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0.47uF6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74LS147CX20106CD4069MC145027*2MC145026CD4514MC14011*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。