《毕业设计（论文）-红外线发射与接收系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-红外线发射与接收系统设计.doc（22页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 1 继续教育学院吴家湾校区继续教育学院吴家湾校区 毕业设计（论文） 题目题目 红外线发射与接收系统设计 专业班级专业班级 电子信息工程（2 班） 姓名姓名 指导教师姓名、职称指导教师姓名、职称 所属助学单位所属助学单位武汉工程大学继续教育学院吴家湾校区 2011 年年 3 月月 20 日日 2 目 录 一摘要3 二.引言.4 三.绪论 1设计要求4 2总体设计方案4 四.硬件设计之单元电路设计.6 1键盘及代码产生电路6 2编码电路. 6 3编码调制及红外发射电路7 4红外接收电路8 5解码电路8 6译码与控制电路9 五.制作.9 六.系统调试11 1键盘及代码产生电路调试.11 2编码电路
2、调试.11 3脉冲调制电路调试.11 4.接收电路调试11 5.整机调试11 七.结论12 参考文献.13 谢 辞.14 附件 1红外线收发技术系统原理图 .15 附件 2红外线收发技术 PCB 图 .16 附件 3. 基于单片机的红外线发射与接收源程序.17 附件 4. 元器件清单 .22 3 一摘要 本文介绍了红外发射和红外接收的工作原理及其特点，提出了一种红外线接收发 的简单应用电路，红外线是一种多用途的光线。红外线做信号载波具有成本低、传 播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰和被干扰等诸多优点，因此被广泛地 应用在各个技术领域中。因此研究红外的发射与接收时很有必须的。 关键词：红外
3、发射 红外接收 编码调制 解码电路 电路焊接 4 二引言二引言 当今年代，红外线发展火热。红外线(Infrared rays)也是一种光线，由于它的 波长比红色光（750nm)还长，超出了人眼可以识别的（可见光）范围，所以我们看 不见它。红外线由德国科学家霍胥尔于 1800 年发现，又称为红外热辐射(Infrared Radiation)。通常把波长为 0.751000m 的光都称为红外线，并可以按照波长继 续细分为三部分，即近红外线，波长为 0.751.50m 之间；中红外线，波长为 1.506.0m 之间；远红外线，波长为 6.0l000m 之间。红外对射的特点是不 影响周边环境、不干扰其
4、它设备，红外线是一种光线，但又不同于普通可见光，它 不会被察觉有了它不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳 动强度，改善了劳动条件。可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的 对射系统，称为主动式红外线应用系统。当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻 挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便 地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方 面，过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是 否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的1。使用红外线做信号载波 的优点很多：成本低、传播范围和
5、方向可以控制（不会穿过墙壁，对隔壁家的电视 造成影响） 、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各个技术 领域中。 三绪论三绪论 1.设计要求 （1）遥控距离不小于 3 米，即红外遥控发射机与红外接收机之间的距离不小于 3 米。 （2）遥控路数 8 路，即可接受 8 个受控设备进行开关控制。 （3）工作频率 40KHZ,即红外发射和接受的载频为 40KHZ。 （4）发射端可以显示控制路数，接受端可显示受控路数 2.总体设计方案红外接收与发射系统组成结构 5 键键盘盘及及 其其代代码码 编编 码码脉脉冲冲调调 制制振振荡荡 红红外外 发发射射 红红外外 接接收收 解解 码码译译
6、码码 控控制制 1 控控制制 4 键键盘盘及及 其其代代码码 键键盘盘及及 其其代代码码 编编 码码编编 码码脉脉冲冲调调 制制振振荡荡 脉脉冲冲调调 制制振振荡荡 红红外外 发发射射 红红外外 发发射射 红红外外 接接收收 红红外外 接接收收 解解 码码解解 码码译译 码码译译 码码 控控制制 1 控控制制 1 控控制制 4 控控制制 4 图 a 电路功能简介： （1）键盘及其代码产生电路：它产生表示控制信号的 BCD 代码。 （2）编码电路 ：对控制信号代码和地址代码进行编码，并转换成串行发送数据。 (3)调制振荡电路 ：它产生频率约为 40KHz 的振荡信号，并由发送的数据对其 进行脉冲
7、调制，形成发射信号。 (4) 红外发射电路:它将发射信号放大，并转换成红外光信号。 (5)红外接收电路:它将接收到的红外信号转换成电信号，并放大、解调出串行 数据。 (6)解码电路:它将接收到的串行数据转换成 6 四.硬件设计之单元电路设计 1.键盘及代码产生电路 图 b 说明：图中 S1S8 表示 18 路控制信号的按键开关，按下时产生有效电平（低电 平） 。当键未按下时，S1S8 与 S10S17 分压器使键盘输出端为大于 3.5V 的高电平 ViH，当有键按下时，则该键所连的输出端产生低电平送编码器 74HC147，同时在 TE 端得到 0.7V 的低电平。74HC147 是 BCD 码
8、优先编码器，将有效的输入键值变成 BCD 反码，经非门后输出 BCD 码。 2.编码电路 编码电路说明：编码电路由集成编码器 MC145026 外接 RC 元件组成，其中， A1A5 是地址线，A6/D6 A9/D9 是地址数据复用线，MC145026 可对 9 位并行输 入数据进行编码，并在收到传输启动信号 TE 时输出串行数据。TE 为低电平时，器 件开始启动传输赛程；TE 为 1 时，器件被阻塞而无输出信号，输出端为“高阻”状态。 DOUT 为数据输出端，送出经过编码的串行数据。RS、CTC 和 RTC 是内部振荡器的 外接元件，产生电路的振荡频率信号。 7 图 c 3.编码调制及红外发
9、射电路 图 d 说明：编码信号还必须调制到高频率的载波上才能发射出去，以提高传输的抗干 扰能力。图 (a)是调制电路的工作波形，当编码信号A为高电平时，振荡器工作， 输出 40KHz 的载波信号；当A为低电平时，振荡器不工作，输出低电平。调制后的 信号经门电路隔离、放大后由红外管 MLED81 发送出去。图 (b)表示了编码调制与发 射电路，其中红外管的工作电流为 200 300mA 8 4红外接收电路 说明：红外接收电路接收红外光信号并将其转换成串行代码。电路由专用的集成 红外接收芯片 CX20106 及外接R、C元件构成。由红外接收管 PH3028 接收的光信号 经 CX20106 进行限
10、幅放大、带通滤波、解调和信号整形，由 CX20106 的第 7 脚输出。 外接电阻R1、C1 的大小决定 CX20106 中前置放大级的增益。滤波器中心频率由R2 调节。C3 为检波电容。 (图 e) 5解码电路 (图 f） 9 说明：解码电路采用与 MC145026 编码器配套的 MC145027 解码器实现，外接和组 成的电路用于判断接收的脉冲是宽脉冲还窄脉冲，调整 R1C1，为 1.72编码器时钟 周期。R2,C2 组成的电路用于检测接收到的末位信号，使 R2,C2 等于 33.5编码器 的时钟周期。此时间常数用于判断输入保留低电平的时间是否已达到了 4 个数据周 期，若达到，则由数据提
11、取电路将提取到的低电平传送到控制逻辑电路，使有效传 输输出端VT为低电平并终止传输。 6译码与控制电路 说明：从解码电路输出的是 4 位二进制控制代码，还要经译码控制电路变换为与 发射装置对应的 8 个控制信号去驱动 8 个被控设备。在解码电路图中（图 6）译码 控制电器线-10 线译码器 CC4013 的双 D 触发器去驱动被控的发光二极管。 五制作五制作 1硬件电路的布线与焊接 对于电子产品来说，电路板设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路， 电路板设计的合理性与产品的生产及产品的质量密切相关，要设计出一个实用的产 品，还必须遵守以下设计原则和抗干扰设计。 2.电路板的选用 选用环氧
12、树脂板, 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,同箔的附着强度与工作温度 高,可以在 260 度的焊锡熔中不起泡。也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。不同 的材料有不同的特点，由于调试中可能多次更换元件，所以要考虑到铜箔的粘合力。 3走线应注意的问题 线路板的好坏直接影响着放大器的性能，不好的线路板，会使信号产生歧变，产 生本底噪音生尖峰脉冲干扰等，为了尽避免上述影响，线路板在线出尽量做到：接 照信号的传输路径由小到大的顺序在电路板上各路的布置各元器的位置，尽量缩短 各元器件之间的距离，以减少外部干扰的引入和不必要的干扰。在供电线路中，大 电流通过的路径应尽量设计得实一些，以降低电源内阻，使电流能顺利
13、通过。在供 10 电线路中，应尽量避免大电流的印刷电路式导线交布置在小电流通路的中间式附近， 以免造成对小电流的干扰。走线时，应尽量走大于 90 度直角的线以防止产生尖峰脉 冲造成干扰。在焊接的时候都是通过手工完成，在打孔时也是通过手工操作电钻完 成，而我们并不是这方面的技工，这将在打孔的时候无法避免一些技术失误。如果 焊盘的直径过小，在打孔时，孔稍微大了一点，焊盘便没有了。所以在设计旱盘大 小是都设置为大于 2 毫米。线的宽度问题很重要，由于在学校的条件是手工腐蚀铜 板，考虑到热转印中，炭粉的吸附与脱落问题，防止出现断线的情况，布线宽为 1.5-2.5 毫米。地线则尽可能的加宽，设置为环绕在
14、板的边缘。大功率元件与小功率 元件尽量分开布线。 在焊接的过程中要先将体形小的元器件比如电阻、瓷片电容先焊接好，然后再焊 接芯片的插脚和其他体积较大的元器件。焊接好后用数字万用表检测电路是否有短 路和断路以及虚焊现象。 在焊接的时候都是通过手工完成，在打孔时也是通过手工操作电钻完成，而我们 并不是这方面的技工，这将在打孔的时候无法避免一些技术失误。如果焊盘的直径 过小，在打孔时，孔稍微大了一点，焊盘便没有了。所以在设计旱盘大小是都设置 为大于 2 毫米。线的宽度问题很重要，由于在学校的条件是手工腐蚀铜板，考虑到 热转印中，炭粉的吸附与脱落问题，防止出现断线的情况，布线宽为 1.5-2.5 毫米
15、。 地线则尽可能的加宽，设置为环绕在板的边缘。大功率元件与小功率元件尽量分开 布线。 在焊接的过程中要先将体形小的元器件比如电阻、瓷片电容先焊接好，然后再焊 接芯片的插脚和其他体积较大的元器件。焊接好后用数字万用表检测电路是否有短 路和断路以及虚焊现象。 11 六系统调试 1键盘及代码产生电路调试 如图 b 所示分别按住 S1S8 使 74HC147 的一个输入端为低怦，用万用表或示波 器测出对应的 BCD 码逻辑电平 2编码电路调试 如图 d 先调整电阻 RP 使（12）脚的时钟频率到设计值；然后按一个编码键如 S1，用示波器测输出波形 DOUT 3脉冲调制电路调试 先断开编码信号，调制载波
16、频率到设计值；然后连接编码开关并使 S1 有效，测 试载波调制后的波形 4接收电路调试 先调定接收电路的增益、接收中心频率。用信号源从 CX20106 第脚送入 40KHz、峰-峰值 0.2mV 的信号，测得脚的输出，计算其增益应大于 70dB。调节 R2，当输入信号幅值不变、频率在 30KHz 到 50KHz 之间变化，使输出电压在 40KHz 的频率下为最大 5.整机调试调试 先将发射装置与接收装置直接连机进行调试，即将编码器 MC145026 的（15）脚 出 DOUT，与接收装置 MC145027 的输入脚连接，按各编码键观察相应各发光二极管的 亮/灭情况。然后作无线联调。如果遥控距离
17、不够，可增大红外发射管的电流，用多 个红外管串联以增强红外光。也可以在将接收红外管并联以增大接收灵敏度。还可 以检查发射载波频率与接收装置带通滤波的中心频率是否一致。 12 七七. .结论结论 通过本次设计，不但增强了我的动手能力，将以前在书本上学到的理论的知识用 于实践中。更重要的是，为临近毕业班的我走向社会找到满意的工作打下了很好的 基础，尤其是对自己动手操作能力有了很大的进步和提高。大学四年的学习使我积 累了较多电子方面的理论知识，为本次设计奠定一定的基础。在设计阶段，查阅了 大量相关的资料，并对这些资料进行筛选、归纳、分析、总结，最后确定了自己的 设计方案。在设计过程中，老师给了我大量
18、的帮助，不断的指点我，纠正我的错误， 使我在完成设计途中避免了很多的弯路，设计最终获得成功。在此期间真地学到了 很多东西。对我以后踏入社会有很大的帮助，使得即将步入社会的我更加有信心。 13 参考文献 1 徐玮，徐富军，沈建良 C51 单片机高效入门 M 北京：机械工业出 版社，2007，177-187 2 裴彦纯，陈志超基于单片机系统的红外遥控器应用J 现代仪器，2004(3)， 46-48 3 朱纯益，路建华单片机用作通用红外遥控接收器的设计M北京：华录信息 技术研究所，1997 4 赵瑛琪用 8051 单片机接收红外遥控的实现J电脑知识，2006(2)，193- 194. 5 楼然苗，李
19、光飞51 系列单片机设计实例(第二版)M北京：北京航空航天 大学出版社，,2001 6 李广弟，朱月秀，王秀山MCS-51 单片机基础M北京：北京航空航天大学 出版社，2001 7 杨恢先，王子菡，杨穗，陶霞一种基于单片机的红外遥控软件解码方法 J自动化与仪器仪表，2004 (2)，16-32 8 严天峰A/D 转换器及其应用J电子世界，2003 (11) 9 傅扬烈单片机原理与应用教程M北京：电子工业出版社，2002 10 姚福安电子电路设计与实践M济南：山东科学技术出版社，2001 11 张海洋，高成，高泽溪多路温度采集系统J电子测量技术，2005 (4) 14 谢 辞 经过将近一个学期的
20、努力，这篇毕业论文终于完成了，在这里我首先要感谢的 是武汉工程大学，学校的图书馆在我做毕业设计和写论文中起了非常大的作用。在 图书管里我找到了大量的资料，为我这次设计提供了很大的帮助，其次我要感谢的 是戴璐平老师，没有她的悉心指导，我是不可能这么快的完成我的毕业设计，在此 我衷心感谢她的帮助。 15 附 件 附件 1红外线收发技术系统原理图 GND 1 2 2 OUT 3 4 4 5 5 6 6 VC C 8 7 7 555 12K R 3 1K R 6 1K R 5 Q1 2N3906 Q2 2N3906 D1 LED1 D2 LED1 0.1K R 10 0.1K R 11 1K R 1
21、1K R 4 12KR 8 12KR 7 1 2 3 P1 Header 3 D3 LED3 1 2 3 4 P2 Header 4 1K R 2 D4 D5 100pF C 2 C ap 100pF C 3 C ap VC C 0.1K R 9 GND GND VC C GND 100pF C 4 C ap GNDVC C D7 LED1 0.1K R 12 16 附件 2红外线收发技术 PCB 图 17 附件 3 基于单片机的红外线发射与接收源程序 STATUS equ 0X03 PORTA equ 0x05 PORTB equ 0x06 W equ 0x00 F equ 0x01 Z e
22、qu 0x02 C equ 0x00 ;- n55ks equ 0x0C ; nchks equ 0x0D ; avgIR equ 0x0E ; nsamp equ 0x0F ; tdetect equ 0x10 ; ;- org 0x000 goto start org 0x004 start movlw b00000001 tris PORTA ; RA0 红外输入 movlw b00000000 tris PORTB ;RB0 红外输出 ; 2us in goto at end of loop blip call doblip ; +6.248ms = 6.250ms total cal
23、l seeblip ; 6.250ms total call seeblip ; 6.250ms total call seeblip ; 6.250ms total call seeblip ; 6.250ms total 18 call seeblip ; 6.250ms total call seeblip ; 6.250ms total call seeblip ; 6.250ms total nop nop call doblip call seeblip call seeblip call seeblip call seeblip call seeblip call seeblip
24、 call seeblip goto blip ; ;= 产生 55.5kHz 锯形波(346*18us=6.228ms)= doblip movlw 0xFF movwf n55ks osc nop call make55k ;RB0 红外输出 decfsz n55ks,F goto osc ;- morblip ;6253us DELAY movlw 0x5B movwf n55ks oscmore call make55k ;RB0 红外输出 nop decfsz n55ks,F goto oscmore 19 ;- call delay8u nop nop nop nop nop bc
25、f PORTB,2 ; RB2 LED 指示 return ;- make55k bsf PORTB,0 ;RB0 红外输出 call delay8u bcf PORTB,0 return delay8u nop nop nop nop return ;= 6.250ms = seeblip clrf avgIR movlw 0xF9 movwf nchks chk call chkIR ;/ decfsz nchks,F goto chk movf avgIR,W ; 20 sublw 0X78 btfss STATUS,C goto detectd bcf PORTB,0 ;RB0 红外输
26、出 OFF goto chkdone detectd bsf PORTB,0 nop chkdone call delay8u nop nop nop nop return ;= chkIR clrf nsamp btfss PORTA,0 incf nsamp,F btfss PORTA,0 ; RA0 红外输入 incf nsamp,F btfss PORTA,0 ; RA0 红外输入计数值存到 nsamp incf nsamp,F btfss PORTA,0 incf nsamp,F btfss PORTA,0 incf nsamp,F btfss PORTA,0 ;共六次 nsamp5
27、，avgIR 增一 incf nsamp,F nop 21 movf nsamp,W sublw 0X04 btfss STATUS,C incf avgIR,F return ;= end 22 附件4.电子毕业（课程）设计元器件清单一览表 课题 基于单片机的红外线发射与接受系统的设计 班级： 07级电子信息工程专业 姓名： 李大波 指导教师： 戴璐平 器件类别器件类别 元件序号元件序号 型号参数型号参数数量数量参考价参考价封装形式封装形式 R1R7 1K7AXIAL0.3 普 通 电 阻 R8R162K8AXIAL0.3 普通 电 阻R17R21 R22R26 30K 510 20K 200 4.7K 4 4 4 4 4 普 通 电 容0.1uF3 蜂鸣器1 RAD0.1 电 解 电 容C547uf1 电 解 电 容C44.7uF1 RB.1/.3 晶振Y112MHZ 晶振1XTAL1 npn90134 pnp90129 四位共阳数码 管 数码管数码管1S-LED 复 位 键S1SW-SB4小按钮开关 蓝色二脚插座CON2、CO N3 蓝色二脚插座2RAD0.1 集成块89C51AT89C511DIP40 红外发射二级管8 发光二极管5 焊锡若干 导线若干 单面板一块