红外遥控开关的设计.docx

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红外遥控开关的设计

目录

中文摘要1

英文摘要2

引言3

一．红外遥控控制原理4

1.1红外线的定义4

1.2红外线遥控的特点4

二．红外遥控器的系统设计5

2.1设计思路 5

2.2总体设计框图6

2.3设计原理分析9

2.4发射器电路的设计15

2.5接收与控制电路的设计15

2.6锁相环电路15

三．总结体会17

结语29

参考文献30

致谢31

简历32

摘要

红外遥控技术的出现，不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。

红外线遥控器具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点从而成为了当今非常流行的一种控制方式

红外遥控器是一种利用红外遥控系统来控制被控对象的系统.整个系统由数字电路和模拟电路两个部分组成。

发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括LED红外光发射、解调、解码电路。

通过对设计要求地认真分析和研究，拿出了几种可行方案，最终选定了一个最佳方案。

该方案是采用先进的单片机技术实现遥控的主要手段。

我们所设计的遥控器能控制5个电器的电源开关，并且可对一路电灯进行亮度的调节。

关键词：

遥控电路，红外发射，红外接收，红外遥控，电源。

Abstract

Infraredremotecontroltechnology,notonlygreatlyimprovedlaborproductivity,reducedcosts,andreducethepeople'slaborintensityandimprovetheworkingconditions.Infraredremotecontrolhasasmallsize,lowpowerconsumption,functionality,andlowcostinordertobecomeaverypopularpresent-daycontrol.

Theinfraredremotecontrolisonekindofuseinfraredremotecontrolsystemcontrolsiscontrolledtheobjectthedepartmentgreenoverallsystemiscomposedbythedigitalcircuitandtheanalogouscircuittwoparts.Launchespartiallyincludingthekeyboardmatrix,thecodedmodulation,theLEDinfraredtransmitter;ReceivespartiallyincludingtheLEDinfraredlightlaunch,thedemodulation,decodestheelectriccircuit.

Afteranalyzingandresearchingontherequestofthedesign,wetakeseveralblueprintandweselectedthebestoneintheend.TheprojectmakeuseofadvancedSCMtorealizetheremotecontrol.Remotecontrollerwedesignedcandominate5electricalsourceswitchesandadjustthebrightnessofonelight.

KeyWords:

引言

随着改革开放，人民的生活水平有了进一步提高，各种家用电器设备也随之进入千家万户。

一些家用电器开关在使用的时候非常的麻烦，为了方便大家使用，现在社会上也设计出了各种各样的控制开关，其中包括红外遥控开关，红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式。

我们这个设计既具有红外遥控的一般通用特性，也设计了一种具有自己独特性能的部分，让人们更好的使用家用电器。

以下介绍红外遥控的特点：

它不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。

由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。

由于红外线遥控装置具有抗干扰能力强、操作简单等诸多优点，已经广泛应用于彩色电视机、VCD、DVD、空调、组合音响等各种家用电器上。

我们设计的这个红外遥控开关控制电路，不仅要让人们明白红外遥控的工作原理，还要使他们能更深刻的把握电器的性能好坏，相信通过这个设计大家也能对红外遥控开关的工作原理有进一步的了解。

红外线开关具有灵敏度高、抗干扰性能好等特点，其遥控距离为8m以上，可用于控制照明灯、电风扇等家用电器。

本例红外遥控开关利用常用的彩色遥控器去控制一种或多种家用电器。

该红外线遥控开关由电源部分、红外接收部分、解码与控制部分、执行电路组成。

由彩色遥控器发出红外信号，一体化接收头接收到遥控编码信号后送到解码与控制集成电路，由解码控制集成电路内部分析处理后输出信号送给执行电路去控制电器的开、关。

第一章红外遥控系统概述

1、红外线的定义

“红外”，顾名思义，是指在红光的外面光线。

具体来说，红外线是拽波长在0.76～1000微米之间的电磁波。

众所周知，当你取一块三棱镜放在太阳光下，可以看到一条绚丽的彩虹，它是由红、橙、黄、绿、青、兰、紫七色光组成，这七包可见光中，其光波的波长由长至短依次排列，其中紫光的光波最短，红光的光波最长，那么红光的外侧，即比红光的光波还长、看不见的、波长范围在0.76～1000微米之间的这段电磁波，即为红外线。

2、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。

3、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。

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

发射部分的主要元件为红外发光二极管。

它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

目前大量的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φ5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。

判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可[2]。

红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。

接收部分的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，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外发光二极管一般有圆形和方形两种。

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，因此就要增加高增益放大电路。

红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

第二章红外遥控的设计

总体设计方案

2.1设计思路 

红外遥控开关，就是对住宅内的各种家用电器进行智能管理与控制的开关，跟传统开关相比，它主要可以实现对白炽灯的调光、一键场景、一对一遥控及分区灯光全开全关等管理，并可以用多种控制方式实现以上功能，最主要的控制方式为无线遥控、定时控制、集中控制、甚至远程控制等，从而创造舒适、节能、方便、安全、环保的居住灯光效果。

红外遥控系统一般分发射和接收两个部分，发射部分的主要元件为红外发光二极管，接收部分的红外接收管是一种光敏二极管，如果需要其具有加密功能，这就需要使用锁相环路。

（1）发射器电路由3V电源供电。

低频信号、40KHZ的载波形成皆用与非门加外部元件实现，具有较高的稳定性，这部分电路用到了一个与非门集成电路。

（2）接收器电路又有几部分组成。

使用了LM567集成块实现锁相环加密功能，用双稳态电路对继电器进行控制，利用继电器的开关对负载实现控制。

2.2总体设计框图

图1总体方框图

2.3设计原理分析

音频振荡器

人们把人耳能够听到的振动频率称为音频（也有称声频），它的频率范围是从20Hz—20KHz,低于20Hz的频率称次声波，高于20KHz的频率称超声波。

能够产生20Hz－20KHz的振荡器就称为音频振荡器

振荡器

简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。

详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。

一般分为正反馈和负阻型两种。

所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。

能够完成从直流电能到交流电能的转化，这样的装置就可以称为“振荡器”。

振荡器的作用是将直流电变交流电。

振荡器工作原理介绍

振荡器是收发设备的基础电路,它的作用是产生一定频率的交流信号，是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能，在许多不同类型的电子设备中都有着重要的位置。

一个载波振荡器可以使用类似调频话筒的电路，以最简单的电容三点式振荡为例，通过对振荡管的基极加电压的方式实现FSK。

由于发送的内容是数字电路，所以只有1和0两种状态，即向基极加压或不加压两种情况，就产生了两种频率。

实际上就是利用压控VCO的电压控制特性。

编码：

用代码表示信息的过程。

解码：

将信息从已经编码的形式恢复到编码前原状的过程。

数字模式下，音频的初始信号是PCM，但是PCM体积庞大，不利于传输，于是经过编码使其体积变下，解码，就是编码的逆过程。

2.4发射器电路的设计

图2发射电路

发射器电路原理

红外发射电路由1KHZ音频振荡器，3KHZ音频振荡器，40KHZ载波振荡器和驱动输出电路组成如图2所示。

1KHZ音频振荡器由四与非门集成电路IC1（D1-D4）内部的D1和电阻器R1、R2、电位器RP1、控制按钮S1组成。

3KHZ音频振荡器由IC1内部的D2和电阻器R3电位器RP2、电容器C1，控制按钮S2组成。

40KHZ载波振荡器由IC1内部的D3、D4和电阻器R4、R5、电容器C2组成。

驱动输出电路由电阻器R6、晶体管V1和红外发光二极管VL组成。

当按下红外发射电路中的控制按钮S1时，1KHZ音频振荡器振荡工作，产生1KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。

当按下红外发射电路中的控制按钮S2时，3KHZ音频振荡器振荡工作，产生3KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。

2.4接收与控制电路的设计

图3接收与控制电路

接收与控制电路原理

红外接收控制电路由红外线接收头IC2、音频译码器、反相器、双稳态触发器（A1、A2）和控制执行电路组成，如图3所示。

音频译码器由音频锁相环集成电路IC3、IC4和外围阻容元件组成。

反相器由晶体管V2、V3和电阻器R8-R10、R13-R15组成。

双稳态触发器由双D触发器集成电路IC5（A1、A2）担任。

控制执行电路由电阻器R11、R16、晶体管V4、V5和继电器K1、K2组成。

当按下红外发射电路中的控制按钮S1时，1KHZ音频振荡器振荡工作，产生1KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。

红外接收头IC2接收到VL发射出的红外指令信号并对其进行放大和解调处理，解调后的指令信号经IC3译码、V2反相后去触发双稳态触发器A1，使A1翻转，V4饱和导通，K1吸合，其常开触头闭合，将第一路负载的工作电源接通。

再按动一下S1，A1又翻转为另一种稳态，使V4截止，K1释放，第一路负载的工作电源被K1的常开触头切断。

当按下红外发射电路中的控制按钮S2时，3KHZ音频振荡器振荡工作，产生3KHZ的指令信号，该信号经40KHZ载波振荡器调制后,通过V1驱动VL发射出红外光信号。

IC2将接收到的红外光信号进行放大和解调处理后，得到解调后的指令信号，该信号经IC4译码，V3反相后使A2翻转，V5饱和导通，K2吸合，其常开触头接通，使第二路负载运行工作。

再次按动S2后，则A2翻转为第一种状态，使V5截止，K2释放，第二路负载的工作电源被K2的常开触头切断。

调RP1和RP2可分别改变1KHZ音频振荡器和3KHZ音频振荡器的工作频率，从而改变遥控的灵敏度。

调试时按S1调RP1使K1动作，按S2调RP2使K2动作。

2.6锁相环电路

（LM567是一个锁相环集成电路，内部包含了相位比较器、压控振荡器，正交相位检测器以及放大等功能，结合少量的外接元件能完成红外遥控的锁相环加密功能。

它采用8脚双列直插塑封，其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC。

其①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。

②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：

电容值越大，环路带宽越窄。

①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。

③脚是输入端，要求输入信号≥25mV。

⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。

LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。

LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，这里仅将其基本功能概述如下：

当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。

2.6锁相环电路图

图4LM567内部集成电路

总结与体会

在设计之前，我到图书馆翻阅了大量的相关参考资料，从网络上也进行了查找，根据寻找的资料和自己认真的思考以及和老师、同学的交流，终于设计出了红外遥控开关电路。

把以上电路稍微改动一下就可以实现多路遥控器，当然在接收电路也需要相应的改动，一体化红外接收头共用，再设置与接收端编码器相同个数的LM567锁相器和后级锁相驱动控制电路，各锁相环的振荡频率与各编码器的低频编码信号的频率对应相等。

这样发射端（遥控的发射电路）按压不同的按钮，载波信号接入不同频率编码的调制信号时，在接收端（遥控的接收电路），各对应的LM567的⑧脚的电平会发生变化，从而形成多路控制信号。

在设计中我运用自己平时学到的一些知识，以及自己在课下所查找的进行设计，刚开始遇到很多困难，后来也请同学帮忙参考一下，最终找到了解决问题的答案，两周很快过去了，我感觉这两周是过得最充实的两周，别看题目简单，但是做起来就不是那么容易了，经过反复的加电路去电路最终才搞出来，自己真是很高兴。

非常感谢学校给我们安排的课程设计，通过设计会增长我们的知识，特别是没有学到的，做过之后就知道其功能。

结语

随着科学技术的迅速发展，使我们人类社会发生了翻天覆地的变化。

而且，人们的生物质文化生活水平日益提高，各种各样的家用电器走进了千家万户，其中大多数的家用电器都有各自不同的遥控器，人们常常为了控制某台电器而到处寻找其对应的遥控器，这样，就给人们的生活带了很多不便。

遥控技术正向各个领域渗透，红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠，而且能有效地隔离电气干扰。

参考文献

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