外线来传播信号通信方式，叫红外线通信。由于红外线能象可见光同样集中成很窄一束发射出去，因而红外线通信有两个最突出长处：1、不易被人发现和截获，保密性强；2、几乎不会受到电气、天电、人为干扰，抗干扰性强。此外，红外线通信机体积小，重量轻，构造简朴，价格低廉。但是它必要在直视距离内通信，且传播受天气影响。在不能架设有线线路，而使用无线电又怕暴露自己状况下，使用红外线通信是比较好。红外线遥控器当前，人们物质文化生活水平日益提高，各种各样家用电器走进了千家万户，其中，大多数家用电器均有各自不同遥控器，人们经常为了控制某台电器而处处寻找其相应遥控器，这样，就给人们生活带来了诸多不便。为理解决这个问题，本文提出一种多功能遥控器设计方案：该遥控器可以通过自学习而拥有对多台电器遥控功能，即省时、又省力，从而使人们免除同步面对功能众多遥控器烦恼。功能1、合用于编码式红外线遥控型家用电器； 2、可遥控多台家用电器； 3、具备一种学习/控制复用键、510个设备选取键，1020个功能控制键，由一种设备选取键与各个功能控制键共同实现对一种设备控制； 4、可通过一种设备选取键和各个功能控制键实现对多台设备惯用功能学习和控制； 5、成本低，抗干扰能力强。 综述综上所述，咱们将在这次在小学期学习实践中独立完毕一种具备控制功能红外线遥控器。运用所学知识和网络上资源，通过查找有关资料，设计电路，仿真，采买器件，焊接调试等工作。完毕这项任务。一、 设计任务书：1、实验目：（1） 掌握电子电路设计基本办法；（2） 掌握各种红外收发器件；（3） 掌握红外遥控收发方式；（4） 掌握红外遥控编码解码方式；（5） 掌握开关量信号对强电设备控制方式。2、设计规定及技术指标：基本某些： （1） 红外遥控器采用现成家用电器红外遥控器；（2） 遥控距离不不大于5米；遥控开关接受端工作电源为220V交流电；（3） 遥控开关使用发光二极管批示有无220V交流电源及遥控开关开关状态；（4） 遥控开关可以控制台灯、电扇等家用电器，输出功率不超过200W。发挥某些：（1） 自制红外遥控器，涉及至少4路遥控按键；（2） 遥控开关可以控制至少4路家用电器。3、设计任务：（1） 设计，安装、调试所设计电路；（2） 画出完整电路图，详细阐明电路原理，写出设计总结报告。4、设计思路：红外发射：指令编码器由基本脉冲发射电路和指令编码开关构成。当按下某个指令按键时，指令编码器将产生不同编码指令信号。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。红外接受：译码由红外接受器，前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级等构成。红外光电二极管（或光敏三极管）将接受到红外光信号转变为相应电脉冲信号，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相应译码器，用于脉冲指令信号译出。译出指令信号加至相应记忆和驱动级，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。方案比较：方案一编码电路编码由74LS148完毕，接反相器后送给移位寄存器74LS194，在第一位加上控制吗“1”，然后在原则脉冲电路控制下输出逻辑电平，控制红外线调制电路。 使用CD4011与非门产生38kHz频率信号，经三极管放大后接红外线发射二极管，对编码电路送来逻辑电平进行调制。解码电路还是通过74LS194在原则脉冲信号控制下串行接受，当信号第一位控制码“1”被传播到Q3端时，同步进行如下三个动作：控制74LS194S0端，使其处在保持状态；控制译码器74LS138使能端E0，使其开始解码；解除计数器74LS193清零状态，使其开始对原则脉冲信号计数，16分频后，进位端输出脉冲，输入74LS194清零端，使系统复原，准备接受下一种信号。最后接JK触发器74LS112构成，JK端同步接高电平，为一位计数器，实现锁存功能，同步74LS112为下降沿触发，与74LS138反向输出配合。方案二运用集成红外线收发芯片BA5104 SM5032来控制红外发射管和接受光电信号。通过芯片强大功能来完毕电路决策：通过比较这两种方案，咱们发现，第一种虽然不用引进新器件，应用都是咱们数电课熟知原件，但是通过自己搭接编码译码一来不稳定，二来容易出错。第二种方案应用红外线接发芯片，5104、5032不但可以有效完毕任务，并且对后续设计，如红外控速、红外调音等电路均有协助，因此选取了第二种电路。下面就详细简介咱们电路。二、重要原器件：发送接受红外组件、BA5014、SM5032（BA5024）、CD4013、455kHz晶体振荡器、继电器、按键开关、二极管、三极管、电阻及电容若干、7.5V变压器重要原器件简介：1、BA5104 BA5104管脚图（1）管脚阐明： 表（1）（2）工作特性： 表（2）（3）BA5104键输出码表： 表（3）（4）重要长处：1) BA5104采用38KHZ载波红外信号编码发射输出，具备定向性好，抗干扰能力强，遥控距离远特点。2）BA5104采用按键起振省电模式，具备功耗小特点;3）BA5104具备8个输入通道工顾客选取，因而，它有32种不同组合，可生产32种不同编码输出供顾客选取，具备功能强大特点。4）采用先进CMOS工艺，既有工作电压范畴宽特点。5） 设计了防静电（ESD）电路，具备安全可靠特点。2、SM5032此芯片与BA5104配套BA5204功能相似，且在当前市面上应用更为广泛。3、 CD4013CD4013是双D触发器芯片，在数字电路中通惯用来进行数据锁存、构成分频电路等三、 实用电路某些：1、直流稳压电源某些 由于本实验对稳定性规定比较高，输出功率规定不高，因而采用现二线性直流稳压电源方案。在线性直流稳压电源方案中，采用串联型居多，故原理如下：小功率稳压电源需要通过变压，整流，滤波和稳压四个过程，因此稳压电源某些需要由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路四个某些构成，其原理框图如下：从市电到5V直流稳压电源波形图如下：电路原理图如下：2、红外遥控开关发射某些：工作原理：图中BA5104是发射器芯片，K1K8是控制输入端，在静态模式下，被内接上拉电阻置成高电平，没有电流通过。当按下其中任一键时，OSC1和OSC2脚所内接时钟电路及外接455kHz晶体、电容C1、C2构成振荡电路起振，经内部电路分频产生38kHz载频。BA5104将C1、C2端及K1 - K8脚输入数据进行编码，由D0端串行输出，经达三极管放大后驱动红外发射器D2送出调制载波脉冲红外信号。LED端是发射状态显示输出端，有高电平输出时，LED发亮。C1、C2端为顾客编码输入端，可以设定4种编码方式。图中LD半导体激光二极管，是光电开关发射器核心元件。按下键不同，通过D2发射出波形不同样。3、红外遥控开关接受某些：工作原理： 接受电路如图所示，当红外接受头(三端)，它接受放大和解调信号，把遥控器发出红外信号还原成解码SM5032能辨认脉冲码。之后经三极管对该信号进行放大后作用于SM5032D1端（2号管脚），经该电路进行比较、解码后，由SM5032310脚输出相应控制信号。当按下发射器K1 K6任一键时，SM5032相应HP端输出高电平，松开发射键，则输出低电平； C1、C2端为顾客码输入端。有4种编码方式，规定与BA5104C1、C2端设立一致。与SM503213脚相接电容、电阻以及内部电路构成振荡回路，频率同样为为38kHz，满足其正常工作需要。当CD4013CP端有数据输入且由低电平变为高电平（或由高电平变为低电平）时，CD4013输出状态发生翻转，其Q端由低电平转呈高电平（低电平），使得相应功率三极管（此时起到开关作用）饱和导通，继电器K1通电，吸合，其触点将相应电器或时序控制节点接通（实验中用发光二极管代替），则用电器开始工作（发光二极管亮光）。再按一下按键，CD4013又接受到一正向脉冲，此时其Q端由高电平转呈低电平，功率三极管3DG12D截止断开，继电器断开，用电器不工作（发光二极管熄灭）。从而达到控制效果，且各路用电器互相独立，类似自锁效果。电路总体工作过程： 当按下4个控制按键任一键时（例如K1）即3管脚，则3管脚电平由本来高电平跳变为低电平，BA5104开始进行工作，即发射相应编码信号制接受电路，当端子为高电平时，则发射停止； OSC1与OSC2接出来晶振电路可使红外遥控载波频率为38kHz，这是由发射端所使用455kHz晶振来决定。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数普通取12，因此455kHz1237.9 kHz38kHz。则BA5104编码可载在38KHZ载波上通过15管脚DO（编码信号发生器输出端）。从DO出来编码信号通过NPN三极管（8050）放大后，可将编码信号经由集电极红外发射管转变成光信号发射出去。同步发射显示端LED灯亮。在接受端，红外接受头(三端)接受由发射电路发射光信号并将把遥控器发出红外信号解调还原成解码器SM5032可以辨认脉冲码。由光电三极管OUT端出来脉冲码（信号）通过功率三极管（3DG6C）放大足够倍数（6080）使本来薄弱脉冲信号可以被SM5032辨认并进行解码过程。被放大脉冲信号经2管脚DI输入，经SM5032解码使得与发射电路已按按键相应输出端输出高电平，使得双稳态触发器CD4013。当CD4013CP端加一正向脉冲时，则输出端Q1端输出宽度一定整形脉冲。当CD4013CP端有数据输入且由低电平变为高电平（或由高电平变为低电平）时，CD4013输出状态发生翻转，其Q端由低电平转呈高电平（低电平），使得功率三极管3DG12D（此时起到开关作用）饱和导通，继电器K1通电，吸合，其触点将相应电器或时序控制节点接通（实验中用发光二极管代替），则用电器开始工作（发光二极管亮光）。再按一下按键，CD4013又接受到一正向脉冲，此时其Q端由高电平转呈低电平，功率三极管3DG12D截止断开，继电器断开，用电器不工作（发光二极管熄灭）。从而达到控制效果，且各路用电器互相独立，咱们在一路接上了220V灯泡，符合教师提出控制高压用电器规定。调试过程：本电路调试过程较为顺利。在电路板安装完毕后，初次接电源后发射端发射灯亮但接受端却没有反映。咱们通过测试发现用别组发射端是可以控制咱们接受端，因此咱们检查发射端问题。 发射电路中作为批示遥控开关开关状态发光二极管工作正常，阐明编码芯片BA5104工作状态正常。于是咱们使用示波器从BA5104输出端15管脚测量输出波形，输出信号频率为37.9KHz，但是输出波形不稳定，因此咱们决定换一种晶振，更换后发现输出稳定。咱们又测试输出波形，发现并没有预测输出波形。因此咱们以为应当是芯片问题。在更换了芯片之后发现发射端可以正常工作了。通过本次调试，咱们总结出如下几点经验调试过程是发现错误、改正错误过程。可以越早地发现错误，纠正它代价就越小。错误可以分为：系统方案错误；系统设计错误；系统实现错误。错误种类一：系统方案错误错误后果：系统方案错误是致命，如果在制作后期才发现它，几乎就没有挽救办法。办法：为避免方案错误，在设计前要进行周密方案论证。查阅大量文献资料，必要时设计调试核心单元电路或进行计算机模仿。错误种类二：系统电路设计错误例如，器件选取错误，在高速应用中使用了低速器件；元件参数计算错误，以致达不到预定指标;逻辑控制关系错误等。这些都是设计上错误。 错误后果：系统设计错误普通意味要对物理线路作较大改动。办法：一是使用计算机对电路进行模仿，例如验证放大器特性，并且模仿成果为物理线路调试提供了参照根据。 另一种是使用可编程逻辑器件，这样在发现错误时只要重新变化编程，不需要做大改动错误种类三：系统实现错误系统实现错误重要是器件接线错误或工作点设立错误。错误后果：系统实现错误普通导致电路工作状态不正常，但是普通不需要对物理线路作较大改动。办法：查找实现错误时可以依照模仿成果进行对照调试，或由电路因果关系拟定故障位置。 成果分析：由于所用电路板大小限制，并且由于所设计电路八路控制通道工作原理完全一致，因而咱们决定只在电路板上实现两路。从安全性和电路简洁角度考虑，咱们设计用发光二极管充当执行机件以显示继电器与否吸合。后经指引教师建议，又焊接一路控制电路，控制220V交流电源，用台灯作为执行机件。咱们四路控制电路从分别从SM50323，4,5,6管脚引出，分别相应遥控电路中3,4,5,6号按键。实验成果显示，在距离6米处分别按下遥控电路四个按键时，相应管脚通道所控制发光二极管和台灯分别点亮，再次按下同一按键时相应机件熄灭。对于未接控制电路其她各通道，在发射端按下相应按键时可在解码芯片相应输出管脚检测到一高电频跳变，且各控制通道工作稳定，无互相干扰。由此可以阐明咱们制作红外遥控开关发射和接受电路已可以实现遥控8路220V交流电源开关功能，控制距离已超过5米，且工作性能稳定，安全。咱们设计已达到实验设计规定。四、 电路设计焊接及调试体会：郝嘉然：本次课程设计中，咱们参照借鉴了大量从教师那里、网上以及参照书籍中获得电路设计。通过仔细分析比较，市场调研和实验测试，咱们最后设计制作了这一电路。从开始查找资料，学习理解关于红外控制电路有关知识，到初步制定设计方案，再到不断实验调试改进方案，到最后完毕设计，制作完毕最后电路，咱们经历了一种较为漫长过程。虽然此前咱们模电数电课均有设计焊接电路实验，但是那大都是依照课本眼神而来，而这次，咱们对红外遥控电路刚开始结识几乎为零，刚开始不懂得从何下手，感觉这次较之此前难了好多。并且咱们在网上找到有关电路经仿真验证大都存在错误。书籍资料中参照电路，有诸多元件都已经停产，这也给设计带来了很大困难。最后咱们综合了收集来各种资料，再加上不断摸索，最后设计出了符合规定电路。在本次安装焊接电路过程中各我最大感受就是随着电路复杂化，电路焊接时对于布线难度和细心限度考验都明显增大。与摸电实验中语音放大器电路焊接相比，这次电路复杂许多，元件间所需连线数目增长不少，稍不注意便也许焊错或缺焊某根线，这将直接导致电路无法正常工作。本次安装电路过程中咱们就浮现过由于焊接错误而导致整个上午无法继续测试状况，减缓了咱们进度。在此后焊接过程中，咱们甚至焊几种点就检查一下，以防再次出错，并且在电路图上对已焊某些进行标记，以防止错误发生。此外，在焊接前对于使用元件检查也非常重要，元件质量不一定都好，将原本就已坏元件安装在电路中，差错难度很大，并且非常耗费时间。在整个课程设计完毕过程中，咱们组四名成员同心合力，分工明确，配合默契，在遇到困难时候总能共同商量解决办法，互相勉励，互相协助学习，使我充分感受到团队力量和重要性。侯晓鹏：这已经是我第五次焊板子了。每次焊板子都会遇到诸多困难。逐渐地我也总结出了一点经验。元器件布局要合理，事先一定要规划好，不妨在纸上先画画，模仿一下走线过程。电流较大信号要考虑接触电阻、地线回路、导线容量等方面影响。单点接地可以解决地线回路影响，这点容易被忽视。尚有最佳是按照电路原理，分步进行制作调试。做好一某些就可以进行测试、调试，不要等到所有电路都制作完毕后再测试调试，否则不利于调试和排错。 调试过程是最漫长一种阶段，咱们耗费了大量时间在电路调试上。调试过程是一种理论与实际相结合过程，运用所学知识在遇到问题时仔细分析，冷静思考才干抓住问题要害，解决问题；1. 忽视小影响，抓住重要影响，以免被某些干扰误导；2. 无论要进行什么实验，先从理论分析，才干有根据，不至于盲目（在第一种方案调试中，咱们由于对两个芯片及编码译码过程有关知识没有 进一步得研究，导致无法自主地找出电路中出入从而改进电路使实验中端。）；3. 调试时将接上电路之前必要检查电源正负极和连线对的，否则后果严重。 成品调试过程中也有某些心得：4. 好元件会有好效果，再好元件不通过细心揣摩也不会有好效果；5. 选购元件考虑性价比，是后来进行更大工程时所需经验。胡泊：由实验任务书指标和规定，咱们开始了对实验电路设计、焊接、调试过程。本次设计实验中重要有如下体会：一方面，选图是核心，必要在保证设计原理图对的性前提下财政对的完毕一下过程。另一方面，电路图所用原件市场供应和经济性。再有就是咱们设计电路要有其自己特色和新颖性，这就规定咱们在充分运用所学知识同步，要在其基本上有创新。安装过程重要是布线与焊接。本次电路相比此前复杂了好多，咱们可以通过恰当折线连接基本做到平面布线。布线好坏不但直接影响成品美观，还关系到成品性能，不好焊接工艺也许导致短路、接触不良、查线困难等麻烦。焊接技术可以通过动手逐渐纯熟，因此核心还是布线艺术。依照各个元件和管脚分布，针对不同电路设计出一套适合它连接路线从而满足美观与简洁，才是咱们需要通过不断尝试与揣摩宋晓美：本次课程设计相比此前数电模电实验难了好多，电路设计、焊接、调试每一步都不是轻而易举能达到。电路设计方面，咱们查阅了好多资料，不论是网上资料，还是书籍资料，刚开始咱们想着找个现成电路图直接焊接，简朴省事，日后发现行不通。或许那些都是初期资料，好多经验证行不通，最后咱们总结了各种资料，费了九牛二虎之力，最后设计出了符合规定电路，但最后忘了考证元件市场供应，最后时刻发现咱们用BA5204已经停产了，幸亏当前市场有一种跟BA5204性能，管脚排列都同样芯片SM5032，这算是不幸中万幸吧。再有吧，这次电路中用到芯片大都是咱们没有接触过，焊接过程需要注意问题也更多本次电路比此前复杂了好多，焊接时候更要格外小心，要避免虚焊，这种焊接错误单靠检查电路时查不出来，因而咱们焊接时候是焊几条线就测试一下，从大方面避免了错误，以免到最后电路有问题就无从下手了。电路调试同样也是一种漫长过程，咱们调试过程并不是一帆风顺，这次实验就是此前所学知识一次汇总吧。这次课程设计，咱们不但巩固了此前所学，同步也接触了某些此前未接触芯片，对红外遥控有了进一步结识。五、 参照文献：1 侯建军. 数字电子技术基本【M】. 北京：高等教诲出版社，2 陈永甫. 红外探测与控制电路【M】. 北京：人民邮电出版社，3 高吉祥. 电子技术基本实验与课程设计【M】. 北京:电子工业出版社，4 彭介华. 电子技术课程设计指引【M】. 北京:高等教诲出版社，1997年5 毕满清. 电子技术实验与课程设计【M】. 北京:机械工业出版社，6 李金平. 模仿集成电路基本【M】. 北京:北方交通大学出版社，7 路勇. 电子电路实验及仿真【M】. 北京:北方交通大学出版社,附：元件清单序列号元件数量序列号元件数量1BA5104117电阻22 22SM5032118电阻1k 73CD4013319电阻20k14红外发射管120电阻43k15光电三极管121电阻100k36陶瓷晶振122继电器37三极管3DG6C123按键68三极管3DG12D324电路板39三极管8050125插座110发光二极管326干电池211二极管4003227电池座112二极管4048328导线若干13电容100P214电解电容47u115电容1000p116电容0.033u3 表（4）本次电子系统课程设计总结：本次课程设计咱们收获颇多，咱们总结了这些收获，从表和里两方面来谈。表就是红外遥控开关这个电路设计焊接调试，而里则是我以为更加核心，也是教师想要告诉咱们，是一中“以弱控强”思路，让咱们通过实践这个遥控电路，来理解以弱控强这中思维。次课程设计中，咱们参照借鉴了大量从教师那里、网上以及参照书籍中获得电路设计。通过仔细分析比较，市场调研和实验测试，咱们最后设计制作了这一电路。从开始查找资料，学习理解关于红外控制电路有关知识，到初步制定设计方案，再到不断实验调试改进方案，到最后完毕设计，制作完毕最后电路，咱们经历了一种较为漫长过程。在刚开始设计电路时，由于对于红外遥控电路、数字电路理解几乎为零，加之急于求成心理，咱们想直接找一参照电路作为设计。但随着结识进一步和设计过程进展，咱们发现这一想法基本不可行，因素有三：其一，无论是网上还是有关资料上电路，大都存在较多错误，有是由于印刷导致，更多则是由于参照电路基本没有通过实际验证，诸多元件选用以及元件数值都存在各种问题，在实际运用中主线无法达到设计规定。此外由于某些书籍编者并没认真校对所有电路，导致某些电路设计本来就存在严重理论错误，完全没有可行性。其二，由于书籍资料产生时间不一，诸多参照电路虽然没有理论问题，但其中某些元件也许由于使用不广泛或早已停产等因素，在市场上相称难得买到，从而导致设计无法实现。以上两点因素在整个课程设计过程中消耗了咱们大量时间精力，导致设计电路多次更换。在后来电路设计过程中，完全避免这两点应当比较困难，但本次设计过程中总结出宝贵经验，如对参照电路认真查正，相信一定会为此后学习工作提供诸多协助。焊接之后便一次成功是可遇而不可求，咱们在调试过程中一种接一种地发现错误，然后一种个地耐心解决。调试过程是理论与实际相结合深刻体现，实验中遇到困难是必然，咱们只有运用知识原理耐心查找，重复核对才干找出电路症结并解决。调试过程就是发现错误解决错误过程，咱们在电路调试中遇到问题有线路焊接错误、管脚焊接错误、原理失误以及元件不匹配等。在整个课程设计完毕过程中，咱们组三名成员同心合力，分工明确，配合默契，在遇到困难时候总能共同商量解决办法，互相勉励，互相协助学习，使我充分感受到团队力量和重要性。最后我再谈谈这次课程设计“里”。电路会变但思想不变。咱们从这次实践中理解了以弱电控强电各种要素。生活中有设备高电压，很危险，但咱们又要应用取控制它，这就体现出咱们电路和电信学院精髓了：即四两拨千斤。通过电信号和其她载体信号如声或波转换传递，将控制端弱电信号发到强电端，运用如继电器这样器件，对强电实行控制，不得不谓之巧！会了新电路，更会了新思路。电子系统课程设计带给咱们不只枯燥焊接与调试、不只是检索各种电路图。而是一次体验、一种思维。感谢李维敏教师指引。