紅外遙控開關目錄前言 11設計方案 21.1總體系統設計方框圖 21.2方案的設計思路 22主要元器件介紹 22.1NE555定時器 32.2CD4022B 42.3CX20106 52.5光電二極管 92.68050三極管 93系統各部分的電路設計方案及原理 103.138KHZ方波發射電路 103.2信號接收電路 124部分電路仿真 125電路PCB圖及調試 145.1信號發射系統制版圖 145.2信號接收系統電路制版圖 145.3調試 15總結 16參考文獻 17附錄 18元器件清單 18前言隨著科學技術的發展，人們的物質生活水平逐漸提高，各種家用電器走進人們的生活。一些家用電器開關在使用的時候非常麻煩，為了方便大家使用家用電器，提高生活質量，現在社會上已經設計出了各種各樣的控制開關，其中包括紅外遙控開關。紅外遙控是目前家用電器中用的較多的遙控方式。以下介紹紅外遙控的特點：它不影響周邊的環境、不干擾其他電器設備。因為其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可以使用通用的遙控器而不會產生相互的干擾；同時紅外遙控開關的電路調試簡單，易于維護；更重要的是它具有抗干擾能力強和操作簡單等諸多有點。正因為紅外遙控開關具有如此之多的優點，它已經被廣泛應用于彩色電視機、VCD、DVD、空調、組合音響等各種家用電器上。雖然現在的紅外遙控很普遍，技術也很成熟，但其中的電路設計和分析的方法仍值得我們去學習和研究。又因為其簡單、可行、易實現，對材料和一般的環境無特別要求的特點，使得紅外遙控的設計能夠廣泛應用于課程設計中。從信號的產生方式來看，紅外遙控開關主要分為主動式和被動式。主動式紅外遙控開關主要由信號發射電路和信號接收電路組成，具有靈敏度好、價格低廉、調控方便、受環境影響小等優點。由于被動式紅外遙控開關需要依靠外界光信號，因此受外界光線環境影響大。本設計中的遙控開關為主動式紅外遙控開關。該電路設計原理簡單，性能可靠，各項技術指標滿足設計要求。1設計方案1.1總體系統設計方框圖圖1-11.2方案的設計思路主動式紅外遙控開關由信號發射機和接收系統兩部分組成。發射機的作用是將開關控制信號轉換成相應的調制信號發射出去。接收系統則將發射機發出的光信號轉換為相應的電信號去驅動繼電器，控制多種電器。由于使用環境中常常有陽光或燈光等背景光存在，為提高整機的接收靈敏度和抗干擾能力、消除背景光對接收系統的影響，一般將發射機中開關信號調制到高頻信號（如38KHz方波）上，在接收系統中，將接收的高頻信號經帶通濾波器濾除背景干擾及其它噪聲的影響，然后經檢波和整形，還原成相應的控制信號，驅動繼電器動作。對于大多數多通道紅外遙控電路來說，通常采用頻率編碼或脈沖編碼的方式來劃分頻道。本設計采用脈沖編碼的方式來劃分頻道，該電路由單按鍵紅外發射器、紅外接收以及控制電路組成。2主要元器件介紹2.1NE555定時器NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是不同型號的其穩定度、功耗、可產生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數的電阻和電容，便可產生數位電路所需的各種不同頻率之脈沖波訊號。NE555定時器的實物圖和引腳圖如圖2-1所示，圖2-1555外觀引腳圖NE555的作用范圍很廣，但一般多應用于單穩態多諧振蕩器及無穩態多諧振蕩器，其內部結構圖如圖2-2所示。功能表如表2-1所示。圖2-2555內部結構圖表2-1555功能表2.2CD4022BCD4022B具有8個譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH為低電平時，計數器清零，Johnson計數器提供了快速操作，2輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內保持高電平。在每8個時鐘輸入周期CO信號完成一次進位，并用作多級計數鏈的下級脈動時鐘。引腳圖和內部結構圖分別見圖2-3、2-4。圖2-3CD4022B引腳圖圖2-4CD4022B內部結構圖2.3CX20106CX20106是廣泛用于彩色電視機紅外線遙控接收的前置放大器。由于它的功能強，性能優越，成本低，故已在各種紅外線遙控系統中得到廣泛的應用。CX20106由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構成。其中的電平自動控制電路ＡＢＬＣ可以保證在輸入弱信號時前置放大器有較高增益，在輸入強信號時前置放大器不會過載，可以保證在一定遙控距離（約10ｍ）內工作可靠。其內部設置的濾波器中心頻率可由其５腳外接電阻調節，范圍可從30KHZ～60KHZ。CX20106的工作過程大致如下：其中的前置放大器將外接紅外光敏二極管或三極管產生的脈沖電壓進行放大（電壓增益約77分貝～79分貝），然后將信號送限幅放大器，使其變為矩形脈沖，再由濾波器進行頻率選擇，濾除干擾信號，由檢波器濾掉載頻檢出指令信號，再經整形后，由７腳輸出指令信號。實際上，CX20106的功能用一句話概括，就是當接收到與CX20106濾波器中心頻率相符的紅外光信號時，其輸出端７腳就輸出低電平。CX20106外觀圖及引腳示意圖分別見圖2-5、圖2-6。圖2-5CX20106外觀圖圖2-620106引腳示意圖CX20106各引腳功能：1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kΩ；2腳：該腳與地之間連接RC串聯網絡，它們是負反饋串聯網絡的一個組成部分，改變它們的數值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負反饋量增大，放大倍數下降，反之則放大倍數增大。但C1的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數為R1=4.7Ω，C1=1μF。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大于平均檢波值，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數為3.3μf；4腳：接地端；5腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時，中心頻率f≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f≈38kHz；

6腳：該腳與地之間接一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短；7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒有接受信號時該端輸出為高電平，有信號時則產生下降電平；8腳：電源正4.5～5.5V

2.474HC0074HC00功能：四-2與非門，它的等效輸入輸出電路見圖2-7圖2-774HC00輸入輸出等效電路74HC00引腳圖、內部結構圖及引腳功能表分別見圖2-8、圖2-9、表2-2圖2-874HC00引腳圖圖2-974HC00內部結構圖表2-274HC00引腳功能表管腳位SYMBOL符號NAMEANDFUNCTION名稱及功能1,4,9,121Ato4ADataInputs數據輸入2,5,10,131Bto4BDataInputs數據輸入3,6,8,111Yto4YDataOutputs數據輸出7GNDGround接地(0V)14VCCPositiveSupplyVoltage電源電壓

2.5光電二極管

圖2-10光電二極管外觀圖光電二極管（Photo-Diode，見圖2-10）和普通二極管一樣，也是由一個PN結組成的半導體器件，也具有單方向導電特性。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信號轉換成電信號的光電傳感器件。原理：光電二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。它的核心部分也是一個PN結，和普通二極管相比，在結構上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產生電子空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。2.68050三極管8050是非常常見的NPN型晶體三極管，在各種放大電路中經常看到它，應用范圍很廣，主要用于高頻放大，其管腳圖如圖2-11所示。圖2-11三極管管腳識別方法：(1)判定基極。用萬用表R×100或R×1k擋測量管子三個電極中每兩個極之間的正、反向電阻值。當用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個電極均測得低阻值時，則第一根表筆所接的那個電極即為基極b。這時，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時，測得的阻值都較小，則可判定被測管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時，測得的阻值較小，則被測三極管為NPN型管。(2)判定三極管集電極c和發射極e。(以PNP型三極管為例)將萬用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個管腳時，所測得的兩個電阻值會是一個大一些，一個小一些。在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接管腳為發射極。3系統各部分的電路設計方案及原理3.138KHZ方波發射電路電路原理圖如圖3-1圖3-138KHZ方波信號發射電路電路原理：該電路主要是由555定時器與RC振蕩電路組成多諧振蕩電路，產生38KHZ左右的方波，該方波驅動紅外發光二極管發出具有脈沖編碼特性的紅外光信號，供給信號接收電路接收。其中，555定時器的作用是構成多謝振蕩器，產生方波。接通電源后，電容C1被充電，上升，當上升到23VCC時，觸發器被復位，同時放點BJT導通，此時為低電平，電容C1通過R2和T放電，使下降。當下降到13VCCtPL當C1放電結束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，由tPH當上升到23f=1在本設計中我們取R1=750Ω，R2=30003.2信號接收電路圖3-2信號接收電路原理圖接收電路（見圖3-2）原理：紅外光信號被光敏二極管接收后，產生光生信號電流，該電流信號就CX20106前置放大、檢波、濾波、整形等處理后，將初始發射信號傳輸到八位計數器CD4022B的輸入端，通過CD4022B驅動次級通道開關工作。4部分電路仿真信號發射電路仿真圖如圖4-1圖4-1信號發射電路仿真圖仿真結果圖見圖4-2圖4-2仿真結果圖由仿真結果圖可看出，本設計中的電路能夠產生滿足設計要求的信號參數，滿足課程設計指標。5電路PCB圖及調試5.1信號發射系統制版圖5.2信號接收系統電路制版圖5.3調試通過PROTUS軟件仿真模擬調試和面包板電路搭建調試，本電路均能完成預期的實驗目標，即探測距離大于等于8米；調制頻率約等于38KHZ；遙控開關通道有四個。因此滿足課程設計技術指標要求。總結通過這次光電子課程設計，我有很多收獲和感想。在此過程中很好地鍛煉了自己的動手能力和信息搜集能力。尤其是鞏固了相關書本知識，同時也對AD、Protues等軟件有了更深的掌握，對電路板的制作流程，以及電路板的調試方法等都有了一定程度的了解和掌握。另外，設計思路要轉化成電路圖并不是特別難，可要制成實際的工作良好的電路板卻還是有一定的難度的，往往由于一些細微的影響而不能達到預期的結果，所以制成電路板后的調試和分析尤其重要。同時我也體會到了相互學習的重要性。在課程設計的過程中，由于自己的水平和能力有限，遇到了一些難題，開始時不知所措，通過詢問同學和老師，在老師和同學的耐心、熱情指導下，我將難題一一克服，終于得到了滿意的結果。因此，相互學習，互幫互助，可以使我們相互進步，共同成長。雖然兩周的課程設計非常短暫，但是我學到了好多，不僅鞏固了自己本身的專業知識，而且提高了自己的實踐能力，最重