無(wú)線遙控照明開關(guān)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)綜述傳統(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)愈來(lái)愈滿足不了人們追求完美生活的需求。隨著生活水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，智能型無(wú)線遙控技術(shù)取代傳統(tǒng)的手動(dòng)控制，已成為現(xiàn)代生活的一種時(shí)尚。運(yùn)用無(wú)線遙控照明開關(guān)，在某一空間的任意位置，任意時(shí)刻，都可以隨意調(diào)控電燈及其它電器，讓我們真正感受到高科技帶來(lái)的無(wú)窮魅力和便捷。在三遙技術(shù)中，無(wú)線遙控技術(shù)占著極其重要的位置。無(wú)線遙控與紅外遙控、聲控相比較，具有無(wú)線遙控覆蓋范圍寬，控制距離遠(yuǎn)，穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)，在諸如爆破遙控、火工生產(chǎn)控制和一些地形地貌險(xiǎn)要、操作人員難接近或不能接近的實(shí)際場(chǎng)合中，更顯魅力，倍加令人注目。近些年來(lái)無(wú)線遙控技術(shù)在家庭生活和科學(xué)研究中也占很重

2、要的地位，在汽車、摩托車防盜報(bào)警中，在門、窗、庫(kù)房控制中，在兒童玩具中，在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)線定時(shí)控制中，無(wú)線遙控獲得更加廣泛的應(yīng)用。智能照明系統(tǒng)具有非常豐富的功能，具體來(lái)說(shuō)具有以下幾種功能：1、集中控制和多點(diǎn)操作功能；2、軟啟功能：開燈時(shí)，燈光由暗漸漸變亮，關(guān)燈時(shí)，燈光由亮漸漸變暗，而且避免大電流和高溫的突變對(duì)燈絲的沖擊，保護(hù)燈泡，延長(zhǎng)使用壽命；3、燈光明暗調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)不同燈光的亮度，操作時(shí)非常方便；4、全開全關(guān)和記憶功能； 5、定時(shí)控制功能；6、場(chǎng)景設(shè)置：對(duì)于固定模式的場(chǎng)景、只進(jìn)行一次編程，就可以按一個(gè)鍵控制一組燈?？偠灾?，照明系統(tǒng)是我們生活中最為常用，最為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。它的智能化無(wú)疑會(huì)給

3、我們的生活帶來(lái)深刻的影響。它不僅大大方便了我們的生活，也許它還會(huì)從一定程度上改變?nèi)藗兊纳罘绞?，從而提高人們的生活質(zhì)量。無(wú)線遙控采用無(wú)線電波或激光束傳輸，主要用于活動(dòng)的受控對(duì)象?？梢栽谶h(yuǎn)離設(shè)備操作盤的地方對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制，相當(dāng)于把設(shè)備操作盤上的按鈕（開關(guān)）移到操作人員手中的操作器上，而且無(wú)須使用導(dǎo)線連接。操作人員活動(dòng)范圍大：可以近距離觀測(cè)目標(biāo)，也可以遠(yuǎn)離危險(xiǎn)場(chǎng)所。無(wú)線遙控開關(guān)是以非接觸的方式對(duì)電器的開啟和關(guān)閉進(jìn)行控制，其控制按鍵和被控制電器之間不需要連線，控制信號(hào)以無(wú)線電波為載體進(jìn)行傳輸，距離可以從十幾米到數(shù)公里。與傳統(tǒng)開關(guān)相比主要有以下特點(diǎn)：1、非接觸；2、遠(yuǎn)距離操控；3、控制及時(shí)；4、專

4、人?？?。此外，它還有很多優(yōu)點(diǎn)，如使用方便，遙控器可以隨身攜帶。操控精準(zhǔn)，一個(gè)人既可以近距離觀測(cè)目標(biāo)，又可以遠(yuǎn)距離控制設(shè)備，無(wú)操作盲點(diǎn)，在目標(biāo)前操作，無(wú)盲點(diǎn)。提高生產(chǎn)效率，無(wú)須兩個(gè)人之間的聯(lián)系， 安全，可靠。連續(xù)信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)射器與接收器之間始終保持聯(lián)系，一旦信號(hào)中斷，接收器立即自動(dòng)停機(jī)，保證生產(chǎn)安全。無(wú)線電信號(hào)沒有方向性，能夠跨越障礙物。無(wú)線遙控技術(shù)，市場(chǎng)前景廣闊，廣泛應(yīng)用于家用照明開關(guān)控制，老人、小孩使用安全，并可遙控家用電器，對(duì)此類產(chǎn)品，消費(fèi)者反映較好，很受歡迎，市場(chǎng)潛力很大1。紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。因?yàn)榧t外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)

5、。采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。紅外遙控開關(guān)技術(shù)在家庭生活中應(yīng)用最為廣泛。它在技術(shù)上的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、無(wú)需專門申請(qǐng)?zhí)囟l率的使用執(zhí)照；2、具有移動(dòng)通信設(shè)備所必需的體積小、功率低的特點(diǎn)；3、傳輸速率適合于家庭和辦公室使用的網(wǎng)絡(luò)；4、信號(hào)無(wú)干擾，傳輸準(zhǔn)確度高；5、成本低廉。它的缺點(diǎn)是：由于它是一種視距傳輸技術(shù)，采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接，具有方向性，兩個(gè)設(shè)備之間如果傳輸數(shù)據(jù)，中間就不能有阻擋物，而且通訊距離較短2。1 方案設(shè)計(jì)與分析1.1 方案一 采用rcm1型無(wú)線遙控照明開關(guān)電路采用rcm1型無(wú)線電遙控組件作為遙控發(fā)射與接收電路。本電路由rcm1a/b組件作遙控發(fā)射與接收電路，用十進(jìn)

6、制cd4017作開關(guān)控制電路，用雙向晶閘管做電源開關(guān)。電路圖如下圖所示：圖1-1 rcm1a無(wú)線電信號(hào)發(fā)射機(jī)圖1-2 rcm1b無(wú)線電信號(hào)接收機(jī)rcm1型無(wú)線電遙控組件是由無(wú)線電遙控發(fā)射組件rcm1a和接收組件rcm1b組成，它是一組微功率遙控組件。組件內(nèi)采用模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的方式，內(nèi)藏微型收發(fā)天線，幾乎沒有外圍元件，使用極為簡(jiǎn)便。發(fā)射電路rcm1a只設(shè)有一個(gè)開關(guān)，即作電源開關(guān)又作發(fā)射開關(guān)。按下sa后，發(fā)射電路發(fā)出一組遙控信號(hào)。在平時(shí)，接收電路rcm1b輸出端2輸出低電平。當(dāng)它接收到發(fā)射器發(fā)來(lái)的遙控信號(hào)后，通過(guò)電路內(nèi)部放大和信號(hào)處理后，由2腳輸出高電平。當(dāng)按下遙控發(fā)射按鈕sa時(shí)，接收器

7、的輸出端便會(huì)輸出高電平，這一高電平通過(guò)vd1加至計(jì)數(shù)器的cp端作為電燈led的開關(guān)控制信號(hào)。作為開關(guān)控制電路的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器cd4017，它的10個(gè)輸出端與控制端采用間接連接的方式，即將q1、q3、q5、q7、q9連接到控制輸出端，將q2、q4、q6、q8空置。這樣，每按一次遙控發(fā)射器的按鈕，它的輸出端就前移一位，當(dāng)移動(dòng)至q1、q3、q5、q7、q9時(shí)，電燈被打開。當(dāng)移到q2、q4、q6、q8時(shí)，電燈熄滅 。1.2方案二 采用555定時(shí)器小功率紅外發(fā)光管的紅外線遙控開關(guān)其主要元件有l(wèi)m555cm，二極管，三極管，電源，電容，電阻等組成。原理圖如下圖所示： 圖1-3 紅外線信號(hào)發(fā)射機(jī) 圖1-4 紅

8、外線信號(hào)接收機(jī)如圖所示，圖1-3為紅外線信號(hào)發(fā)射機(jī)。它是一個(gè)以時(shí)基集成電路555為核心的多諧穩(wěn)態(tài)振蕩器，其中r1、r2、c1為決定振蕩頻率的阻容元件，電路的振蕩頻率為 =1.44(r1+2r2)c1按設(shè)計(jì)要求，取r1=41，r2=8.4，c1=0.01pf。通過(guò)計(jì)算頻率約為250mhz，滿足設(shè)計(jì)的要求3。其工作過(guò)程是：當(dāng)開關(guān)sa接通后，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器引腳3發(fā)出一系列的脈沖，脈沖通過(guò)r3到vt1，當(dāng)?shù)碗娖阶饔脮r(shí)，vt1導(dǎo)通，使紅外線發(fā)光二極管發(fā)出一系列紅外脈沖。如圖所示，圖1-4為以sk-2為核心的紅外線信號(hào)接收裝置。在工作時(shí)，開關(guān)sa閉合，光電二極管d1接收發(fā)射器發(fā)射的紅外線脈

9、沖，并將其轉(zhuǎn)變成微弱的脈沖電信號(hào)，這些電信號(hào)經(jīng)c1輸入到聲控集成電路sk-2，經(jīng)過(guò)sk-2的放大、選頻、整形，延時(shí)后送入觸發(fā)器并使翻轉(zhuǎn)，由引腳9輸出低電平。該電平使vt導(dǎo)通繼電器k吸和接通電源控制開關(guān)。當(dāng)?shù)诙问盏娇刂菩盘?hào)后，sk-2的引腳輸出高電平，vt截止，繼電器釋放，斷開電源4。1.3方案三 采用mc3373的紅外線遙控照明開關(guān) 其電路由紅外線傳感器、紅外線光線放大器、解調(diào)器、電子開關(guān)與電源等幾部分組成。運(yùn)用的器件有二極管，三極管，紅外發(fā)射管，555計(jì)時(shí)器，燈泡，mc3373紅外接收電路等構(gòu)成。原理圖如下： 圖1-5 mc3373紅外發(fā)射機(jī) 圖1-6 mc3373紅外接收機(jī)同樣，發(fā)射機(jī)主

10、體是由555構(gòu)成的多協(xié)振蕩電路，如圖1-5，當(dāng)按下發(fā)射鍵sa時(shí)，振蕩電路開始工作，輸出矩形脈沖，led1和led2發(fā)射紅外信號(hào)，照明接通；斷開sa后，停止發(fā)射，照明斷開。接收機(jī)電路如圖1-6所示，sa閉合后，vd4接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的紅外信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器及晶體管放大后，輸入sm7232的5號(hào)引腳，使二級(jí)管d6及雙向晶閘管d7導(dǎo)的通，燈x1點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)遙控照明。綜合以上三種方案，決定采取第一種，并對(duì)此方案進(jìn)行改進(jìn)，電路改進(jìn)后的接收機(jī)用rmc1b做為接收電路，用74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)代替cd4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其中74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器連成二進(jìn)制形式。 改進(jìn)后的電路其

11、操作方便，性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需元件很容易得到，更經(jīng)濟(jì)，可實(shí)用性強(qiáng)。方案二和方案三設(shè)計(jì)過(guò)程較為煩瑣，且生產(chǎn)出的實(shí)物體積大，比較昂貴?？垢蓴_能力差，信號(hào)處理分離難，電路相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)調(diào)試工具要求相當(dāng)高，成功率極低 ，在經(jīng)濟(jì)、操作，性能和實(shí)用性上存在問題。 2電路設(shè)計(jì)框圖及功能描述2.1電路設(shè)計(jì)框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫出如圖2-1的電路設(shè)計(jì)框圖 圖2-1采用rcm1型無(wú)線遙控照明開關(guān)電路設(shè)計(jì)框圖電路的設(shè)計(jì)的總體思路是：發(fā)射電路的中心環(huán)節(jié)是多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是，只要接通電源，它就能自激振蕩發(fā)出一系列的方波脈沖。這些方波脈沖可通過(guò)某些參數(shù)的改變而改變其頻率。利用這些脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)射裝置如紅外

12、線發(fā)射光二極管或無(wú)線電裝置。在接收器一方，通過(guò)某些接收裝置來(lái)接收這些信號(hào)，如光電二極管、光電三級(jí)管，無(wú)線電接收天線。一般這些接收到的信號(hào)是十分微弱的，接收后，要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行放大，整形。將這些信號(hào)作為控制信號(hào)，通過(guò)某些裝置將其與被控制電器相聯(lián)系。以達(dá)到控制的目的。 2.2 電路的功能在815米的距離之內(nèi)，人員可以通過(guò)手中的遙控器對(duì)照明燈進(jìn)行無(wú)線控制，按動(dòng)遙控器的開關(guān)一下可以使燈改變狀態(tài)一次。其主要使用于不便架線的地區(qū)和一些人員不易觸及開關(guān)的地方。如要加大控制距離可在發(fā)射器外再加上功率放大器，在接收方面加大接收面積，以達(dá)到遠(yuǎn)距離控制。也可以把照明燈換成其他器件，以方便應(yīng)用。本電路的實(shí)質(zhì)是一個(gè)無(wú)線

13、控制的開關(guān)。3電路原理設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算3.1 電路原理設(shè)計(jì)3.1.1由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)形式 圖3-1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路圖3.1.2 電路的工作過(guò)程及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端clk接到一列計(jì)數(shù)器脈沖時(shí)，輸出端由初始狀態(tài)0000躍變到0001，qa由初始狀態(tài)的底電平變?yōu)楦唠娖?，qa的高電平通過(guò)反向器變?yōu)榈碗娖?，傳輸?shù)酵街脭?shù)端load，load開始工作，置入置數(shù)端數(shù)據(jù)0000。當(dāng)下一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)重復(fù)上述工作過(guò)程。電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下： 圖3-2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可以看出連接之后電路構(gòu)成了二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3.1.3 最終方案的原理說(shuō)明rcm1型

14、無(wú)線電遙控組件是由無(wú)線電遙控發(fā)射組件rcm1a和接收組件rcm1b組成，它是一組微功率遙控組件。組件內(nèi)采用模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的方式，內(nèi)藏微型收發(fā)天線，幾乎沒有外圍元件，其的使用極為簡(jiǎn)便5。 發(fā)射電路rcm1a只設(shè)有一個(gè)開關(guān)，既作電源開關(guān)又作發(fā)射開關(guān)。按下sb后，發(fā)射電路發(fā)出一組遙控信號(hào)。接收電路rcm1b的輸出端引腳2在未接收信號(hào)時(shí)輸出低電平。在反向器的作用下，74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的clk端為高電平。當(dāng)它接收到遙控信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路的放大與處理，引腳2輸出高電平，又經(jīng)過(guò)反向器的作用，十進(jìn)制的clk端為低電平，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。此計(jì)數(shù)器已經(jīng)被連成二進(jìn)制形式。當(dāng)它由0000躍變成0001時(shí)qa

15、端輸出以高電平，vt導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)雙向晶閘開關(guān)導(dǎo)通，燈led與電源接通，燈開始工作。當(dāng)發(fā)射器再次發(fā)射遙控信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器再次計(jì)數(shù)，由0001躍變成0000，qa端變成低電平，vt截止，雙向晶閘開關(guān)截止，燈led與電源斷開，燈熄滅。這個(gè)設(shè)計(jì)滿足了遙控器的開關(guān)閉合一次，74160計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，燈亮滅變換一次。它的遙控有效距離在815m。發(fā)射器的工作電壓為3v，工作電流為0.6ma，工作頻率為250mhz。接收電路的工作電壓為4.5v，工作電流為0.7ma。其的參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。3.2 參數(shù)計(jì)算整個(gè)電路的核心部件是多諧振蕩電路及計(jì)數(shù)器在接收機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用。多諧振蕩器是脈沖的產(chǎn)生源。它的頻率既是無(wú)線電信號(hào)的

16、頻率，也是接收信號(hào)的頻率。而計(jì)數(shù)器是控制的核心，是它的應(yīng)用形式使電路受接收信號(hào)的控制?，F(xiàn)在具體討論一下兩個(gè)核心元件的參數(shù)計(jì)算。在發(fā)射機(jī)中，主要元件是rmc1a無(wú)線電信號(hào)發(fā)射芯片，其發(fā)射無(wú)線電脈沖的頻率為250mhz。一般地，決定頻率的內(nèi)部元件是多諧振蕩器。而555定時(shí)器通常用來(lái)連接成多諧振蕩電路。其的連接圖如圖3-3所示：圖3-3 555多諧振蕩電路多諧振蕩電路的周期 （4-1）其簡(jiǎn)化形式為 （4-2）電路所設(shè)定參數(shù)為 將以上參數(shù)代如（4-2）得 由 （4-3）計(jì)算得 由上面計(jì)算可知555定時(shí)器中所設(shè)定的參數(shù)可以滿足設(shè)計(jì)要求。4 調(diào)試波形，最后電路原理圖4.1 多諧振蕩器的波形調(diào)試?yán)胢ult

17、isim 7仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的多諧振蕩器的波形進(jìn)行調(diào)試。其中的參數(shù)按照上述設(shè)計(jì)方案裝配。觀察其中的波形周期，是否滿足設(shè)計(jì)要求。在調(diào)試中看出它的周期要大于設(shè)計(jì)周期，既其的頻率比要求頻率大。改動(dòng)參數(shù)后，其中得到下圖的最終調(diào)試結(jié)果。它的頻率仍大于要求頻率，且波形有些失真。圖4-1 在波形調(diào)試中multisim 7中示波器波形由上述部分仿真結(jié)果可以推知，如果按設(shè)計(jì)的電路連成實(shí)際電路是可以工作的。4.2最后電路原理圖圖4-2 rcm1a無(wú)線電信號(hào)發(fā)射機(jī)vthledv1220 v 50 hz 0deg vtmrf9011lt1_avd31n4148r210kohm_5%r368ohm_5%r41.0mohm

18、_5%vd11n4148c2100pfc4220uf vs5.1 v vd81n4004gpa2net_6rcm1b32145r1100kohm vd51n4148vd61n4148vd71n4148vd41n4148c30.02uf c10.22uf c50.68uf u1net_20cd4017q0q1q2q3q4q5q6q7q8q9vddcprnevss圖4-3 rmc1b無(wú)線電信號(hào)接收機(jī)6課程設(shè)計(jì)體會(huì) 本設(shè)計(jì)使我更進(jìn)一步地了解了數(shù)字電子技術(shù)的用處，了解了一些設(shè)計(jì)電路的步驟，更進(jìn)一步地熟悉了各種芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法，雖然設(shè)計(jì)時(shí)間很緊迫，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我還是學(xué)到了不少東西，由于有些芯片我根本沒有學(xué)過(guò)，我在查找這些資料的過(guò)程中學(xué)到了很多，有些芯片本來(lái)我不懂的，但是經(jīng)過(guò)查資料我還是對(duì)那些不懂的芯片有了一定的了解，同時(shí)激發(fā)了我學(xué)習(xí)數(shù)字電子的興趣。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，我學(xué)會(huì)了很多東西，比如學(xué)會(huì)了到圖書館查資料以及運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)獲取自己需要的知識(shí)，知道了在設(shè)計(jì)電路