红外四路遥控发射接收系统设计.docx

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红外四路遥控发射接收系统设计

红外四路遥控发射、接收系统设计

一、课程设计要求：

掌握红外多路发射、接收系统的设计与调试方法。

红外多路遥控发射、接收系统是以红外线为传送信息媒体的短距离无线控制系统，可对多个受控对象的工作状态进行遥控，广泛适用于工业、家用电器等设备的开启或关闭控制。

本课题要求设计一四路红外发射、接收系统，可用于对一种设备的4种工作状态进行控制或两种设备的2种工作状态进行控制。

二、系统组成框图

红外多路遥控发射、接收系统组成框图如图所示，各部分功能是：

●键盘及其代码产生电路：

产生表示控制信号的BCD代码（用排针、短路帽设计）。

●编码电路：

对控制信号代码和地址代码进行编码，并转换成串行发送数据。

●调制振荡电路：

产生频率30~40kHz的振荡信号，并由发送的数据对其进行脉冲调制，形成发射信号。

●红外发射电路（红外发射管）：

将发射信号放大，并转换成红外光信号发射。

●红外接收电路（红外接收管）：

将接收到的红外光信号转换成电信号。

●解调电路：

将接收电信号放大，解调转换成控制代码。

●译码电路：

将控制代码译成控制信号。

●控制电路：

控制受控设备（红灯、绿灯、白灯和蜂鸣器）

红外线频率：

1010Hz

紫外线频率：

1015Hz

三、主要技术指标

●遥控距离不小于3m，即红外遥控发射机与红外接收机之间的距离不小于3m，

●遥控路数4路，即可对4个受控设备进行开关控制。

●工作频率30~40kHz，即红外发射和接收的载频为30~40kHz。

●功能要求由一台红外发射机和一台红外接收机实现对4个受控设备（红灯、绿灯、白灯和蜂鸣器）的控制；每次发射只控制1个设备的开、关状态。

四、任务与时间表

两人一组，根据系统组成框图和元器件清单，选择合适的元器件，设计并制作一4路红外遥控装置（一人设计发射机，一人设计接收机），实现对红灯、绿灯、白灯和蜂鸣器的开关控制，要求达到主要技术指标。

（解调电路有些复杂，红外接收管考虑用接收解调一体管）

●电路设计根据提供的元件，选用合适的元件，完成电路设计，并用PROTEL99绘制电路原理图；

●电路焊接在万用板上焊接电路，要求元件安装极性、方向正确；接插件、紧固件、导线安装可靠、牢固；焊点符合工艺要求（大小适中，无漏、虚、假、连焊；焊点圆润、光滑无毛刺、表面干净）；整机清洁无污物，导线不杂乱；

●电路调试要求写出调试步骤并记录调试数据及波形。

●绘制PCB根据电路原理图，用PROTEL99进行PCB板设计。

●提交设计报告（附电路原理图、PCB图、实物图）。

时间

任务

地点

15周

星期一上午

任务布置与讲解

8A103

星期一至星期二

查找资料

图书馆、网络

星期三

电路设计

宿舍或8B205

星期四

用PROTEL99绘制原理图

宿舍或8B205

星期五

用PROTEL99绘制PCB图

（上午由班长收齐电路原理图及元件清单）

宿舍或8B205

16周

星期一

电路焊接

8A106（8B205）

星期二至星期三

电路调试及实验考核

8B114

星期四

撰写设计报告

星期五上午

提交设计报告、理论考核（电路工作原理、调试步骤等）

8B205

五、供选择的元件清单

供选择元件

调制、解调振荡电路

晶振、分频电路

S51单片机

555

RC振荡电路

编、解码芯片

PT2262/PT2272

S51单片机

放大电路

红外对管

接收管为：

接收、解调一体管

万用板

10cm*5cm

六、考核方法

1、设计报告30分；

2、原理图、PCB图30分；

3、实物占40分（主要技术指标完成占30分；电路焊接美观10分）。

附：

设计报告内容：

1、课程设计要求及主要技术指标

2、系统组成框图

3、系统设计（硬件及软件）

4、电路工作原理

5、元器件选择

6、装配、调试

7、小结

8、参考文献

9、附录（电路原理图、PCB图、程序、实物图）

主要参考资料：

1、红外多路遥控发射接收系统（网络：

毕业设计论文，指导教师：

XXX）

2、八通道红外遥控开关电路（毕业设计论文）

3、四路无线电遥控电路的安装与调试

五、电路设计

 1．键盘及其代码产生电路设计

键盘及其代码产生电路的功能是产生8个控制信号，并将这8个控制信号进行BCD编码，形成控制代码，其电路如图2.19所示。

图中S1~S8是按压式键盘开关，依次代表1~8路控制信号，开关按下有效。

74HCl47与74LS04组成代码产生电路。

若开关没被按下，则电阻R1~R8与Rlo~R17形成高电平。

应大于3．5V。

若某路开关被按下时，则该开关所连接的代码产生电路的输入端为低电平，并由电阻R9与二极管D1~D8形成的发射控制电平为低电平（0．7V），送至编码电路，作为传输启动信号。

74HCl47是10-4线优先编码器，其功能是将这10个输入信号分别编成10个BCD码。

在这10个输入信号中优先级最高，的优先级最低。

编码器的输出Yo—Y3是反码形式的BCD码，74LS04对Yo～Y3取反后，则可得到BCD码。

2、编码电路设计

由集成电路MCl45026组成的编码电路如图2.20所示，虚线框内是MCl45026的内

部框图，外围器件RS、CTC、RTC决定编码器的时钟频率。

图中，

●A1~A5是地址线，A6／D6~A9／D9是地址数据复用线，即MCl45026可对9位并行输入数据进行编码，并在收到传输启动信号（）时，输出串行数据。

● 是传输启动信号输入端。

当为低电平时，器件开始启动传输过程；为高电平时，器件完全被阻塞，无信号输出。

●Dout是数据输出端，依次送出经过编码的数据。

●RS、CTC、RTC是内部振荡器的外接元件，其参数决定振荡器的振荡频率。

通常CTC、

Rs、RTC的取值为400pF20kΩ，RTC>10kΩ，振荡器的频率

ƒ=1／（2.3RTCCTC），其取值范围为1kHz--40kHz。

若频率超出此范围，精度将降低。

 设振荡器频率为1.6kHz,Rs=100kΩ,则CTC=2700PF,RTC=50kΩ

振荡器输出经4分频电路送至并／串转换电路作为时钟，将输入代码按A1~A5、A6／D6~A9／D9的顺序移至三态编码器，对输入信号进行编码。

编码器输出波形如图2.21所示，从图可知，编码器的输入为逻辑“0”（低电平）时，输出为两个窄脉冲；输入为逻辑“1”时，输出为两个宽脉冲；当输入为开路（高阻）时，输出为一个宽脉冲和一个窄脉冲。

当为低电平时，MCl45026按以上编码规律将输入A1~A5、A6／D6~A9／D9进行编码并输出串行数据。

只要保持低电平，MCl45026可以连续不断地输出串行数据。

图2.22是编码顺序图，两次．编码之间的间隙为24个振荡周期。

为了红外接收机能可靠地接收信息（见解码电路设计），每个数据字至少应发送两次。

因此，图中启动信号的脉宽PWmin应大于两次发射所需的时间。

课题要求由1部接收机控制8个受控设备，即只需一个固定的地址码，因此将A1~A5接低电平。

3、脉码调制振荡电路设计

为了提高传输信号的抗干扰能力，还需将编码信号调制在较高频率的载波上发射，本课题要求载波频率为40kHz，故可采用CMOS门电路构成的脉冲调制振荡电路。

当编码信号A为高电平时，振荡器工作，输出为载频信号；当编码信号为低电平时，振荡器不工作，输出为低电平。

输出的编码调制信号波形如图2.23中的B所示。

脉码调制振荡电路参见脉冲调制／解调电路。

课题要求载频为40kHz，取Ct=680pF，则Rt=16．7kΩ，可将1个10kΩ的电阻和1个10kΩ的电位器串联使用。

RS=10Rt=167kΩ，取标称值Rs=160kΩ。

 4.红外发射电路设计

图2.24是红外发射电路，由放大电路和红外发射管组成。

图中，G3、G4为隔离级，其作用是减小发射时的大电流对振荡级的影响；T1、T2组成复合三级管，对发射信号进行电流放大，红外管MLED81的工作电流为（200~300）mA。

流经发光二极管的电流，当G4输出为高电平VoH．时，T1、T2导通，红外管工作，当G4输出为低电平VoL时，T1、T2截止，红外管不工作。

5、红外接收电路设计

红外接收电路通常由一片专用集成电路和少量外围器件组成。

目前此类专用集成电路很多，如NEC公司生产的9C1373、9C1490HA，夏普公司生产的IX0614CE、IX0986CE，索尼公司生产的BXl323、CX20106等。

其中，CX20106是应用较为广泛的芯片之一，图2.25是由CX20106组成的红外接收电路。

红外接收管PH3028将光信号转换为电信号，从CX20106的①脚输入，经前置放大器、限幅放大器放大后送至带通滤波器，带通滤波器的中心频率与红外发射载波频率相同。

检波器、积分器组成解调电路，对接收信号进行解调。

施密特触发器对解调输出信号进行整形，从⑦脚输出，该输出为集电极开路电路，因此要接上拉电阻R3。

外围器件R1、C1的参数决定放大器的增益，当R1=4.7Ω，C1=IμF时，电压增益约为79dB，R1增大C1减小则会使增益降低。

R2确定带通滤波器的中心频率，调节R2、使的变化范围为30kHz,~40kHz。

C3是检波电容，一般取值为2.2μF~4.7μF。

R3是上拉电阻，一般取值为lkΩ~3kΩ。

图2.25是设计举例中调试完成后的红外接收实验电路。

其各引脚对地的静态工作电压如下：

 引脚      ①  ②  ③  ④  ⑤  ⑥  ⑦  ⑧

  电压／V  2.5  2.5  1.5  0  1.4  1.0  0.2  5

各点波形如图2.26所示。

6．解码电路设计

解码电路的功能是将解调后的串行数据进行解码，使其成为BCD控制代码，并使控

制代码并行输出。

MCl45027是与MCl45026配对使用的通用接收解码器，MCl45027的内部结构及其组成的解码电路如图2.27所示。

图中数据提取电路的作用是判别和检测输入数据的特性；其外围电路中R1C1，组成的电路用来判定接收到的脉冲是窄脉冲还是宽脉冲，时间常数R1C1，应调整为1．72编码器时钟

周期，即   

   R1C1=3.95RTcCTc

R2、C2组成的电路用来检测按接收到的末位信号，时间常数R2C2应等于33.5编码器时钟周期，即

   R2C2=77RTcCTc

这个时间常数用来判定输入Din保留低电平的时间是否已达到4个数据周期，达到了则数据提取电路

将提取到的低电平信号送到控制逻辑电路，控制逻辑电路使有效传输输出端VT为低电平，此时传输

终止。

收到的串行数据从MCl45027的第⑨脚输入，经数据提取电路判别后与序列发生器产生的本地地址码一比特（bit）一比特地进行校验。

如果第一次收到的地址码和本地地址码相符，则将紧接着收到的4位数据码储存在内部4bit移位寄存器中（不移到输出锁存器）。

当第二次收到的地址码仍与本地地址码相符，则将新收到的数据码与上一次储存的数据码以比较，若两次相同则控制逻辑电路使有效传输输出端VT为高电平，4bit移位寄存中的数据码转移到输出锁存器，并且在输出锁存器保留，直到新的数据代替它。

保留在锁存器的数据经缓冲器后输出，同时有效传输输出端VT保持高电平。

若两次不相同或4个数据周期内没收到信号，则VT为低电平。

注意 在发送端，MCl45026的地址信息和数据信息均可用三态码来表示，但在接收端，