畢業(yè)設(shè)計（論文）可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計

1、泰泰 山山 學(xué)學(xué) 院院 本本科科畢畢業(yè)業(yè)論論文文 可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計 所 在 學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 電子信息科學(xué)與技術(shù) 申請學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 理 學(xué) 年 級 二一二級 學(xué) 生 姓 名 、 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓 名、職稱 完 成 日 期 二一二年五月 摘要摘要 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，電子信息技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用 的人們的日常生活當(dāng)中，其中無線遙控開關(guān)技術(shù)在我們周圍已經(jīng)變得隨處可見。 電源開關(guān)技術(shù)是一項非?；A(chǔ)的技術(shù)，其中可調(diào)遙控電源開關(guān)正在逐步地替換 傳統(tǒng)的手工機械電源開關(guān)?？烧{(diào)遙控電源開關(guān)是指用發(fā)射器發(fā)射無線電或者紅 外線來控制電源開關(guān)

2、，無線電和紅外線各有優(yōu)缺點，無線電的優(yōu)勢是可以穿透 障礙物，如墻壁、混凝土建筑，遙控距離比較遠(yuǎn)，缺點是相同頻率的無線電信 號相互干擾。紅外線的優(yōu)勢是相同頻率紅外線信號不易相互干擾，可以大規(guī)模 批量生產(chǎn)（如電視機、空調(diào)遙控器），無法穿透障礙物，缺點是遙控距離比較 近。紅外線遙控和無線電遙控原理基本相同，二者區(qū)別主要在于信號頻段不同， 并且無線電適用于遠(yuǎn)距離遙控，紅外線則側(cè)重于近距離遙控。相比之下紅外線 在日常生活中的應(yīng)用范圍比較廣，像彩色電視機遙控器、空調(diào)遙控器、dvd遙控 器等等一系列家用電器。 本文介紹的可調(diào)遙控電源開關(guān)的設(shè)計，是主要基于pt2262和pt2272設(shè)計的 紅外遙控系統(tǒng)，由采用

3、pt2262設(shè)計的紅外線發(fā)射電路發(fā)射一定頻率的紅外線信 號，通過采用pt2272設(shè)計的紅外遙控接收電路接收信號并進行放大限幅等一系 列的處理，之后控制兩個雙穩(wěn)態(tài)繼電器的閉合，從而達到有選擇的對電源開關(guān) 進行控制。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：紅外線；遙控；pt2262；pt2272；雙穩(wěn)態(tài)繼電器 abstract with the development of economy and improvement of peoples living standard, electronic information technology is used more and more widely in people

4、s 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 supply sw

5、itch 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 same frequ

6、ency 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. infrared

7、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 relativ

8、ely 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 remote c

9、ontrol 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 for a bi

10、stable relay closed, so as to achieve the power switch control. key words: infrared; remote control; pt2262; pt2272; bi-stable relay 目錄目錄 1 引言.1 2 整體設(shè)計方案及分析 .2 2.1 設(shè)計思路分析.2 2.2 系統(tǒng)方框圖 .2 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn).3 3.1 紅外線遙控發(fā)射模塊.3 3.1.1 主要組件介紹.3 3.1.2 紅外發(fā)射電路以及工作原理.6 3.2 紅外接收模塊.6 3.2.1 主要組件介紹.10 3.2.2 紅外接收電路及其工作原理.

11、10 3.3 橋式整流濾波電路.11 參考文獻.14 致謝.15 1 1 引言引言 隨著科技的進步，遠(yuǎn)程遙控在人們的日常生活中、工業(yè)中、軍事中應(yīng)用的 越來越廣泛，在日常生活中可以提升人們的生活水平，在工業(yè)應(yīng)用中的高溫惡 劣環(huán)境中提高了可操作性，降低了工人在惡劣環(huán)境當(dāng)中對身體的危害，在軍事 中則可以增加士兵的安全性。本文主要介紹了利用紅外線進行近距離遙控開關(guān)。 紅外線是一種波長介于可見光和微波之間的電磁波，即波長介于 0.76um 到 400um 之間，所有東西（溫度高于絕對零度的）都會發(fā)出紅外線，并且溫度越 高物體發(fā)出的紅外線波長越短，人體正常體溫發(fā)出的紅外線波長介于 8um 到 12um 之

12、間，紅外線透過云霧的能力比可見光強，他的這個特點決定了紅外線可 以廣泛的應(yīng)用于軍事、工業(yè)等復(fù)雜的環(huán)境中。紅外遙控一般采用波長 0.8um 到 0.94um 之間的近紅外線信號，因為目前常用的紅外二極管發(fā)射的紅外信號介于 這個波段之間，并且紅外接收頭能接受的紅外信號也處于這個波段之間，紅外 二極管與紅外接收頭發(fā)射與接收的信號在 0.8um 到 0.94um 之間這個波段正好匹 配。 紅外線的應(yīng)用很廣泛，像紅外線感應(yīng)水龍頭、紅外線防盜、紅外線夜視儀、 紅外線光浴治療等等，紅外遙控只是紅外線的一小方面應(yīng)用。紅外遙控不同于 無線電遙控，首先式紅外遙控是近距離遙控，這個特點就是決定了它適合用在 家用電器

13、方面，可以大批量生產(chǎn)，遙控器兼容性高，并且不會影響其它居民的 家用電器，其次紅外遙控是采用近紅外線，波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無線電，所以不會產(chǎn) 生無線電噪音對附近無線設(shè)備產(chǎn)生干擾。 本系統(tǒng)主要介紹了基于 pt2262 和 pt2272 設(shè)計的紅外信號發(fā)射器和紅外信 號接受器，pt2262 和 pt2272 可以組成上萬種編碼組合，減少了非法對編碼進 行掃描來配對的可行性，增加了安全性。紅外信號發(fā)射電路發(fā)射紅外線號，紅 外接收電路接收到信號后先放大再通過解碼后從而控制兩個雙穩(wěn)態(tài)繼電器的閉 合，從而達到有選擇的控制不同電源的開關(guān)目的。 2 2 整體設(shè)計方案及分析整體設(shè)計方案及分析 2.1 設(shè)計思路分析設(shè)計思路

14、分析 本系統(tǒng)通過基于 pt2262 設(shè)計出的紅外線發(fā)射電路，發(fā)射電路編碼后調(diào)制出 相應(yīng)的脈沖信號，再通過紅外二極管發(fā)射出紅外線信號。基于 pt2272 設(shè)計出 紅外線接收電路，紅外接收頭接收到信號后再經(jīng)過解碼后把信號傳送給 pt2272 的接收管腳，pt2272 成功接收到信號后，數(shù)據(jù)端管腳再得到不同的高低電平從 而控制兩個雙穩(wěn)態(tài)繼電器的閉合，最后達到是接+5v 電源還是接+12v 電源的目 的。 2.2 系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖 按鍵控制編碼調(diào)制紅外發(fā)射 圖 1 紅外遙控發(fā)射 紅外接收解碼受控電源開關(guān) 圖 2 紅外遙控接收 3 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn) 本系統(tǒng)由三大模塊組成，即紅

15、外遙控發(fā)射模塊、紅外遙控接收模塊和為其 提供 5v 直流電源的橋式整流濾波電路。 紅外遙控發(fā)射模塊主要由 pt2262、紅外二極管以及相應(yīng)的電阻電容等組成， 紅外接收模塊則主要由 pt2272、紅外接收頭以及相應(yīng)的電阻電容組成，橋式整 流濾波電路由變壓器、整流二極管、濾波電容和電阻組成。 3.1 紅外線遙控發(fā)射模塊 3.1.1 主要組件介紹 （1）紅外二極管 圖 3 紅外二極管 常用的紅外二級管，如圖 1，外形和一般的發(fā)光二級管 led 相似，發(fā)出紅 外光，管壓降約為 1.4v，工作電壓一般低于 20ma,為了適應(yīng)不用的電壓，常常 串聯(lián)限壓電阻。紅外發(fā)光二極管實際是采用砷化嫁(gaas)和砷鋁

16、化嫁(gaalas) 等半導(dǎo)體材料制成的特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極 管，所以在其兩端施加一定電壓時，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光。 （2）pt2262 圖 4 pt2262 管腳圖和元件照片 pt2262 管管腳腳說說明明： a a0 0- -a a1 11 1 地址管腳 用于地址編碼，可以置 “0”、“1”或者“懸空”，編 碼必須與 pt2272 一致。 d d0 0- -d d5 5 地址或數(shù)據(jù)管腳，數(shù)據(jù)輸入端，有一個為 “1”即有編碼發(fā)出，內(nèi) 部下拉。 v vc cc c 電源端 v vs ss s 接地端 te 編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效 。

17、osc1 振蕩電阻輸入端，與 osc2 所接電阻決定振蕩頻率 。 osc2 振蕩電阻振蕩器輸出端 。 dout 編碼輸出端（正常時為低電平） 如圖 4，pt2262 是一種 cmos 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路芯片， 外部元器件少，并且和用單片機相比減少了編寫程序的麻煩，工作電壓范圍 2.615v，pt2262 最多可有 12 位(a0-a11)三態(tài)地址端管腳 (懸空,高電平, 低電平),任意組合最多可提供 531441（3 的 12 次方） 地址碼,最多可有 6 位（d0-d5）數(shù)據(jù)端管腳， 但是一般使用 8 位地址碼和 4 位數(shù)據(jù)碼。 設(shè)定 的地址碼和數(shù)據(jù)碼 組成的一個碼字信號

18、從 17 腳串行輸出，可用于無線遙控 發(fā)射電路。編碼芯片 pt2262 發(fā)出的編碼信號 有：地址碼、數(shù)據(jù)碼 組成的 一個串行碼，解碼芯片 pt2272 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對 后，vt 腳輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出 與 pt2262 的數(shù)據(jù)端 相同的高 低電平信號。 (3) npn 三三極極管管 圖 5 pnp9012 三極管 1 發(fā)射級 2. 基極 3. 集電極 npn 三極管是一種半導(dǎo)體電子器件 ，在收音機以及各種放大電路中經(jīng) 常看到它，應(yīng)用范圍很廣 ，三極管包括發(fā)射極、基極和集電極。三極管的作 用有電流放大、開關(guān)等作用。 電流放大作用即當(dāng)基極有電流通過時，集電

19、極和發(fā)射極的導(dǎo)通電流為基 極的 k 倍。 開關(guān)作用即當(dāng)基極沒有電流通過時，集電極和發(fā)射極不導(dǎo)通。 3.1.23.1.2 紅外發(fā)射電路以及工作原理紅外發(fā)射電路以及工作原理 圖 6 紅外遙控發(fā)射電路 紅外遙控發(fā)射電路由編碼開關(guān) sw-dip8、pt2262、npn 三極管、紅外二 極管 ph303、按鍵開關(guān) sw-1 和 sw-2 以及所需要的電阻組成。 首先編碼開關(guān)隨機編一個地址碼，我們就讓開關(guān) 1、2、3、4 閉合即處于高 電平，5、6、7、8 開啟即處于懸空狀態(tài)，編碼啟動端 te 端接低電平，osc1 和 osc2 接適當(dāng)?shù)恼袷庪娮?，使其達到所需要的振蕩頻率，數(shù)據(jù)端 d0 和 d1 分 別接

20、開關(guān) sw-1 和 sw-2，d2 和 d3 懸空，dout 輸出地址碼和數(shù)據(jù)碼組成的 串行信號，當(dāng)開關(guān) sw-1 接通時，pt2262 產(chǎn)生一個地址碼和數(shù)據(jù)碼組成的的串 行碼通過 dout 發(fā)送到三極管的基極，當(dāng)這個信號的脈沖電平通過時，npn 三 極管導(dǎo)通，紅外二極管有電流通過，從而發(fā)送出相應(yīng)的紅外信號。 3.2 紅外接收模塊紅外接收模塊 3.2.13.2.1 主要組件介紹主要組件介紹 （1）紅外接收頭 圖 7 紅外接收頭 如圖 7 所示紅外接收頭的封裝一般有兩種方式：一種采用鐵皮屏蔽，一種 是塑料封裝。均有三個引腳，即電源正（vdd） 、接地（gnd）和數(shù)據(jù)輸出 （out） 。不同型號的

21、紅外接收頭引腳排列不同，需要參考廠家的使用說明。 成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三 極管，非常方便。但使用時需注意成品紅外接收頭的載波頻率。本設(shè)計中用到 的成品紅外接收頭是 fps-4091。該紅外接收頭內(nèi)含一個紅外線接收管 （ph302）和一個放大電路，紅外線接收管產(chǎn)生的光電流由前置放大器放大。 該接收器可以直接和紅外線發(fā)射管配合組合成各種遙控系統(tǒng)。 紅外遙控是以調(diào)制的方式發(fā)射數(shù)據(jù)，就是把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進行 “與”操作，這樣既可以提高發(fā)射效率又可以降低電源功耗。 圖 8 紅外接收頭工作原理 紅外信號收發(fā)系統(tǒng)的典型電路 如圖 8 所示，紅外接收電路通常

22、被廠家集 成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。 內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管， 放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測 到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度 控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號進入 帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz 到 60khz 的負(fù)載波，通過解調(diào)電 路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。 注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏 度。 紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益 一般很大，很容易引起干擾，因此 常在 接收頭的供電腳上 加上濾波電容，一

23、般在 22uf 以上。 有的廠家建議在供 電腳和電源之間接入 330 歐電阻，進一步降低電源干擾。 （2）pt2272 解碼芯片 圖 9 pt2272 解碼芯片管腳圖和芯片照片 圖 9 所示 pt2272 是一款用以解碼的芯片，編碼芯片pt2262 發(fā)出的編 碼信號由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的 串行碼，解碼芯片 pt2272 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后， vt 腳才輸出高電 平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出 與 pt2262 數(shù)據(jù)端相同的高低電平信號 。 其中 pt2262 芯片上有 m4m6l4l6 不同的后綴，其中 l 表示鎖存輸出，即 當(dāng) din 管腳成功接收到信號

24、后， 輸出管腳 vt 電平狀態(tài)就會一直保持下去， 直到下一個信號的到來， m 表示非鎖存輸出，即 輸出管腳 vt 發(fā)送的電平 信 號是瞬時的，din 管腳成功接收信號 vt 則輸出高電平， m 和 l 后的數(shù)字則 表示有 幾路并行的數(shù)據(jù)管腳，本系統(tǒng)使用的芯片型號是非鎖存四路并行數(shù)據(jù)解碼芯 片 pt2272-m4。 pt2272 管管腳腳說說明明 a a0 0- -a a1 11 1 地址管腳 用于地址編碼，可以置 “0”、“1”或者“懸空”，編 碼必須與 pt2262 一致，否則不解碼。 d d0 0- -d d5 5 地址或數(shù)據(jù)管腳，當(dāng)作數(shù)據(jù)管腳時，只有在地址碼與pt2262 一致 時數(shù)據(jù)管

25、腳才能輸出與 pt2262 數(shù)據(jù)端一致的高 低電平。 v vc cc c 電源端 v vs ss s 接地端 din 數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端 。 osc1 振蕩電阻輸入端，與 osc2 所接電阻決定振蕩頻率 。 osc2 振蕩電阻振蕩器輸出端 。 vt 解碼有效確認(rèn)輸出端 （一般為低電平，當(dāng)解碼成功后確認(rèn)后為高電平） （3）雙穩(wěn)態(tài)繼電器 圖 10 jmx-94f 雙穩(wěn)態(tài)繼電器 雙穩(wěn)態(tài)繼電器是指有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的一種繼電器。它有兩個輸入回路，按 規(guī)定加入輸入量時可以造成兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此這種繼電器也稱為“記憶鎖存 雙穩(wěn)態(tài)繼電器”。 雙穩(wěn)態(tài)繼電器給它一個脈沖電壓（20ms 左右） ，便可

26、以從關(guān)閉狀態(tài)變?yōu)殚_ 合狀態(tài)，并一直保持下去，再給其一個脈沖電壓，又能從開合狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀 態(tài)，并一直保持下去，并且相比一般的繼電器它的優(yōu)點是只有在“閉” 和“合” 時才消耗電能，因此功耗相當(dāng)?shù)停€圈不會發(fā)熱。 本系統(tǒng)使用型號為 jmx-94f 的雙穩(wěn)態(tài)繼電器 3.2.23.2.2 紅外接收電路及其工作原理紅外接收電路及其工作原理 圖 11 紅外接收電路 紅外接收電路主要由 pt2272、紅外接收頭、npn 三極管、雙穩(wěn)態(tài)繼電器 jmx-94f 以及必要的電阻組成。 首先對 pt2272 地址碼進行編碼必須和 pt2262 相同，開關(guān) 1、2、3、4 閉 合處于高電平，5、6、7、8 處于懸空狀

27、態(tài)，否則 pt2272 不解碼，osc1 和 osc2 接一個決定振蕩頻率的電阻，din 接收從紅外接收頭 2 端接收到并放大 限幅處理過的信號。當(dāng)紅外接收頭接收到紅外信號后，紅外接收頭首先對接收 到的信號進行放大限幅等一系列的處理，之后處理后的信號再通過三極管的基 極，當(dāng)信號中的脈沖信號通過時三極管的集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，此時 din 管腳 收到信號，之后 pt2272 對來自 pt2262 的地址碼、數(shù)據(jù)碼組成的串行碼進行兩次核對，如果地 址碼與 pt2262 相同，則數(shù)據(jù)端發(fā)送與 pt2262 相同的高低電平信號，同時 vt 端輸出高電平信號（本系統(tǒng)不使用此信號端） 。當(dāng)紅外發(fā)送端按鍵 s

28、w-1 按下時， pt2262 數(shù)據(jù)端電平狀態(tài)是1 0 0 0 ，紅外接收電路收到信號后， pt2272 的數(shù)據(jù)端電平狀態(tài)亦為1 0 0 0 ，所以雙穩(wěn)態(tài)繼電器 1 狀態(tài)改變，當(dāng) 紅外發(fā)送端按鍵 sw-2 按下時同理。 圖 12 雙穩(wěn)態(tài)繼電器工作原理 當(dāng)紅外發(fā)射電路按鍵 sw-1 按下時，紅外接收電路四個數(shù)據(jù)管腳接收到數(shù)據(jù) 信號為1 0 0 0 ，即此時雙穩(wěn)態(tài)繼電器 1 改變狀態(tài)，所遙控的電源電 壓變?yōu)?5v，當(dāng)紅外發(fā)射電路按鍵 sw-2 按下時，同理可知所遙控的電源電壓變 為 12v。 3.3 橋式整流濾波電路橋式整流濾波電路 本系統(tǒng)需要 5v 直流電壓，為此要得到 5v 直流電壓我們必須通

29、過將 220v 交 流電壓通過整流濾波得到。 圖 13 簡明橋式整流濾波電路圖 整流電路中利用二極管的單向?qū)щ娦詫㈦娫醋儔浩鞲边吔涣麟妷鹤儞Q成脈 動的直流電壓，之后濾波電容將整流電路輸出的單向脈動電壓中的交流成分濾 掉，輸出比較平滑的直流電壓。負(fù)載電流較小的多采用電容濾波電路，負(fù)載電 流較大的多采用電感濾波電路，對濾波效果要求較高的多采用電容、電感和電 阻組成的復(fù)雜濾波電路。本系統(tǒng)采用電容濾波電路。 整流濾波原理介紹： 圖 14 整流濾波原理 第一步：變壓器 tr 將 220v 的交流電壓 u1 變?yōu)?5v 的交流電壓 u2。 第二步：整流電路將 u2變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電壓 u2，此時的直流電壓交流成 分很大，無法使用。 第三步：濾波電路將 u3變?yōu)楸容^平滑的直流電壓 u4，但是此時交流成分依然 比 較強，無法使用。 第四步：穩(wěn)壓電路將 u4變?yōu)榭梢允褂玫姆€(wěn)定的直流電壓 u0=5v。