09325305电风扇遥控电路设计.docx

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09325305电风扇遥控电路设计

《家电原理与检测》

课程设计报告

电风扇遥控电路设计

姓名:

邓仁禹

专业:

电子信息工程

班级:

093253

学号:

09325305

指导老师:

王晓荣

红外线遥控电风扇电路设计

摘要：

该设计方案基于市场的需求，结合红外遥控设计简单、作方便、成本低廉等特点，采用了专用的遥控发射接收芯片，在此基础上设计了一个简易的智能红外遥控电风扇系统。

系统包括接收和发射两大部分，本文设计实现了几项电风扇的基本功能：

开/关功能、三级调速功能、0.5-7.5小时不同时间段的定时功能，以及自然、正常两种风类的选择功能。

经过多次的测试与电路调整，系统的各项功能均能正常实现。

一.绪言

红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um~1000um。

根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。

光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光（线），波长为0.76um~1000um的光波为红外光（线）。

红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。

红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。

用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件（红外发光管）与红外接收器件（光敏二极管、三极管及光电池）的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。

目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的红外线传输技术。

作为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。

红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。

遥控器是真正最早进入家庭的无线设备。

它是由高产的发明家RobertAdler在五十年代发明的。

而红外遥控是20世纪70年代才开始发展起来的一种远程控制技术，其原理是利用红外线来传递控制信号，实现对控制对象的远距离控制，具体来讲，就是有发射器发出红外线指令信号，有接收器接收下来并对信号进行处理，最后实现对控制对象的各种功能的远程控制。

红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能力及较强的隐蔽性等特点。

随着红外遥控技术的开发和迅速发展，很多电器都应用了红外遥控，而电风扇也不例外。

从单纯的在电风扇面板上通过按钮控制，到短距离（10M以内）的遥控，虽然改变不大，但其带来的便利无疑是巨大的。

而红外遥控技术的成熟，也使得遥控电风扇变得设计简单，价格低廉。

作为一种老牌的电器，电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点。

虽然现在空调在城市中已经相当普遍，并有替代电风扇的趋势，但由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，尤其在中小城市，以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额。

市场的需求促使了电风扇的发展。

随着“智能化”的兴起，电风扇的功能也越来越多，越来越贴进人们生活。

因此，对于电风扇的开发和设计依然有着较大的实用价值。

在现有市场上多功能遥控电风扇的基础上，人们提出了一种新型的智能电风扇，相对于过的电风扇，智能电风扇添加了很多人性化的设计，如安全保护，倾倒保护，智能照明等功能，使电风扇更加人性化，相信其丰富的功能，人性化的设计将会大大提高电风扇的市场竞争力。

而本设计就是以电风扇为对象，通过红外遥控实现电风扇的几种常用功能如开关、调速、定时等的控制，相对于传统的机械控制，体现出了更加方便快捷的优点。

大部分的智能遥控风扇电路都是通过单片机芯片来实现其远程控制的。

随着遥控技术的成熟，各种专用的风扇芯片也大量出现。

现在，即使是大批量生产的厂家，也都使用专用芯片，而不必自己编程烧制。

这也是产业化的体现，有效的提高了生产效率。

（1）课题来源

虽然电风扇已经是一种老式的家电，并有被空调替代的趋势，但这毕竟需要一个过程。

在现阶段，电风扇依然占有着巨大的市场份量，因此其依然有着较高的研究价值。

以往电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风速变化大。

随着科技的发展和人们生活水平的提高，产品趋向于自动化、智能化、环保化、人性化，于是产生了微机控制的智能电风扇。

该产品实现了家电产品的更新换代，提高产品的附加值，使产品更具有人性。

而根据最近的一份调研报告显示：

电风扇的便捷、健康、新奇、节能四项功能指标占调查结果的前四位。

这4项功能，也决定了目前市场的主流以及今后几年内的发展方向。

至于外观上的设计，轻巧、靓丽将是未来几年电风扇产品外观发展的主要方向。

据调研，有81%的被采访消费者对靓丽的电风扇产品情有独钟，约有一半以上的消费者对轻巧的电风扇较为喜爱。

本方案将主要体现智能红外遥控风扇的便捷性和实用性，使用遥控芯片HS5104和HS8207BA4KS作为发射电路和接收控制电路的芯片，通过合理的设计，实现开关、三级调速、定时、两种风类选择的功能。

（2）设计软件的选择

目前用于电路设计的软件有很多，根据所学的课程，本设计选择了应用相当广泛的Protel99做为电路的设计软件。

Protel99是一个功能强大的电路设计软件，可以实现绘制电路图、调试电路、以及PCB布线等功能。

软件中附带的元器件库，里面有大量元器件的各种封装，能够满足大部分的电路设计。

（3）本文所作的工作

绪言部分主要介绍了设计背景等，阐述本设计的设计意义和目的。

第二章是智能红外遥控系统的概论，主要讲述了红外遥控电风扇的原理。

第三章是设计的主体，叙述了整个系统各部分的设计原理和元器件的使用。

第四章叙述了电路的调试过程和测试结果及分析。

总结与体会是对整个设计过程的总结，并叙述了另外一些没有实现的想法。

二.智能红外遥控概述

（1）红外遥控的原理

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。

1红外遥控系统

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。

发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

（图1）遥控器原理框图

2遥控发射器及其编码

遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。

当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。

这种遥控码具有以下特征：

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图2所示。

（图2）遥控编码

上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。

然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图3所示。

（图3）遥控器电路原理图

UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。

该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。

UPD6121G最多额128种不同组合的编码。

遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。

一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间，图4为发射波形图。

当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms~18ms）,高8位地址码（9ms~18ms）,8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成。

如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。

代码格式（以接收代码为准，接收代码与发射代码反向）

①位定义

②单发代码格式

③连发代码格式

注：

代码宽度算法：

16位地址码的最短宽度：

1.12×16=18ms16位地址码的最长宽度：

2.24ms×16=36ms

易知8位数据代码及其8位反代码的宽度和不变：

（1.12ms+2.24ms）×8=27ms

∴32位代码的宽度为（18ms+27ms）~（36ms+27ms）

1．解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。

如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。

2．根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。

接收器及解码

一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

（2）电风扇电机原理

danxiabgyibu

三.红外遥控风扇的设计与实现

（1）发射部分原理

 为了能远离距的控制电风扇，采用了红外遥控器。

通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由单片机80C2051等构成。

接收部分装在电风扇的控制器内，由89C51等构成。

1.工作原理及组成部分

（1）CPU采用AT89C2051单片机，AT89C2051的功能:

  和MCS-8051产品兼容、2KB可重编程闪速存储器、耐久性:

1000写/擦除周期、2.7V~6V的操作范围、全静态操作：

0Hz~24MHz、两级加密程序存储器、128×8位内部RAM、15根可编程I/O引线、6个中断源、可编程串行UART通道、直接LED驱动输出、片内模拟比较器、低耗空载和掉电方式。

（2）电源采用4节7号电池来提供电源，并用一个二极管（IN4148）进行降压。

（3）调制部分：

采用CD40106进行缓冲放大并整形.发送的数字信号与38K的载波进行相与，将其调制在一起,整形并缓冲放大,经过8050进行放大驱动红外发射管,使其发射红外光。

（4）红外发射方原理见图

（1）所示。

（图1）遥控器原理框图

2.红外发射

（1）发射部分包括键盘矩阵、编码调制、红外发送器。

使用89C2051芯片将按键信号调制在38KHz的载波信号上通过三极管放大后发射出去。

红外编码为：

全码=引导码+系统码+系统反码+数据码+数据反码。

89C2051的P1口构成矩阵式键盘，用T1产生定时中断，驱动P3.3产生一个38K的方波，作为红外线的调制基波。

将发送的数据和P3.0进行逻辑与后，经过40106整形，用三极管驱动红外发射管发射。

（2）按键功能

K1：

低档、中档、高档；键值为01H

K2彩灯：

键值为02H

K3：

自然风、睡眠风、正常风键；值为03H

K4定时；键值为04H

K5开/关机；键值为05H

（3）当无键按下时，延时10秒后进入待机状态，系统处于低功耗模式。

当有按键按下时，INT0中断产生中断，同时唤醒CPU进行工作状态。

3.红外发射的编码方式

  遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。

当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。

这种遥控码具有以下特征：

（1）采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。

“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。

然后再通过红外发射二极管发射。

（2）遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。

该芯片的用户识别码固定为十六进制0FFH；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。

（3）遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。

一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。

（4）其相关的波形图如下:

（图2）遥控编码

4.硬件设计

硬件设计见电路原理图（3）所示。

（图3）遥控器电路原理图

5.软件设计

（1）采用中断的处理程序完成整个系统的操作，INT0中断处理完成键盘扫描以及发送。

（2）程序流程图：

（图4）遥控器软件流程图

（2）接收部分原理

1.工作原理及组成部分:

红外接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路。

（1）CPU板将单片机、控制、键盘组合在一起完成了人机对话。

用AT89C51单片机来作主芯片控制，采用红外T1838接收头，用双向可控硅MC97A6控制电机档位，具有红外遥控功能。

（2）电源部分：

交流220V经变压器降压为2×8V，全波整流后再由三端稳压器LM7805稳压，供给控制板。

（3）电风扇控制板框图

（图5）电风扇控制板框图

2.设计方案

（1）控制部分

（图6）电机引线图

K1：

低、中、高档，相应的指示灯亮。

参见（图6）

K2：

控制彩灯，相应的指示灯亮

K3：

自然风、睡眠风、正常风控制。

参见（图8）、（图9）、（图10）

K4:

定时30分钟，1小时，2小时，4小时。

相应的指示灯点亮。

参见（图7）

K5：

具有开机功能和关机功能

（图7）定时时循环图

（2）风类

自然风的处理流程:

（图8）自然风的循环图

睡眠风的处理流程:

（图9）自然风的循环图

正常风的处理流程:

（图10）正常风循环

（3）工作方式：

分为手动和遥控两种方式。

4.硬件设计：

参见（图11）

（图11）电风扇控制板电路原理图

5.软件设计:

（1）红外遥控输入在P3.2（INT0），面板按键P3.3（INT1）。

（2）遥控的解码过程：

（图12）编码

（图13）数据帧图形

  单片机收到一个中断后,开始计数，然后在主程序有一个判断子程序,首先判断是否＞8MS,是否有高电平，再判断是否>4MS的低电平，然后再判断是否是0或1，循环32次完成,32个码的接收和存储。

（3）程序流程图:

（图14）控制板主程序流程

（图15）键值处理流程

四．电路的调试与分析

（1）发射电路调试结果

（2）接收电路的调试

五.总结与体会

在本次毕业设计中，我们遇到过很多困难，但是在组员们的努力下和指导老师的指导下，我们最终战胜了这些困难，完成了红外线遥控电风扇电路的设计。

这一过程中我学到了很多东西，同时也感慨良多。

1．毕业设计小结

（1）目标完成情况。

通过我们全体组员的努力和老师的指导，开始对红外线遥控电风扇电路的研究，然后分题目，组员一人一个题目，我的题目是红外线遥控原理，首先是确定对车库的研究，通过指导老师的知道，从对车辆的检测方面入手，对红外线遥控电风扇进行了分块化，然后一块一块的完成了本次毕业设计，实现了一个实用的红外线遥控电风扇电路的设计，所以本次毕业设计基本上完成了当初设计的目标。

（2）存在不足

第一,每个部分的联系都由单片机来实现控制，但是，由于本人对单片机的了解并不是很多，贸然的使用了单片机给自己带来了心里压力。

第二,由于时间的关系，和本人水平的有限，没有细致的写出各个检测部分的过程。

第三,所使用的有些仪器和设计在现实过程中如果投资，可能成本太高。

2．毕业设计体会

通过这次毕业设计，我学到了很多东西，同时也感慨良多。

首先：

对于红外线遥控电风扇电路有了更多的认识。

这是我第一次接触到红外线遥控电风扇电路，在大学期间，由于很少接触到这方面的知识，通过这次设计，使得我对整个的红外线遥控电风扇电路有了全面的了解。

其次：

通过自己独立的完成设计，提高了自己的自学能力，和接触到了许多前缘科学，充实了自己，并且掌握了红外线遥控的原理，电风扇电机的原理和调速控制的原理

最后：

通过此次设计，使我深刻的认识到只有不断学习，才能更全面的了单片机这门学科，人的一生就是一个不断学习的过程，活到老，学到老在这个知识爆炸的年代已经成为现实。

学校以做毕业设计的方式，让我们为大学生涯画上句号，可谓是用心良苦，通过毕业设计使我从一开始的思维混沌，不知道该从那入手到后来的逐渐明朗到最后的设计完成，实际是对我们大学生的一种能力的训练，也是一种总结。

在这里，诚心的感谢我的学校——石家庄科技信息职业学院。

参考文献

（宋体，四号，可加黑）

【1】余学飞·无线传送技术在医疗仪器设计中的应用·医疗卫生装备·2007年第28卷第2期:

14-18

【2】李广第朱月秀冷祖祁·单片机基础（第三版）·北京·北京航空航天大学出版社·2007.6

【3】余周军·ProtelDXP使用教程·北京·中国铁道出版社·2003

【4】刘国权韩晓东·ProtelDXP电路原理图设计指南·北京·中国铁道出版社·2004

【5】天线设计原理·

【6】李坚·PT2262、PT2272芯片应用[J]·现代通信·1997

（2）·28-29.

【7】陈国华·无线电发射/接收IC模块应用综述[J]·国外电子元器件,1997

（2）·36-38.

【8】李冰·利用编、译码实现状态量的无线传送[J]·应用科技·2006

（1）·49-51.

【9】吴文佳·PT2262/PT2272编解码IC在无线智能报警系统中的应用[J]·世界电子元器件·2004

【10】林凌.新型单片机接口器件与技术[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2005.

【11】刘宜胡学龙顾庆明•基于PT2262/PT2272的机器人遥控系统的设计•国外电子测量技术•2009

东华理工大学长江学院

课程设计评分表

学生姓名：

邓仁禹学号：

09325305

课程设计题目：

电风扇接收电路设计

项目内容

满分

实评

选

题

能结合所学课程知识、有一定的能力训练。

符合选题要求

（3人一题）

5

工作量适中，难易度合理

10

能

力

水

平

能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力

10

理论依据充分，数据准确，公式推导正确

10

能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等

10

能体现创造性思维，或有独特见解

15

成

果

质

量

模型正确、合理，各项技术指标符合要求。

15

摘要叙述简练完整，假设合理、问题分析正确、数学用语准确、结论严谨合理；问题处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰

15

论文主要部分齐全、合理，符号统一、编号齐全。

　格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合论文要求

10

字数不少于2000字，不超过15000字

5

总分

100

指导教师评语：

指导教师签名：

年月日