毕业设计（论文）-可调遥控电源开关的设计.doc

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1、 泰泰 山山 学学 院院 本本科科毕毕业业论论文文 可调遥控电源开关的设计可调遥控电源开关的设计 所 在 学 院 物理与电子工程学院 专 业 名 称 电子信息科学与技术 申请学士学位所属学科 理 学 年 级 二一二级 学 生 姓 名 、 学号 指导教师姓 名、职称 完 成 日 期 二一二年五月 摘要 摘要摘要 随着经济的发展和人们生活水平的提高，电子信息技术越来越广泛的应用 的人们的日常生活当中，其中无线遥控开关技术在我们周围已经变得随处可见。 电源开关技术是一项非常基础的技术，其中可调遥控电源开关正在逐步地替换 传统的手工机械电源开关。可调遥控电源开关是指用发射器发射无线电或者红 外线来控制

2、电源开关，无线电和红外线各有优缺点，无线电的优势是可以穿透 障碍物，如墙壁、混凝土建筑，遥控距离比较远，缺点是相同频率的无线电信 号相互干扰。红外线的优势是相同频率红外线信号不易相互干扰，可以大规模 批量生产（如电视机、空调遥控器），无法穿透障碍物，缺点是遥控距离比较 近。红外线遥控和无线电遥控原理基本相同，二者区别主要在于信号频段不同， 并且无线电适用于远距离遥控，红外线则侧重于近距离遥控。相比之下红外线 在日常生活中的应用范围比较广，像彩色电视机遥控器、空调遥控器、DVD遥控 器等等一系列家用电器。 本文介绍的可调遥控电源开关的设计，是主要基于PT2262和PT2272设计的 红外遥控系统

3、，由采用PT2262设计的红外线发射电路发射一定频率的红外线信 号，通过采用PT2272设计的红外遥控接收电路接收信号并进行放大限幅等一系 列的处理，之后控制两个双稳态继电器的闭合，从而达到有选择的对电源开关 进行控制。 关键字：关键字：红外线；遥控；PT2262；PT2272；双稳态继电器 目录 ABSTRACT With the development of economy and improvement of peoples living standard, Electronic information technology is used more and more widely in

4、 peoples daily life, including wireless remote control switch technology around us have become visible. Power switch technology is a very basic technology, and wireless remote control power switch is gradually replacing the traditional manual mechanical power switch. Wireless remote control power su

5、pply switch is a transmitter for transmitting radio or infrared to control a power switch, a radio and infrared has its advantages and disadvantages, radios advantage is that can penetrate obstructions, such as walls, concrete construction, the remote control distance is far, disadvantage is the sam

6、e frequency radio signal interference. Infraredsadvantage is that the same frequency infrared signals are not easy to interfere with each other, so it can be mass production (such as TV, air conditioning remote control), can penetrate obstacles, disadvantage is the remote control distance closer. In

7、frared remote control and wireless remote control principle is basically the same, the two major difference lies in the different signal frequency band, and the radio is suitable for remote control, infrared remote control is focused on the short distance. By contrast of infrared in daily life in a

8、relatively wide range of application, such as color TV remote control, remote control for air conditioner, DVD remote control and so on a series of household appliances. This paper introduces the remote control power supply switch design, is mainly based on the PT2262 and PT2272 design of infrared r

9、emote control system, by using PT2262 design for infrared transmitting circuit transmits the infrared signal of certain frequency, through the use of PT2272 design of infrared remote control receiving circuit receives the signal and amplifying limiting and a series of processing, after controlling f

10、or a bistable relay closed, so as to achieve the power switch control. Key Words: Infrared; remote control; PT2262; PT2272; bi-stable relay 目录 目录目录 1 引言1 2 整体设计方案及分析 2 2.1 设计思路分析2 2.2 系统方框图 2 3 系统硬件设计与实现3 3.1 红外线遥控发射模块3 3.1.1 主要组件介绍3 3.1.2 红外发射电路以及工作原理.6 3.2 红外接收模块6 3.2.1 主要组件介绍.10 3.2.2 红外接收电路及其工作原

11、理.10 3.3 桥式整流滤波电路.11 参考文献.14 致谢.15 泰山学院本科毕业论文 1 1 1 引言引言 随着科技的进步，远程遥控在人们的日常生活中、工业中、军事中应用的 越来越广泛，在日常生活中可以提升人们的生活水平，在工业应用中的高温恶 劣环境中提高了可操作性，降低了工人在恶劣环境当中对身体的危害，在军事 中则可以增加士兵的安全性。本文主要介绍了利用红外线进行近距离遥控开关。 红外线是一种波长介于可见光和微波之间的电磁波，即波长介于 0.76um 到 400um 之间，所有东西（温度高于绝对零度的）都会发出红外线，并且温度越 高物体发出的红外线波长越短，人体正常体温发出的红外线波长

12、介于 8um 到 12um 之间，红外线透过云雾的能力比可见光强，他的这个特点决定了红外线可 以广泛的应用于军事、工业等复杂的环境中。红外遥控一般采用波长 0.8um 到 0.94um 之间的近红外线信号，因为目前常用的红外二极管发射的红外信号介于 这个波段之间，并且红外接收头能接受的红外信号也处于这个波段之间，红外 二极管与红外接收头发射与接收的信号在 0.8um 到 0.94um 之间这个波段正好匹 配。 红外线的应用很广泛，像红外线感应水龙头、红外线防盗、红外线夜视仪、 红外线光浴治疗等等，红外遥控只是红外线的一小方面应用。红外遥控不同于 无线电遥控，首先式红外遥控是近距离遥控，这个特点

13、就是决定了它适合用在 家用电器方面，可以大批量生产，遥控器兼容性高，并且不会影响其它居民的 家用电器，其次红外遥控是采用近红外线，波长远远小于无线电，所以不会产 生无线电噪音对附近无线设备产生干扰。 本系统主要介绍了基于 PT2262 和 PT2272 设计的红外信号发射器和红外信 号接受器，PT2262 和 PT2272 可以组成上万种编码组合，减少了非法对编码进 行扫描来配对的可行性，增加了安全性。红外信号发射电路发射红外线号，红 外接收电路接收到信号后先放大再通过解码后从而控制两个双稳态继电器的闭 合，从而达到有选择的控制不同电源的开关目的。 泰山学院本科毕业论文 2 2 2 整体设计方

14、案及分析整体设计方案及分析 2.1 设计思路分析设计思路分析 本系统通过基于 PT2262 设计出的红外线发射电路，发射电路编码后调制出 相应的脉冲信号，再通过红外二极管发射出红外线信号。基于 PT2272 设计出 红外线接收电路，红外接收头接收到信号后再经过解码后把信号传送给 PT2272 的接收管脚，PT2272 成功接收到信号后，数据端管脚再得到不同的高低电平从 而控制两个双稳态继电器的闭合，最后达到是接+5V 电源还是接+12V 电源的目 的。 2.2 系统方框图系统方框图 按键控制编码调制红外发射 图 1 红外遥控发射 红外接收解码受控电源开关 图 2 红外遥控接收 泰山学院本科毕业

15、论文 3 3 3 系统硬件设计与实现系统硬件设计与实现 本系统由三大模块组成，即红外遥控发射模块、红外遥控接收模块和为其 提供 5V 直流电源的桥式整流滤波电路。 红外遥控发射模块主要由 PT2262、红外二极管以及相应的电阻电容等组成， 红外接收模块则主要由 PT2272、红外接收头以及相应的电阻电容组成，桥式整 流滤波电路由变压器、整流二极管、滤波电容和电阻组成。 3.1 红外线遥控发射模块 3.1.1 主要组件介绍 （1）红外二极管 图 3 红外二极管 常用的红外二级管，如图 1，外形和一般的发光二级管 LED 相似，发出红 外光，管压降约为 1.4V，工作电压一般低于 20mA,为了适

16、应不用的电压，常常 串联限压电阻。红外发光二极管实际是采用砷化嫁(GaAs)和砷铝化嫁(GaAlAs) 等半导体材料制成的特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极 管，所以在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。 （2）PT2262 泰山学院本科毕业论文 4 图 4 PT2262 管脚图和元件照片 PT2262 管管脚脚说说明明： A A0 0- -A A1 11 1 地址管脚 用于地址编码，可以置 “0”、“1”或者“悬空”，编 码必须与 PT2272 一致。 D D0 0- -D D5 5 地址或数据管脚，数据输入端，有一个为 “1”即有编码发出，内 部下拉。 V

17、Vc cc c 电源端 V Vs ss s 接地端 TE 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效 。 OSC1 振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率 。 OSC2 振荡电阻振荡器输出端 。 DOUT 编码输出端（正常时为低电平） 如图 4，PT2262 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路芯片， 外部元器件少，并且和用单片机相比减少了编写程序的麻烦，工作电压范围 2.615V，PT2262 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚 (悬空,高电平, 低电平),任意组合最多可提供 531441（3 的 12 次方） 地址码,最多可有 6 位（D0-D

18、5）数据端管脚， 但是一般使用 8 位地址码和 4 位数据码。 设定 的地址码和数据码 组成的一个码字信号 从 17 脚串行输出，可用于无线遥控 发射电路。编码芯片 PT2262 发出的编码信号 有：地址码、数据码 组成的 一个串行码，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对 后，VT 脚输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出 与 PT2262 的数据端 泰山学院本科毕业论文 4 相同的高 低电平信号。 (3) NPN 三三极极管管 图 5 PNP9012 三极管 1 发射级 2. 基极 3. 集电极 NPN 三极管是一种半导体电子器件 ，在收音机以及各种放大电路中经 泰

19、山学院本科毕业论文 6 常看到它，应用范围很广 ，三极管包括发射极、基极和集电极。三极管的作 用有电流放大、开关等作用。 电流放大作用即当基极有电流通过时，集电极和发射极的导通电流为基 极的 k 倍。 开关作用即当基极没有电流通过时，集电极和发射极不导通。 3.1.23.1.2 红外发射电路以及工作原理红外发射电路以及工作原理 图 6 红外遥控发射电路 红外遥控发射电路由编码开关 SW-DIP8、PT2262、NPN 三极管、红外二 极管 PH303、按键开关 SW-1 和 SW-2 以及所需要的电阻组成。 首先编码开关随机编一个地址码，我们就让开关 1、2、3、4 闭合即处于高 电平，5、6

20、、7、8 开启即处于悬空状态，编码启动端 TE 端接低电平，OSC1 和 OSC2 接适当的振荡电阻，使其达到所需要的振荡频率，数据端 D0 和 D1 分 别接开关 SW-1 和 SW-2，D2 和 D3 悬空，DOUT 输出地址码和数据码组成的 串行信号，当开关 SW-1 接通时，PT2262 产生一个地址码和数据码组成的的串 行码通过 DOUT 发送到三极管的基极，当这个信号的脉冲电平通过时，NPN 三 极管导通，红外二极管有电流通过，从而发送出相应的红外信号。 泰山学院本科毕业论文 7 3.2 红外接收模块红外接收模块 3.2.13.2.1 主要组件介绍主要组件介绍 （1）红外接收头 图

21、 7 红外接收头 如图 7 所示红外接收头的封装一般有两种方式：一种采用铁皮屏蔽，一种 是塑料封装。均有三个引脚，即电源正（VDD） 、接地（GND）和数据输出 （OUT） 。不同型号的红外接收头引脚排列不同，需要参考厂家的使用说明。 成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三 极管，非常方便。但使用时需注意成品红外接收头的载波频率。本设计中用到 的成品红外接收头是 FPS-4091。该红外接收头内含一个红外线接收管 （PH302）和一个放大电路，红外线接收管产生的光电流由前置放大器放大。 该接收器可以直接和红外线发射管配合组合成各种遥控系统。 红外遥控是以调制的方式

22、发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行 “与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。 图 8 红外接收头工作原理 红外信号收发系统的典型电路 如图 8 所示，红外接收电路通常被厂家集 泰山学院本科毕业论文 10 成在一个元件中，成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管， 放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测 到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度 控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入 带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz 到 60khz 的负载波，通过解调电 路和积分电路进入比较器，比较器

23、输出高低电平，还原出发射端的信号波形。 注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏 度。 红外接收头内部放大器的增益 一般很大，很容易引起干扰，因此 常在 接收头的供电脚上 加上滤波电容，一般在 22uf 以上。 有的厂家建议在供 电脚和电源之间接入 330 欧电阻，进一步降低电源干扰。 （2）PT2272 解码芯片 图 9 PT2272 解码芯片管脚图和芯片照片 图 9 所示 PT2272 是一款用以解码的芯片，编码芯片PT2262 发出的编 码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的 串行码，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后， VT

24、 脚才输出高电 平，与此同时相应的数据脚也输出 与 PT2262 数据端相同的高低电平信号 。 其中 PT2262 芯片上有 M4M6L4L6 不同的后缀，其中 L 表示锁存输出，即 当 DIN 管脚成功接收到信号后， 输出管脚 VT 电平状态就会一直保持下去， 直到下一个信号的到来， M 表示非锁存输出，即 输出管脚 VT 发送的电平 信 泰山学院本科毕业论文 8 号是瞬时的，DIN 管脚成功接收信号 VT 则输出高电平， M 和 L 后的数字则 表示有 几路并行的数据管脚，本系统使用的芯片型号是非锁存四路并行数据解码芯 片 PT2272-M4。 PT2272 管管脚脚说说明明 A A0 0

25、- -A A1 11 1 地址管脚 用于地址编码，可以置 “0”、“1”或者“悬空”，编 码必须与 PT2262 一致，否则不解码。 D D0 0- -D D5 5 地址或数据管脚，当作数据管脚时，只有在地址码与PT2262 一致 时数据管脚才能输出与 PT2262 数据端一致的高 低电平。 V Vc cc c 电源端 V Vs ss s 接地端 DIN 数据信号输入端，来自接收模块输出端 。 OSC1 振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率 。 OSC2 振荡电阻振荡器输出端 。 VT 解码有效确认输出端 （一般为低电平，当解码成功后确认后为高电平） （3）双稳态继电器 图 10

26、 JMX-94F 双稳态继电器 双稳态继电器是指有两个稳定状态的一种继电器。它有两个输入回路，按 规定加入输入量时可以造成两种稳定状态，因此这种继电器也称为“记忆锁存 双稳态继电器”。 双稳态继电器给它一个脉冲电压（20ms 左右） ，便可以从关闭状态变为开 泰山学院本科毕业论文 9 合状态，并一直保持下去，再给其一个脉冲电压，又能从开合状态变为关闭状 态，并一直保持下去，并且相比一般的继电器它的优点是只有在“闭” 和“合” 时才消耗电能，因此功耗相当低，线圈不会发热。 本系统使用型号为 JMX-94F 的双稳态继电器 3.2.23.2.2 红外接收电路及其工作原理红外接收电路及其工作原理 图

27、 11 红外接收电路 红外接收电路主要由 PT2272、红外接收头、NPN 三极管、双稳态继电器 JMX-94F 以及必要的电阻组成。 首先对 PT2272 地址码进行编码必须和 PT2262 相同，开关 1、2、3、4 闭 合处于高电平，5、6、7、8 处于悬空状态，否则 PT2272 不解码，OSC1 和 OSC2 接一个决定振荡频率的电阻，Din 接收从红外接收头 2 端接收到并放大 限幅处理过的信号。当红外接收头接收到红外信号后，红外接收头首先对接收 到的信号进行放大限幅等一系列的处理，之后处理后的信号再通过三极管的基 极，当信号中的脉冲信号通过时三极管的集电极和发射极导通，此时 Di

28、n 管脚 泰山学院本科毕业论文 10 收到信号，之后 PT2272 对来自 PT2262 的地址码、数据码组成的串行码进行两次核对，如果地 址码与 PT2262 相同，则数据端发送与 PT2262 相同的高低电平信号，同时 VT 端输出高电平信号（本系统不使用此信号端） 。当红外发送端按键 SW-1 按下时， PT2262 数据端电平状态是1 0 0 0 ，红外接收电路收到信号后， PT2272 的数据端电平状态亦为1 0 0 0 ，所以双稳态继电器 1 状态改变，当 红外发送端按键 SW-2 按下时同理。 图 12 双稳态继电器工作原理 当红外发射电路按键 SW-1 按下时，红外接收电路四个

29、数据管脚接收到数据 信号为1 0 0 0 ，即此时双稳态继电器 1 改变状态，所遥控的电源电 压变为 5V，当红外发射电路按键 SW-2 按下时，同理可知所遥控的电源电压变 为 12V。 泰山学院本科毕业论文 11 3.3 桥式整流滤波电路桥式整流滤波电路 本系统需要 5V 直流电压，为此要得到 5V 直流电压我们必须通过将 220V 交 流电压通过整流滤波得到。 图 13 简明桥式整流滤波电路图 整流电路中利用二极管的单向导电性将电源变压器副边交流电压变换成脉 动的直流电压，之后滤波电容将整流电路输出的单向脉动电压中的交流成分滤 掉，输出比较平滑的直流电压。负载电流较小的多采用电容滤波电路，

30、负载电 流较大的多采用电感滤波电路，对滤波效果要求较高的多采用电容、电感和电 阻组成的复杂滤波电路。本系统采用电容滤波电路。 整流滤波原理介绍： 泰山学院本科毕业论文 12 图 14 整流滤波原理 第一步：变压器 Tr 将 220V 的交流电压 U1 变为 5V 的交流电压 U2。 第二步：整流电路将 U2变为单向脉动的直流电压 U2，此时的直流电压交流成 分很大，无法使用。 第三步：滤波电路将 U3变为比较平滑的直流电压 U4，但是此时交流成分依然 比 较强，无法使用。 第四步：稳压电路将 U4变为可以使用的稳定的直流电压 U0=5V。 各元器件参数的选取：各元器件参数的选取： 由于 U0=

31、0.9U2 I0=U0/R=0.9U2/R 且要满足 U0=5V 所以 U2=U0/0.9=5.56V 即变压器 U1/U2=220/5.56 泰山学院本科毕业论文 13 参考文献参考文献 【1】阎石.数字电子技术基础(第五版)【M】.北京：高等教育出版社，2006， 【2】华成英.模拟电子技术基础（第四版） 【M】.北京：高等教育出版社， 2006，315-322. 【3】李小坚.Protel DXP电路设计与制版实用教程（第二版）【M】. 北京：人民邮电出版社，2006，21-91. 【1】 赵继春. 基于 GPRS 无线智能家居安防系统的研究与实现【D】： 【学位论文】 ，河北：河北工程

32、大学， 2007：16-17 【2】 张俊.铣刨机遥控系统的研究【D】： 【学位论文】 ，陕西：长安大学，2004：12-14 【3】李洪明.漫谈红外遥控【J】：【期刊论文】 ，电子世界，2000：11-12 【4】姜海.可调遥控电源开关的设计【J】：【期刊论文】 ，科技广场， 2010:127 【5】承晓.基于 STC12C54XX 的自学习遥控系统实现【J】：【期刊论文】 ， 科技广场，2010：200-201 泰山学院本科毕业论文 14 致谢致谢 大学四年转瞬即逝，相处四年的同学老师马上面临着离别，这四年有欢笑 也 有泪水，也留下了很多的遗憾，毕业论文作为大学四年最后一件事，三四 月份没

33、有及时准备，五月份才开始匆忙动笔，故迟迟未交，在此向老师表示歉 意。 本科四年课堂上主要用来学习书本上的知识，没有把学到的知识用于实践， 更没有把所学到的所有知识综合起来加以运用，所以学了不多久也就忘记了， 其原因是没有真正的理解这些知识，这半个多月来准备毕业论文吃尽了其中的 “苦头” ，用到的知识想不起来，想起来的知识不理解，学过的软件比如 protel 根本不会用，为了完成毕业论文只能硬着头皮再啃课本学习这些“旧知 识” 。 通过准备毕业论文发现了自己的这些不足，也学会了把大学很多门知识综 合的运用了起来，虽不全面，但是相比以前已经是一个很大的提高了，最重要 的是“发现”一种新的学习方式，即在探索中学习，今后不管读研还是工作这 是一种主要的学习方式，在此向给予我指导的封百涛老师表示深深的感谢，也 向大学四年来所教过我的所有老师表示衷心的谢意。