关于红外遥控设计.doc
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1、红外线遥控电灯开关设计制作摘要:随着社会的进步和生活水平的提高,人们对物质生活的要求也越来越高。近年来,红外线遥控技术在日常生活中应用越来越广泛。红外线遥控系统具有体积小、功耗低、功能强、成本低、易于控制和使用方便等特点,适用于近距离遥控,具有较好的推广应用价值。此次毕业设计着重是一种单路红外线遥控电源开关的设计方法,采用数字集成电路实现遥控电源开关的手段,实现近距离遥控。在设计的电路中由于使用了编码和解码器,所以电路抗干扰能力强,且线路简单,在生活中有很好的用途。关键词 红外线;编码;译码;PT2262;PT2272目 录目 录2第一章绪论41.1 研究意义41.2 国内外现状41.3 研究
2、目标与内容4第二章 红外线遥控开关原理52.1 红外线简介52.2 系统总体设计方案62.2.1方案一62.2.2方案二72.2.3方案比较和选择7第三章 电路设计83.1 红外遥控发射电路设计83.2 红外遥控接收电路设计93.3 电源电路设计10第四章 主要组件选择及介绍114.1 红外发光二极管和接收管114.2 成品红外接收头144.2.1红外接收头FPS-4901144.2.2通用红外接收头HX1838164.3 编码器和译码器的选择194.4 四2输入与非门234.5 继电器234.5.1JMX-94F自锁双稳态继电器23第五章 其余组件25第六章 安装调试26结束语27致谢28参
3、考文献29第一章 绪论1.1 研究意义随着社会的进步和生活水平的提高,人们对物质生活的要求也越来越高。近年来,红外线遥控技术在日常生活中应用越来越广泛。红外线遥控系统具有体积小、功耗低、功能强、成本低、易于控制和使用方便等特点,适用于近距离遥控,具有较好的推广应用价值。1.2 国内外现状随着电子技术的迅猛发展,红外遥控技术已渗透到国民经济的各部门及人们的日常生活中,在工业自动化控制、信息通信、环境检测、安全防范、家用电气控制、国防工业及日常生活等许多方面都得到了广泛的应用。红外线遥控装置的中心控制部件已从早期的分立组件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机,智能化程度大大提高。1.3 研究目
4、标与内容本文介绍一种单路红外线遥控电源开关的设计方法,采用数字集成电路实现遥控电源开关的手段。(1) 遥控距离不大于5米,即红外遥控发射器与红外接收器之间的距离不大于5米;(2) 遥控路数为单路,对1个电源进行开关控制;(3) 工作频率:91103KHz;(4) 功能要求由一台红外遥控发射器和一台红外遥控接收器实现对单个电源开关的控制。第二章 红外线遥控开关原理2.1 红外线简介红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。红外线由德国天文学家威廉赫歇耳于1800年发现,又称为红外热辐射,是太阳光线中众多不可见光线中的一种,人的眼睛能看到的波长最长的光是红光,从广义来讲,红外线是一种电磁波
5、,电磁波家族按波长顺序是这样排列的:长波、短波、超短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线等。其中长波的波长最长,顺序越来越短,X射线的波长一般不超过1nm。红外线波长在无线电波与可见光波之间,约为0.751000m之间,是一种肉眼看不到这种光线,但利用红外线发送和接收装置却可以发送和接收红外线信号。在近红外区,它和可见光相邻,因此具有可见光的某些特性,如直线传播、反射、折射、衍射、可被某些物体吸收以及可以通过透镜将其聚焦等。在远红外区,由于它邻近微波区,因此它具有微波的某些特性,如有较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。自然界中,不论任何物体,也不论其本身是否发光(指可见光),只要其温度
6、高于绝对零度(-273),都会一刻不停地向周围辐射红外线。只不过是温度高的物体辐射的红外线较强,温度较低的物体辐射的红外线较弱。红外线摄像、红外线夜视、热释电红外探测以及某些导弹的瞄准等就是利用红外线的这一特性工作的。它具有以下特点:(1)、由于为不可见光,因此,对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长,所以,红外遥控不会干扰其它家用电器,也不会影响近邻的无线电设备。同时,由于红外线不能穿透墙壁,所以不同的电器可以使用通用的遥控器而不会互相干扰,这是无线电遥控所不能做到的。(2)、红外线为不可见光,具有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗,警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。(3)、红
7、外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。(4)、红外线遥控具有结构简单,制作方便,成本低廉,抗干扰能力强,工作可靠性高等一系列优点,特别是室内遥控的优先遥控方式。同时,由于采用红外线遥控器件时,工作电压低,功耗小,外围电路简单,因此它在常工作生活中的应用越来越广泛。它在技术上的主要优点是:(1)、无需专门申请特定频率的使用执照;(2)、具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点;(3)、传输速率适合于家庭和办公室使用的网络;(4)、信号无干扰,传输准确度高;(5)、编解码容易,可进行多路遥控。它的缺点是:由于它是一种视距传输技术,采用点到点的连接具有方向性,两个设备之间如果传输数据,
8、中间就不能有阻挡物;而且通讯距离较短,此外红管LED不是一种十分耐用的器件。2.2 系统总体设计方案2.2.1 方案一红外线发射接收控制电路均采用单片机来实现,输出控制方式可选择,实用性强。红外线发射、接收系统组成框图如图1所示。图1 红外线发射、接收系统组成框图当按下遥控按钮时,单片机产生相应的控制脉冲,由红外发光二极管发射出去。当红外接收器接收到控制脉冲后,由控制方式选择开关选择是“互锁”还是单路控制,再由单片机处理后,对相应的受控电器产生控制。当按下遥控按钮时,编码调制部分产生相应的调制后的信号,由红外发光二极管发射出去。当红外接收器接收到控制脉冲后,由解码处理后,对相应的受控电源产生控
9、制。2.2.2 方案二使用由常规数字集成电路组成的红外遥控电路。这种遥控电路使用配套的专用编译码器,因此制作起来比较方便。红外线发射、接收系统组成框图如图2所示。图2 红外线发射、接收系统组成框图2.2.3 方案比较和选择综上所述通过比较二套方案,方案一和方案二都可实现控制多个电源开关。方案一的红外线发射/接收控制电路采用单片机来实现,电路简单,实用性强,但方案一所需的单片机需要编程,比较复杂。而方案二使用配套的编码和译码器,且用到的元器件较少,市场上都可以买到,电路相对简单实用。所以本设计采用方案二作为设计蓝本。第三章 电路设计3.1 红外遥控发射电路设计图3为红外遥控发射电路原理图,主要由
10、编码芯片PT2262、四2输入与非门7400、编码开关SW-DIP8、红外线发射器PH303、电阻、三极管、电容、极性电容、按键SB组成。图3中门电路U2U4构成中心频率为40KHZ的方波振荡,用于调制从PT2262第17脚输出的编码信号及控制信号。控制信号(数据)由PT2262的D1D4管脚提供,调制后的信号由红外发射管PH303发射出去。要发射信号时,按下发射键SB。按键期间,PH303会不断发射红外信号。图3 红外遥控发射电路原理图3.2 红外遥控接收电路设计图4红外遥控接收电路原理图,主要由译码芯片PT2272、编码开关、双稳继电器、红外接收头FPS-4091、5V电源电路等组成。图4
11、 红外遥控接收电路原理图图4中的红外接收组件FPS-4091接收到中心频率为40KHZ的红外信号后,从载波中解调出编码信号,经放大后从2脚输出,输进PT2272解码器输入端14脚,如果两机地址码相同,则PT2272进行解码,并把PT2262的控制信号锁存在PT2272的第1013引脚上,同时在第17脚上输出一个正脉冲,用于双稳电路的控制。PT2272解码器数据输出端第1013脚具有记忆保持功能,当有数据输出时,此数据会保持直至电源关断。PT2272第17脚“总线”输出端,当发、收两机地址码相同,正确译码时,输出转为高电平,而当发射机不发射信号时,则回落到低电平,没有记忆功能。在PT2272的第
12、17脚接一个有双稳态继电器和其驱动电路组成的双稳电路,双稳电路原理图如图5所示。图5 双稳电路的电路图有上述可知,接收器在得电后收到第一个信号之前,PT2272第17脚输出为低电平时,VT2截止,继电器J1(JMX-94F)释放,其触点是断开状态,负载不工作。遥控器的发射键SB按下后,接收器收到信号,PT2272第17脚输出为高电平时,VT2导通,继电器J1(JMX-94F)励磁吸合其触点动作,带动负载工作,从而实现了红外遥控的目的。3.3 电源电路设计图6为红外接收电路的电源电路原理图,主要由MC78L05三端稳压器、变压器、整流二极管及电容组成。电源电路接220V交流电后,经变压器转换成9
13、V交流电,接着送整流二极管转换成9V直流电、再由电容滤波和MC78L05三端稳压器稳压后提供5V直流电。图6 红外接收电路的电源电路第四章 主要组件选择及介绍4.1 红外发光二极管和接收管红外发光二极管实际是采用砷化嫁(GaAs)和砷铝化嫁(GaAlAs)等半导体材料制成的特殊的发光二极管,由于其内部材料不同于普通发光而激光,因而在其两端施加一定电压时,它发出的是红外线而不是可见光。当我们在它两脚加恒定电压时经红外发光二极管产生直流电流,只要工作电流不超过PH303的性能参数表(如图7所示)给出的数值,红外发光二极管即可正常工作,发出的是光强恒定的红外光;当在它两脚上加脉冲电压,红外发光二极管
14、的驱动电流为直流脉冲电流,即可发出脉冲光信号,可用来传递数字遥控信号。因此,对发光二极管来说,不管供电电源的电压如何,只要流过发光管的正向工作电流在所规定的范围之内,器件就可正常发光,关键是用什么方式以及如何来获得所需要的驱动电流。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右,外形与普通的发光二极管相同,只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。常见的红外发光二极管,其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率(20mW-50mW)和大功率(50mW-100mW以上)三大类。常用的发光二极管为PH303,本设计中用到的就是这种发光二极管,PH303的性能参数见
15、图7所示。图7 PH303的性能参数红外发光二极管的伏安特性曲线如图8所示。红外发光二极管的正向压降VF与材料及正向电流有关。砷化嫁红外发光二极管的正向压降在12V之间;小功率管的正向压降在11.3V之间;中功率管的正向压降在1.61.8V之间;大功率管的正向压降小于等于2V。在使用时应注意驱动电源电压的数值应大于红外发光二极管的正向压降,否则不能克服死区电压产生的正向电流IF。红外发光二极管的反向击穿电压VR较低,约为530V。所以,在实际使用中需加限流电阻予以保护。图8 红外发光二极管的伏安特性曲线红外发光二极管的输出特性曲线如图9所示,它表示红外发光二极管的输出光功率PO与正向工作电流I
16、F之间的关系。图9 红外发光二极管的输出特性曲线由图9可见,在工作电流IF较小时,输出光功率Po与工作电流IF成线性关系。当工作电流较大时,曲线快速弯曲,红外发光二极管进入饱和,Po与IF就不再成线性关系了,形成了非线性工作区,即饱和区。在红外线遥控电路中,红外发光二极管一般都工作在开状态(数字调制)。因此,对于输出特性是否在线性区没有要求。当红外发光二极管用在简单的光通信中时,它的工作状态为调幅工作状态(模拟调制),这时必须使红外发光二极管工作在线性区10。红外发光二极管的指向特性是指它的发光强度与光辐射的几何角度的关系即发光强度的角分布(是描述红外发光二极管在空间各个方向上光强分布),它是
17、由封装透镜的形状、管芯、顶端的位置与封装的工艺(包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否)决定的。发光强度(法向光强)是表征发光器件发光强弱的重要性能。红外发光二极管大量应用要求是圆柱、圆球封装,由于凸透镜的作用,故都具有很强指向特性:位于法向方向光强最大,其与水平面交角为90。当偏离正法向不同角度,光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。图10(a)、(b)分别画出了球面透镜封装与平面封装的红外发光二极管的指向特性曲线。由图10可见,球面封装的红外发光二极管指向角度较小,在偏离发射中心(零发射角)10o的位置上,发射光强只有0o位置上的50。平面封装的管子指向角度较大,在
18、偏离0o发射角40o时发射光强为0o位置上的50。采用多只发射管并列安装的方法,可以改善发射光的指向特性。图10 红外发光二极管的指向特性曲线红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压(E极接负,C极接正),它才能正常工作,获得较高的灵敏度。PH302的性能参数见图11所示。图11 PH302的性能参数4.2 成品红外接收头由于红外发光二极管的发射功率一般都较小(100mW左右),所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱,PH302、PH303的最大接收距离一般在5m。当要求更长的遥控距离时,要增加高增益放大电路。前些年常用PC1373H、CX20106A等红外接收专用
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