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1、红外遥控开关设计报告一、 设计要求（1）设计具有红外遥控功能的开关，可以进行家用电器如（电灯、电风扇等）的开关控制。（2）进行电路原理图设计（用PROTEL等电路设计软件）（3）用multisim进行仿真（4）进行PCB（印制电路板）设计（用PROTEL等电路设计软件）二、 设计的作用、目的随着科学技术的飞速发展，人们的物质、文化生活水平日益提高，各种各样的家用电器走进了千家万户，其中，遥控器的发明，使人们的生活大大方便了。遥控器有很多优点，相对于电源开关：电源开关广泛应用于汽车、通讯、电脑、家用电器、玩具工厂、仓库、家庭居室以及办公室等场所。传统的机械式电源开关存在接触电阻大、易磨损、可靠性
2、低以及寿命短等缺点，而红外遥控开关可以解决这一问题。红外遥控开关是无触点电子开关，不产生电火花，安全、方便、在可燃气体等场所使用尤为安全；用电视机的遥控器就可以实现开关操作，安装和代换都很方便，可以用它代换家居中非常普及的墙壁开关，在小家电领域具有广泛的实用价值；将它用于石油存储、液化气、天然气等化工设备中，大大提高了设备的工作安全性与可靠性。本设计的目的，就是建立在红外遥控器的诸多优点上。三、 设计的具体实现1. 系统概述我们想要解决的问题是，用手中的红外线发射器去发射红外信号，将此红外信号经过某一点路，以控制开关的通断，从而实现对电路的控制。从整体的逻辑思维来看，我们需要四个部分的电路，首
3、先要有接受红外信号的装置，然后经过处理电路的某种处理，接下来，指令到达执行电路，执行我们设定的结果。除上面的分析的四部分外，电路还需要能源装置，就是供电的部分。电路大体结构如下：因此，找我们上面的分析电路必须有一个红外线接收装置，用以接受红外信号。 接收到红的外信号，必须经过处理，才能对开关进行控制，因此，我决定将接收到的红外信号按照大多数资料上所提供的参考电路，用一个集成块处理。在查阅了大量的参考资料后，利用集成块的特性，决定将收到的信号转化成电位高低的信号，用此电位高低信号作为信息，控制电路的通断。而如果要这样，可以和晶闸管也就是硅可控元件SCR联系在一起，这样就很方便的能够控制电路的通断
4、了。其中，红外接收头所接受的是红外线信号，然后此种装置又将红外信号转化成电信号，此时的电信号可能不能直接被输入进入集成块的信号输入端，而可能需要经过某种电路的处理，因为集成块在此电路中是处理脉冲用的，所以，就需要用到脉宽选通电路。信号经此部分处理后，变为合适的脉冲，输入到集成块，从而控制电路。大体思路有了以后，接下来要考虑的，就是此电路的供电问题。供电的思路，照现实情况来看，无外乎两种思路：一是直流供电，采用直流电压源供电，方便，快捷；二是用交流电，即220V，50Hz的市电。由于此种开关是控制某种实用原器件通断的电路，它所控制的实用元器件如电灯、风扇等，全部都会用到交流电。也就是说，如果不管
5、电路用那个方式供电，220V，50Hz的交流市电总是会用到的。既然如此，那如果再用直流稳压的电源，岂不是要多用一些设备；并且，直流电源使用价格较昂贵，较交流电麻烦，需更换电池等，所以，我采用交流电供电的方式。既然采用交流电，负载如果为灯泡，则没有必要做什么改动；但如果是风扇的话则需要将交流电变为直流电的装置，需要整流、滤波、稳压电路现代居室、办公室等的照明线路大都采用走暗线（隐藏在墙内）的方式，如果采用4线制的电子开关去控制这些照明灯，还要另接电源而改造线路，且工程耗时费力，又影响美观。在查阅大量资料后，笔者设计了一款单线红外遥控开关。它只有单根进线、单根出线，可以直接代换家居中非常普及的墙壁
6、开关，安装和代换都很方便；还可以方便地实现遥控；亦可用于工业上产中。值得一提的是：该电路成功地解决了单线电子开关的自身供电难题。该电路的优点是：1.电路采用电流互感器原理来升压，采用二极管限幅、稳压，巧妙地解决了开关自身供电的难题；2.适用范围广，随便用彩电或影碟机遥控器就能遥控；3.还具有自身压降小、功耗小等优点。2. 单元电路设计、仿真与分析（1） 单元电路设计设计具体电路时，我按照前一部分设想好的顺序设计，既是先设计工作部分，最后解决供能部分。首先，我需要一个红外线接收头，用以接受红外信号。由于红外接收头在实际中较为罕见，内部构造又较为复杂，而且电路又要在multisim中进行模拟仿真，
7、软件中有没有相应仿真原件，在查阅大量资料后，我发现几乎所有资料都没有将红外接收头的具体构造画在具体电路中，在电路中或在仿真中，都以一个光电二极管代替，所以我就在电路中直接画出红外接收头。选用较常用的RI红外接收头，下面略微介绍一下。RI红外接收头外形如图所示：RI为一体化红外线接收头：1脚信号输出、2脚接地、3脚接电源。在未接收到红外信号时，1脚输出高电平，当RI接收到遥控器发射出的红外线后，经内部放大、整形、滤出载波后从1脚输出不同的编码信号的脉冲串；每按一下发射器，就会产生这样的一组脉冲串。接下来就要将脉冲串送入处理电路中，以控制执行电路。由于所学知识有限，仅限于模拟电子技术，而数字电子技
8、术的知识尚未学习到；而我又查阅了大量资料，绝大多数电路都用到集成块作为处理电路的一部分。由于知识所限，只能粗略了解到集成块的在此电路中的作用，以及接线的方法。绝大多数资料、文献中，包括老师给的参考电路中，大家使用的机乎都是CD4017这种类型的集成块。下面将CD4017的数据资料略加描述：CD4017是是5位Johnson计算器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson计数器，提供了快速操作，2 输入
9、译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。对于这段描述，因为缺乏数电知识，我承认，我全部看不懂。看不懂也要完成电路的设计，我在网上一个高人的指导下，又查阅了大量资料，和别的CD4017电路进行比较，我发现了CD4017的一些特点。从外形上看，CD4017有16只管脚，但在红外遥控的电路中，实际接线的只需要两个管脚，即2管脚和14管脚，15管脚和4管脚用导线短上，16管脚接电源，13管脚和8管脚接地，其他管脚都没有用，这样就大大地简化了未知原件的应
10、用程度。当红外接收头接收到红外遥控信号时输出负脉冲，由于此负脉冲不能被CD4017直接利用，需要经过处理后才能输入进CD4017的14管脚，所以，我就需要一个脉宽选通电路。在设计脉宽选通电路之前，我还需要一个普通的放大电路用来放大红外接收头处理出来的负脉冲串。直接参考有关资料得出，放大所用的三极管需采用9015型（PNP型）。下面简要介绍一下三极管9015的特性：9015 结构：PNP集电极-发射极电压 -45V集电极-基电压 -50V射极-基极电压 -5V集电极电流 0.1A耗散功率 0.45W结温 150特怔频率 平均 300MHZ放大倍数：A60-150 B100-300 C200-60
11、0 D400-1000有关资料还显示，连接脉宽选通电路则需要一个电阻和一个电容并联组合，类似于我们学过的滤波之类的电路。直接参考有关资料得出，在此电路中，集成片CD4017的输入端需要输入的脉冲是要经过筛选的特定属性的脉冲，所以此电路里的脉宽选通电路需使用一个10F的电解电容和一个10K大小的电阻并联。如此一来，我们有了一个电路一部分的具体的框架，但是还需作进一步处理，如保护电阻的安放，以调节电路的电压电流。这一步到模拟仿真时再确定。接下来就要考虑CD4017的接法了。第14脚是输入端，要和脉宽选通电路连在一起，集成块IC 接成双稳态触发电路；2管脚是输出端，和控制电路接在一起，前面已经设想过
12、，CD4017的输出端和可控硅SCR接在一起，第14脚每输入一个脉冲，输出端第2脚的状态（电位高低）就翻转一次，从而实现开、关的控制。由于可控硅是控制电路里的，要串在负载电路里，所以要选择击穿电压值在400V以上的。查阅有关电子资料得，符合要求的原器件中，我们选择2N4200型号的SCR。2N4200型号的SCR参数如下：由于SCR的作用是控制电路的通断，所以，很有必要在第2管脚和SCR之间串联一个发光二级管，以指示电路是否导通、截止。到此，电路的主要部分就已经设计好，参数也基本选择完毕，剩下的就是设计供电部分的电路了。具体电路大体连接如下：220V，50Hz的交流市电必不可少，首先，我们考虑
13、设计负载电路的接法。我们是要用SCR控制电路的通断，经过很长时间的考虑，我决定用一个整流桥堆和负载、SCR接在一起，构成执行电路，其大体示意如下图：这种设计比较巧妙，是为了配合SCR的使用而设计的。解决了控制电路和负载电路后，就要解决集成电路卡CD4017的供电问题。CD4017的规格是5V直流供电，我们在前面就已经打算用交流电供给CD4017，这样的话，就需要一部分将交流电变成直流电的电路。一般将交流变成之流的电路都是有四部分组成：变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路。结合本设计的目的，我们如果按部就班，第一项变压器就会用到44:1的变压器，此类变压器尺寸很大，很占空间，所以，我设计了一个
14、巧妙的电路，只需要用一个1:10的微型变压器即可，其示意图如下：此种设计巧妙地避开了实用大功率变压器的问题，用两个二极管反向并联，串联接到负载电路中，再并连接入到变压器的初级线圈两端，这样，当电路导通时，变压器的初级线圈两端就获得了二级管正向导通时的管压降，约为0.7V，这样，再经过变压器升压，就变为7V左右，在经过稍稍处理，就能够符合CD4017对5V直流电压的要求了。有关剩下的滤波稳压电路，在模拟时再确定其参数，主要构成就是一个电容用来滤波，一个整流二极管用来稳压。（2） 电路仿真前面已经说过电路的一些大体接法，将这些思路框架连接起来，就如下图所示：其中，红外线接收头我采用虚拟三脚的类似于
15、光电三极管原件：OPTOCOUPLER. 按图将电路画出来后仿真，发现参数不对：变压器端口两端电压约为96V，且输出的电压波形不平滑：在修改了电容的数值和电阻的数值后，波型趋于平稳，但是数值不对：于是，采用最简单的方法：变变压器数值。在不影响电路所占空间的大小上，将变压器数值改为25V即可：排除故障后，电路模拟结果如下：灯亮，LED亮，PTOCOUPLER亮。至此，电路设计完毕。总图如下：这是电路的一部分，另一部分在另一张图上：接上图：（3） 电路总体分析电路A B端为单线进出端，和负载串联后接在220V市电上。集成块CD4017 接成双稳态触发电路，用来控制单向可控硅；SCR作为控制负载的通
16、断的开关，可控硅导通相当于开关闭合；微型变压器是用来解决电子开关导通时自身电源的供给；二极管D1 D2并接在变压器的初级，将初级电压限制在0.7V左右，可以防止微型变压器初级线圈烧坏，也可以防止因负载电流过大而造成输出电压过高当红外接收头接收到红外遥控信号时输出负脉冲，通过三极管T1到相后，通过R3 C2构成脉宽选通电路，输入到IC的脉冲输入端14脚。集成块IC 接成双稳态触发电路 ，每输入一个脉冲输出端脚的状态就翻转一次，从而实现开、关的控制。开关断开时：IC1的脚为低电平，可控硅截止，负载断电。此时，市电通过全桥Q1整流、然后通过电阻R1分压后给电子开关提供低压直流电，保障了待机电源的供给
17、。开关导通时， IC1的输出端脚为高电平，可控硅被触发导通，相当于开关闭合，负载得电而正常工作。负载回路中有电流流过，必然有电流流过变压器的初级线圈。由微型变压器升压，然后通过全桥Q2整流后，同样能给电子开关提供低压直流电。可见，不论电子开关是导通还是截止，都能够解决电子开关电路的自身供电问题。每按动遥控器一次，电子开关的状态就会改变一次，从而实现遥控开关的功能。四、 心得体会及建议终于设计完了电路，感觉心里轻松多了。有很多感受，感觉自己的知识太缺乏了，要好好复习模电，好好学习数电。设计的很好，可是一仿真就不是那样了，现实和理想还是有差距的建议：希望下次的设计能紧扣课本。五、 附录用到的元器件
18、：二极管1N4004两支1:25可变压器3N256整流桥堆两支2N4200 SCR一支1N4461 稳压管 一支绿色LED 一支470F电容一支、10F电解电容一支CD4017集成片一支10K、20K电阻各一支BC859C晶体管一支PTOCOUPLER 一支六、 参考文献1罗士彬可控硅在红外遥控开关中的应用N电子报，2005 43 2杨延宁，张建民彩电消磁电路的改进J电视技术，2001 3杨延宁，张志勇，张威虎一种基于SWC的数字温度计的设计J现代电子技术，2007，30(21)：1041054包浩明一种红外线传感器的设计与实现J内蒙古师范大学学报，2003(6)：1235李鑫，曾光，廖荣辉基于AT89C52智能温度控制器的设计J现代电子技术，2006，29(2)：93966丁跃华，陈艳峰，龙筝红外遥控系统的一种设计方法J现代电子技术，2007，30(7)：5051.V7-1裴彦纯，陈志超基于单片机系统的红外遥控器应用J现代电子技术，2004，20(4)：90928曾洁基于MC33993与AT89C2051的多路红外遥控系统的电路设计J电子技术应用，2004，30(10)：708097刘越，潘红兵双向动力线调制遥控开关J电子技术应用，2001，27(4)：798010聂伟珍，胡大可，汪洋旦基于OMAP的便携式红外热像仪设计J电子技术应用，2006，32(6)：676922