简易红外遥控系统.docx
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简易红外遥控系统.docx
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简易红外遥控系统
北京邮电大学
简易红外遥控系统
设计方案报告
实验:
专业课程设计
姓名:
班级:
学号:
班内序号:
日期:
2015.9.24
一、课题需求分析
红外遥控是一种无线、非接触控制技术,具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现等显著优点,被诸多电子设备采用。
本课题实际上是对红外遥控的简单再现,会使我们加深对红外遥控应用的理解。
二、实验任务
设计并制作红外遥控发射机和接收机
(1) 红外遥控发射机
(2) 红外接受机
三、详细设计电路及各模块功能
(一)、发射机部分
1、控制键
采用拨码开关
2、按键状态编码器
采用74LS147优先编码器,其输入输出端都是低电平有效,即当某一个输入端低电平0时,4个输出端就以低电平为逻辑一,输出其对应的8421BCD编码。
封装引脚图:
功能表:
3、并行转串行编码器
采用MC145026芯片,共有9位输入信息,地址位A1~A5用来与解码芯片MC145027进行配对验证,实现两种不同的功能(选通、控制亮度),数据位D6~D9用来输入上一级的74LS147编码后的4位数据信息。
编码后的每个数据位用两个脉冲表示:
“1”编码为两个宽脉冲;“0”编码为两个窄脉冲;开路编码为一宽一窄脉冲交叉。
编码后的数据流由D0串行输出。
其中,选取频率为1.71kHz,此时传播效果较好,误码较低。
根据公式,我们将Rtc与Ctc的值改为250k和1000pF
为了后面的检查以及译码方便,我们对74LS147输出的信号经过CD4069反向输出后,得到正常的BCD码,输入到MC145026.
4、调制器
采用RC振荡电路,设置电位器作为振荡电阻R可以灵活调整载波频率。
载波频率计算公式:
通过两个反相器形成方波,提高电平振幅到0~5V。
注意这里的MC14011是4输入与非门,我们在调制后的信号继续经过两个与非门,以达到放大信号,拉高电平的效果。
5、功放和发射端
采用单级三极管共射放大电路,将电流电压都放大。
输出已调信号的集电极反向电压
(二)、接收机
1、接受放大滤波器
采用CX2016,内部由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和波形整形电路组成,结构图如下:
其中1脚为超声信号输入端,该脚的输入阻抗约为40kΩ。
2脚:
该脚与地之间连接RC串联网络,它们是负反馈串联网络的一个组成部分,改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。
增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量增大,放大倍数下降,反之则放大倍数增大。
但C1的改变会影响到频率特性,一般在实际使用中不必改动,推荐选用参数为R1=4.7Ω,C1=2.2μF。
3脚:
该脚与地之间连接检波电容,电容量大为平均值检波,瞬间相应灵敏度低;若容量小,则为峰值检波,瞬间相应灵敏度高,但检波输出的脉冲宽度变动大,易造成误动作,推荐参数为3.3μf。
4脚:
接地端。
5脚:
该脚与电源间接入一个电阻,用以设置带通滤波器的中心频率f0,阻值越大,中心频率越低。
例如,取R=200kΩ时,f0≈42kHz,若取R=220kΩ,则中心频率f0≈38kHz。
6脚:
该脚与地之间接一个积分电容,标准值为330pF,如果该电容取得太大,会使探测距离变短。
7脚:
遥控命令输出端,它是集电极开路输出方式,因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端,推荐阻值为22kΩ,没有接受信号是该端输出为高电平,有信号时则产生下降。
8脚:
电源后面经过反相器输出,以抵消发射部分使用三极管放大造成的反相。
总的来说,CX20106的作用就是带宽滤波,同时反相进行整波,然后将滤波后的信号送给后边的MC145027,进行后续工作。
下图为最终实际电路中使用的数据
2脚的电容增大到0.47uF
6脚电容减小到1000pF
反相器使用的是MC14011四输入与非门(理由是觉得用8输入的反相器CD4069浪费)
2、解码芯片
采用MC145027,与MC145026配合使用。
类似地,有A1~A5五个地址输入端、D6~D9四个译码输出端,当Din接收的串行数据(每9位一组,每个数据都连续发送两次,所以接收端也接收到两次),如果第一次地址位与MC145026发送的地址位相同,则通过验证,接着接收的二次9位数据,如果地址任然匹配,并且两次的后4位数据位相同,这判定这一次的传输数据是有效的,将4位译码数据译码锁存到D6-D9,然后等待下一次输入。
由于MC145026编码频率设置为1.7KHz左右,所以选用芯片手册中的最后一列的推荐设置,设置MC145027芯片:
由于实验要求要实现两个功能,我们小组经过讨论决定采用两个MC145027分别完成两个功能,每个MC145027和发射端的地址要相匹配。
下图可看出,两块芯片的A1地址未输入信号分别为1和0,而前端MC145026的地址线A1是接到拨码开关的第九位,这样就可以利用拨码开关实现两个工作模式的变化。
3、功能1接收部分(控制8个数码管亮灭)
CD4514是一个4线到16线的译码器,输入为0000到1111,对应输出S0到S16其中一 个输出高电平,其余输出的是低电平,它的真值表如下所示:
管脚图:
Mc145027的四位输出接入,只用16个引脚的1-8的八个数据输出口。
分别使8个LED灯负极接保护电阻接地,正极分别接入8个输出就可以控制8个灯的亮灭。
其中ST接VccINH接地,电路图由于封装不一致具体连线可能有不一致。
4、功能2的接收部分(控制8级亮度及7段数码管显示亮度)
解码部分与上一模块相同,也是使用一个MC145027。
处理一个灯的亮暗上使用4个三极管和对应的电阻,依靠导通基集电流使三极管发射机有电流通过,不同的信号对应不同权重的电流从而使LED达到不同亮度。
其中权重按照8421分配,与二进制码相同。
控制7段数码管显示亮度等级采用MC14513。
使用MC14513是一个BCD-到7段LED数码管的译码电路,通过4个输入端0000到1001译码成数字“0”到“9”,通过7段共阴极LED数码管显示出来,芯片的管脚图如下所示:
MC14513功能真值表如下所示:
管脚图:
所以从表中可以看出,当输出为“1”(高电平)的时候,对应的数码管点亮,因此需要采用的共阴极7段LED数码管。
接受部分总电路图
附一些器件的封装
MC14011四输入与非门
注:
1.一些芯片由于电路图中封装与实际不一致,相关连接需要自己结合封装以及真值表得出。
2.在二极管亮度调节模块中,三极管相关电阻仅供参考,实际情况可采用电位器进行调节,而且在三极管发射机接上电阻也可达到很好的降低亮度的效果。
本方案最终使用器件如下
拨码开关红外接收管
74LS147CX20106
CD4069MC145027*2
MC145026CD4514
MC14011*2发光二极管*9
电位器MC14513
三极管*57段共阴极数码管
红外发射管电容电阻导线
面包板镊子螺丝刀剥线钳万用表示波器稳压电源
实物图
发射机
接受机
波形图
图中为MC145026编码后的信号波形及经过CX20106处理后输入MC145027的信号波形
实验总结与心得:
这是我们第一次使用多芯片进行电路设计,在刚看到题目时,对给的芯片的用处了解的很少,于是在下了第一节课之后第一时间在网上查了各个芯片的数据手册,在了解到各个芯片的用途之后,再结合实验任务框图,一个电路信号传递的流程图就在脑海中大致成形了。
由拨码开关产生不同高低电平的控制信号,经过74LS147将二进制码转化为BCD码,再经过145026将4路并行信号转换为脉冲串行信号,然后经过一个38KHZ的方波的调制,再经三极管放大信号后,由红外发射管发出红外信号。
在接收端,由接收管接收到信号由CX20106进行解调,又因为三极管放大信号时将信号取反,所以需要接一个反相器后再将信号传递给145027解码。
一开始想到的方案是将145027解码之后的信号分两路,同时实现两种功能,但是经过思考之后决定,将拨码开关第九位接145026的地址线,来控制两种功能分别实现,不过需要两片145027。
最后将解码后的BCD码分别传递给CD4514和MC14513,之后分别接8个LED灯和数码管。
在把电路的发射端及接收端的功能一搭建完毕后,我将145026的输出端直接接在145027的输入端,测试有线的功能。
发现145027虽然能够解码成功,但是低电平却有2V,在检查145027周边的电路之后,并没有发现有问题。
又经过一番思考之后,突然发现LED的8个灯居然全是亮的,考虑到CD4514的译码特性,理论上来说只有一个灯会亮,然后检查CD4514的各个管脚的连接,发现VSS竟然接了电源,改为接地后马上就实现了功能一,而且14027的低电平也是0V了。
现在想一想确实有些后怕,将接地线接了高电平没有烧了两个芯片已经很不错了,也让我吸取了搭电路一定要认真的经验,一个地方短接就有可能烧了整个电路。
在我调试功能一的电路的时候,我们组的人发现,74LS147编码输出是低电平有效,而CD4514是高电平有效,所以我们需要在145026译码前或145027解码后接一个反相器
在搭电路的过程中发现CD4514的输出位0、1、2并不是顺序排列,所以我们搭电路的时候一定要精读数据手册中的管脚图。
功能一实现后,开始搭建功能二,搭建完毕后也是先将145026的输出直接接入145027的输入,发现第二片145027不能正确译码,将周边电路检查一遍后并没有发现有问题,于是换了一片芯片,功能二马上正常了,便找老师换了一块芯片。
至此有线功能完全正常了。
实现无线调制部分的电路我们组用的RC震荡电路,在调试载波的过程中发现,我们一开始选择的电阻及电容过大,不能使频率达到CX20106能够解调的38KHZ,于是将100K电阻撤掉,直接使用一个50K的电位器,并将1000P的电容换为500P,最终达到了38KHZ。
发射端调试完毕后,将发射管的一端用线接入CX20106的接收端,测145027的输入信号是否为145026的输入信号。
这时突然发现,即使我们是使用数据手册上的电阻电容,但仍然匹配不到波形,于是更改各个电容的大小,最终实现了调制与解调的互相匹配。
在调试无线的过程中,发现发射管与接收管的角度对信号的接收影响很大。
调试过程成中,也是将示波器接到145027的输入端,观察脉冲信号是否有杂波。
在经过不断的改变角度与CX20106的2号脚,即改变前置放大器的增益和频率特性,最终达到了2.2m。
在整个电路的设计及搭建过程中,我太看重了理论值,忽略了实际现象,特别是在调试CX20106时,没有怀疑过数据手册,以至于进度耽搁了将近一整天。
还有就是太注重了电路的版面设计,浪费了太多时间,以至于好多次都没有赶上组员的开荒进度。
这次试验中,得到的最大经验就是要注重细节,尤其是面包板级别的,检测错误要从前往后一步一步地检测,要有耐心。
这也许是毕业前除了毕设最后一次实验课了,很多地方都值得我们去反思。
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