四路無線遙控開關設計畢業(yè)設計論文

1、畢 業(yè) 設 計 論 文四路無線遙控開關學生姓名： 譚 剛 學生學號： 0902010301 專業(yè)方向： 電子信息工程技術 指導老師： 王躍進 指導單位： 電子與通信系2011年11月 14 日摘 要介紹了一種四路無線遙控開關系統(tǒng)的設計方法，并對該系統(tǒng)的組成結構和工作原理進行了詳細的說明。該系統(tǒng)采用解碼芯片對接收到的信號進行解碼，本文針對擁有多種家用電器的現(xiàn)代化家庭，設計了一套能夠控制多路用電器的無線遙控開關。本設計采用315m穩(wěn)頻無線電遙控組件及其他外圍設備。組裝的遙控開關，可對4路220v用電器分別開關，也可將印制板上連接繼電器各轉換觸點與220v的條劃斷，僅利用繼電器觸點輸出去開關或控制其

2、他電路。該無線遙控開關電路可控制4路開關，可在中短距離（30米）內(nèi)，無需對準用電器按一按遙控器按鈕，即可實現(xiàn)多路遙控電源電路接通與斷開的目的，不僅適用于一般家庭，而且也適合于各大賓館、飯店、豪華別墅等場所使用。無線電遙控器是利用無線射頻信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備，關鍵詞： 繼電器；無線電；遙控引 言 近十幾年信息通信領域中，發(fā)展最快、應用最廣的就是無線通信技術。而無線通信技術又有著集成化，低功耗，易操作的發(fā)展趨勢。目前，一些只由微控制器和集成射頻芯片構成的無線通信模塊不斷推出，這種微功率短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術在工業(yè)、民用等領域得到應用廣泛。無線射頻技術作為本世紀最有發(fā)展前景的信息技

3、術之一，已經(jīng)得到業(yè)界的高度重視。該技術利用射頻方式進行非接觸雙向通信，可以自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，具有精度高、適應環(huán)境能力強、抗干擾強、操作快捷等許多優(yōu)點。第1 章 設計任務分析1.1 設計要求設計實現(xiàn)四路無線遙控開關，對室內(nèi)范圍內(nèi)的受控對象進行無線遙控，通信利用無線射頻芯片cd4013實現(xiàn)，工作頻率433mhz，遙控距離10m以上?？梢詫彝ァ⑥k公室、商場、酒店、醫(yī)院、倉庫等場所的燈具照明控制和類似用途電器的控制，也可以實現(xiàn)隔墻遙控，在房間可遙控客廳的燈具等。要求與數(shù)據(jù)：（1）工作頻率315mhz；（2）遙控路數(shù)四路；（3）遙控距離10m以上；（4）受控對象：燈具和家用電器。1.2

4、方案一 （利用紅外遙控開關電路） 紅外線發(fā)射/接收控制電路均采用單片機來實現(xiàn)，輸出控制方式可選擇實用性強。方案結構圖： 紅外發(fā)射部分 單片機遙控按鈕紅外發(fā)射 圖1-1當按下遙控按鈕時單片機產(chǎn)生相應的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出。 紅外接收部分紅外接收單片機受控電器控制方式選擇開關 圖1-2當紅外接收器收到控制脈沖后，由控制方式選擇開關是“互鎖”還是單路控制，在由單片機處理后對相應的受控電器產(chǎn)生控制。1.3 方法二：（利用無線電遙控） 發(fā)射機 發(fā)射電路編碼電路高頻電路調(diào)制器 s1 s2 s3 sn 圖1-3接收機譯碼電路執(zhí)行電路與執(zhí)行機構 接收電路 解調(diào)器高頻部分 1 2 3 n 接收機 執(zhí)

5、行機構 圖1-4是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的技術。這些信號被遠方的接收設備接收后，可以指令或驅動其它各種相應的機械，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機，之后，再由這些機械進行需要的操作。 1.4無線電遙控與紅外遙控的對比無線電遙控器（rf remote control）是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備。常見的無線電發(fā)射接收模塊常用的無線電遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分一般分為兩種類型，即遙控器與發(fā)射模塊，遙控器和遙控模塊是對于使用方式來說的，遙控器可以當一個整機來獨立使用，對外引出線有接線樁頭；而遙控模塊在電路中當一個元件來使用，根據(jù)其引

6、腳定義進行應用，使用遙控模塊的優(yōu)勢在于可以和應用電路天衣無縫的連接、體積小、價格低、。接收部分一般來說也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機相同，它是設置一本機振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號，與接收到的載頻信號混頻后，得到中頻信號，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機簡單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對較好；超再生式的接收器體積小、價格便宜。紅外遙控器（ir remote control）是利用波長為0.761.5m之間的近紅外線

7、來傳送控制信號的遙控設備。紅外遙控常用的載波頻率為38khz，這是由發(fā)射端所使用的455khz晶振來決定的。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。接收部分的主要元件為紅外接收二極管，一般有圓形和方形兩種。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏

8、度。紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進行多路遙控。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應用。 圖1-5 紅外線遙控器 圖1-6 無線電遙控器由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mw左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路，最近幾年大多都采用成品紅外接收頭。紅外遙控和無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，它的特

9、點是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過7米、不受電磁干擾，電視機遙控器就是紅外遙控器；無線電遙控器是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點是無方向性、可以不“面對面”控制、距離遠（可達數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、容易受電磁干擾。在需要遠距離穿透或者無方向性控制領域，比如工業(yè)控制等等，使用無線電遙控器較易解決，基于本課題的設計要求，所以選擇無線電遙控。第2章 無線電遙控技術的發(fā)展及應用2.1 無線電遙控技術的發(fā)展無線電遙控技術發(fā)展只有幾十年的歷史：本世紀20年代才剛剛出現(xiàn)無線電遙控的雛形。那時，人們試圖將遙控技術應用于無人駕駛飛機和艦船上，但由于技術不夠完善而未能成功。二次世界大戰(zhàn)以后，無線電遙控技術

10、發(fā)展迅速，并逐漸在軍事、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學技術等方面得到廣泛的應用。到現(xiàn)今，隨著電子技術的飛速發(fā)展，新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使得遙控技術有了日新月異的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波是由發(fā)射點向四面八方傳播，可以穿過阻擋物，而且可以傳播到很遠的距離，因此它的控制可以在很大區(qū)域和空間內(nèi)實現(xiàn)，成為遙控的主要方式，在國防、軍事、生產(chǎn)、建設和

11、日常生活中有極廣泛的應用。為此，在前人研究的基礎上設計出了一種集成芯片無線電遙控多通道開關系統(tǒng)的設計方法。研究表明，采用該方法設計的遙控開關系統(tǒng)控制方便，適用于含有較多受控電器的場合，可實現(xiàn)多路多功能控制。 圖2-1 傳統(tǒng)機械開關 圖2-2 無線遙控開關傳統(tǒng)的機械式開關愈來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，科學技術的不斷創(chuàng)新，智能型無線遙控技術取代傳統(tǒng)的手動控制，已成為現(xiàn)代生活的一種時尚。運用無線遙控照明開關，在某一空間的任意位置，任意時刻，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的無窮魅力和便捷。無線遙控與紅外遙控、聲控相比較，具有無線遙控覆蓋范圍寬，

12、控制距離遠，穿透力強等特點，在諸如爆破遙控、工廠生產(chǎn)控制和一些地形地貌險要、操作人員難接近或不能接近的實際場合中，更顯魅力，倍加令人注目。近些年來無線遙控技術在家庭生活和科學研究中也占很重要的地位，在汽車、摩托車防盜報警中，在門、窗、庫房控制中，在兒童玩具中，在無線數(shù)據(jù)傳輸，無線定時控制中，無線遙控獲得更加廣泛的應用。無線電遙控器是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備。這些信號被遠方的接收設備接收后，可以指令或驅動其它各種相應的機械或者電子設備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機，之后再由這些機械進行需要的操作。作為一種性能良好的遙控器種類，在車庫門、電動門、道閘遙控控

13、制，防盜報警器，工業(yè)控制以及無線智能家居領域得到了廣泛的應用。無線電遙控常用的載波頻率為315mhz或者433mhz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于10mw、覆蓋范圍小于100m或不超過本單位范圍的，可以不必經(jīng)過“無線電管理委員會”審批而自由使用。我國的開放頻段規(guī)定為315mhz和433mhz，本課題選用433 mhz頻段。2.2 無線電遙控器的應用（1）工業(yè)行車：工業(yè)用行車是遙控系統(tǒng)應用最廣泛的領域之一，以德國為例，占遙控系統(tǒng)每年產(chǎn)量的40%左右；特別是冶金、汽車制造、造紙廠、物料倉庫等新增行車幾乎全部配備工業(yè)無線遙控器；（2）汽車吊、隨車吊：通常，大型汽車吊遙

14、控系統(tǒng)還配置了數(shù)據(jù)反饋裝置，反饋裝置可將運行參數(shù)（如負荷、起重臂長、負荷力矩、油溫，壓力，角度等）顯示在發(fā)射系統(tǒng)顯示屏上，操作人員可根據(jù)顯示數(shù)據(jù)來監(jiān)控吊車；（3）混凝土泵車：混凝土泵車操作時因控制臺距澆注作業(yè)面有幾十米（甚至上百米），傳統(tǒng)的操作方式需數(shù)人配合才能完成，由于效率低，限制了混凝土泵車的性能發(fā)揮；對于長距離、大排量的大型泵車，矛盾更為突出；采用工業(yè)無線遙控器可以最大地發(fā)揮整機的性能，泵車司機在工作地點駕車定位后，即可用攜帶遙控系統(tǒng)依次操作泵車的各個動作，如布料桿的左右回轉，多級桿的變幅升降等。操作人員可攜帶發(fā)射系統(tǒng)，遠離泵車控制臺，直接站在軟管噴口附近，控制布料桿的動作和混凝土泵的運

15、作；（4）礦山機械：對于礦井里能見度較低的場合下，可選用配有反饋裝置的工業(yè)無線遙控器控制液壓機械。即使在能見度較低、環(huán)境惡劣的地方，也可以方便控制重型鑿巖機架鉆孔作業(yè)。操作員可以選擇最近的地點對位鉆孔，而不必呆在距鉆孔作業(yè)點十米以外的鉆孔機的操作臺上。無線電控制裝置采用ip65保護標準完全適應在潮濕和含鹽的環(huán)境中使用。大大增加了操作的安全性、舒適性和準確性，節(jié)約投資，提高了效率；（5）專用機械如：煉鋼廠清渣裝載機，采用工業(yè)無線遙控器對裝載機進行遙控改造，在不改變現(xiàn)有手動操作方式的前提下，百分之百模擬原履帶裝載機的機械動力性能和作業(yè)功能，達到無人駕駛完成清渣作業(yè)的目的。操作員帶著輕巧的發(fā)射機，自

16、由選擇最佳的視覺位置，遙控的裝載機在清渣作業(yè)中運行自如。遙控裝載機的成功運用消除了以往環(huán)境惡劣，視線不清，高溫落渣帶來的事故隱患，使操作人員從惡劣的環(huán)境中解脫出來，提高了清渣作業(yè)效率、改善冶金工人的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度；（6）建筑塔吊：在歐洲、北美超過60%的建筑回轉式塔吊采用無線遙控方式控制，不僅在設備制造時節(jié)省成本（無空中操作臺），安全性和可靠性也得到充分保障，提高了施工效率；（7）其它方面：隨著工業(yè)無線遙控器技術的發(fā)展，在裝載機、調(diào)車機車、液壓機械和移動車輛港口裝卸船機等設備中，工業(yè)無線遙控器都得到了廣泛應用，市場前景極為廣闊。 圖2-3 工業(yè)行車 圖2-4 建筑塔吊2.3無線遙

17、控距離的影響因素（1）發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾； （2）接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動或失控；（3）天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長、拉直可增加遙控距離； （4）高度：天線越高，遙控距離越遠，但受客觀條件限制； （5）阻擋：目前使用的無線遙控器使用國家規(guī)定的uhf頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導體對電波的吸收作用，影響更甚。2.4 無線電遙控設備工作原理無線電遙控設備由發(fā)射機、接收機及執(zhí)

18、行機構三部分組成。發(fā)射機主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操作器(操作開關或電位器等)控制，操作者通過操作器，使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這些控制指令具有某些特征的、相互間易于區(qū)分的電信號。除了可以用頻率特征外，還可以用正弦信號的幅度及相位特征、脈沖信號的幅度、寬度及相位特征以及碼組特征等表示各種指令。編碼電路產(chǎn)生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目標上去，還要將指令信號送到發(fā)射電路使它載在高頻信號（載波）上，才能由發(fā)射天線發(fā)送出去。就如同用火車、飛機等運載工具運送貨物一樣，指令信號相當于貨物，載波相當于運載工具。我們把指令信號載到載波上去的過程叫調(diào)制，調(diào)制作用由發(fā)射電

19、路的調(diào)制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生載波，并由調(diào)制器將指令信號調(diào)制在載波上，由天線將已調(diào)制波發(fā)送出去。接收機由接收電路及譯碼電路組成。接收電路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來的微弱信號經(jīng)接收機高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。就像火車、飛機等運載工具到站后，把貨物卸下來的情況一樣，解調(diào)器的作用是從載波上“缷”下指令信號。由于卸下來的各種指令信號是混雜在一起的、還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的工作就像把卸下來的貨物鑒別分類，再分別送到使用場地一樣，它對各種指令信號進行鑒別，送到相應的執(zhí)行放大電路。執(zhí)行放大電路把指令信號放大到具有一定的功率，用驅動執(zhí)行機構。執(zhí)行機構將電能轉變?yōu)闄C械

20、動作，例如電機的轉動、電磁鐵的吸動等，帶動被控的調(diào)節(jié)機構（例如舵面），從而實現(xiàn)對被控目標的控制。第3章電路圖的介紹 3-1 四路無線遙控開關接收機原理圖一電路簡介：本套件采用315兆穩(wěn)頻無線電遙控組件及其它外圍元件。組裝的遙控開關，可對四路220伏用電器分別開關，也可將印板上連接繼電器各轉換觸點與220伏的條劃斷，僅利用繼電器觸點輸出去開關或控制其它電器。本電路中高頻部分及常見電路不另介紹，僅要說明的是：用數(shù)字電路cd4013雙d觸發(fā)器，將它接成計數(shù)觸發(fā)形式，完成對接收組件輸出的高電平脈沖到ic輸出端的開關狀態(tài)變化。進而經(jīng)9013npn三極管放大，驅動繼電器完成開關動作原理圖中r6與c5的中點

21、接到兩只ic4個d觸發(fā)器的清零端，保證電路每次通電初始，繼電器不吸合，用電器不工作。本接收電路中用到2只cd4013（雙d觸發(fā)器），共4個d觸發(fā)器分別組成4個雙穩(wěn)態(tài)電路，手動控制時，按鍵k1、k2、k3、k4每按動一次，就向雙穩(wěn)態(tài)電路送入一個正脈沖，同樣可使雙穩(wěn)態(tài)電路翻轉，實現(xiàn)手控電器的開、關。ic1、ic1（cd4013）的4腳和10腳為清“0”端，外接電阻r5電容c5的作用是為了保證接收電路每次接通電源時雙穩(wěn)態(tài)電路處于清“0”狀態(tài)，繼電器不吸合，確保安全。 電源變壓器、橋式整流及濾波電容組成降壓整流濾波電路，為繼電器驅動電路等提供直流電源。該電源經(jīng)電阻限流降壓后又經(jīng)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后即可獲得

22、4.7v的直流電源，為ic1、ic2等提供工作電源。第4章 元器清單介紹4.1 cd4013cd4013由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構成。每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)、置位、復位、時鐘輸入和q及q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計算器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在d輸入端的邏輯電平傳送到q輸出端。置位和復位與時鐘無關，而分別由置位或復位線上的高電平完成。真值表功能：cl (note 1) d r s q q 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 x 0 0 q qx x 1 0 0 1 x x 0 1 1 0 x x 1 1 1 1 圖 4-1cd40

23、13真值表 圖4-2 cd4013引腳設電路初始狀態(tài)均在復位狀態(tài)，q1、q2端均為低電平。當fi信號輸入時，由于輸入端異或門的作用(附表是異或門邏輯功能表)，其輸出還受到觸發(fā)器ic2的q2端的反饋控制(非門f2是增加的一級延遲門，a點波形與q2相同)。在第1個fi時鐘脈沖的上升沿作用下，觸發(fā)器ic1、ic2均翻轉。由于q2端的反饋作用使得異或門輸出一個很窄的正脈沖，寬度由兩級d觸發(fā)器和反相門的延時決定。當?shù)?個fi脈沖下跳時，異或門輸出又立即上跳，使ic1觸發(fā)器再次翻轉，而ic2觸發(fā)器狀態(tài)不變。這樣在第1個輸入時鐘的半個周期內(nèi)促使ic1觸發(fā)器的時鐘脈沖端cl1有一個完整周期的輸入，但在以后的一

24、個輸入時鐘的作用下，由于ic2觸發(fā)器的q2端為高電平，ic1觸發(fā)器的時鐘輸入跟隨fi信號(反相或同相)。本來ic1觸發(fā)器輸入兩個完整的輸入脈沖便可輸出一個完整周期的脈沖，現(xiàn)在由于異或門及ic2觸發(fā)器q2端的反饋控制作用，在第1個fi脈沖的作用下得到一個周期的脈沖輸出，所以實現(xiàn)了每輸入一個半時鐘脈沖，在ic1觸發(fā)器的q1端取得一個完整周期的輸出。 圖4-3 cd4013邏輯圖 3.2橋式整流電路原理 圖4-4 橋式整流原理圖 橋式整流電路如圖1所示，圖中b為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓e1變成整流電路要求的交流電壓，rl是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管d1d4接成電橋的形式，故有

25、橋式整流電路之稱圖3-5 橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。在e2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管d1流向rl，再由二極管d3流回變壓器，所以d1、d3正向導通，d2、d4反偏截止。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖1（a）中虛線箭頭表示。在e2的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管d2流向rl，再由二極管d4流回變壓器，所以d1、d3反偏截止，d2、d4正向導通。電流流過rl時產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。其電流通路如圖1

26、（b）中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。圖3-6根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖2。由圖可見，通過負載rl的電流il以及電壓ul的波形都是單方向的全波脈動波形。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。

27、3.3橋式整流電容濾波原理電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 圖3-7當u2為正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uc時，二極管d1和d3管導通，d2和d4管截止，電流一路流經(jīng)負載電阻rl，另一路對電容c充電。當ucu2，導致d1和d3管反向偏置而截止，電容通過負載電阻rl放電，uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當u2為負半周幅值變化到恰好大于uc時，d2和d4因加正向電壓變?yōu)閷顟B(tài)，u2再次對c充電，uc上升到u2的峰值后又開始下降；下降到一定數(shù)值時d2和d4變?yōu)榻刂梗琧對rl放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時d1和d3變?yōu)閷?，重復上述過程。rl、c對充放電的影響 圖3-8

28、電容充電時間常數(shù)為rdc，因為二極管的rd很小，所以充電時間常數(shù)小，充電速度快；rlc為放電時間常數(shù)，因為rl較大，放電時間常數(shù)遠大于充電時間常數(shù)，因此，濾波效果取決于放電時間常數(shù)。電容c愈大，負載電阻rl愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。3.4電磁繼電器的工作原理和特性 3-9 電磁繼電器原理圖 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加

29、上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。3.5穩(wěn)壓器的工作原理所有的穩(wěn)壓器，都利用了相同的技術實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。輸出電壓通過連接到誤差放大器（error ampli

30、fier）反相輸入端（inverting input）的分壓電阻（resistive divider）采樣（sampled），誤差放大器的同相輸入端（non-inverting input）連接到一個參考電壓vref。 參考電壓由ic內(nèi)部的帶隙參考源(bandgap reference)產(chǎn)生。 誤差放大器總是試圖迫使其兩端輸入相等。為此，它提供負載電流以保證輸出電壓穩(wěn)定：vout = vref(1 + r1 / r2) 78l05系列集成穩(wěn)壓器的典型應用電路如下圖所示，這是一個輸出正5v直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。ic采用集成穩(wěn)壓器78l05，c1、c2分別為輸入端和輸出端濾波電容，r1為負載電阻

31、。當輸出電較大時，78l05應配上散熱板。 圖3-9 穩(wěn)壓器原理圖下圖為提高輸出電壓的應用電路。穩(wěn)壓二極管vd1串接在78l05穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓uo得到一定的提高，輸出電壓uo為78l05穩(wěn)壓器輸出電壓與穩(wěn)壓二極管vc1穩(wěn)壓值之和。vd2是輸出保護二極管，一旦輸出電壓低于vd1穩(wěn)壓值時，vd2導通，將輸出電流旁路，保護78l05穩(wěn)壓器輸出級不被損壞。 圖3-10下圖為輸出電壓可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的應用電路。由于r1、rp電阻網(wǎng)絡的作用，使得輸出電壓被提高，提高的幅度取決于rp與r1的比值。調(diào)節(jié)電位器rp，即可一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。當rp=0時，輸出電壓uo等于78l05穩(wěn)壓器輸

32、出電壓；當rp逐步增大時，uo也隨之逐步提高。下圖為擴大輸出電流的應用電路。vt2為外接擴流率管，vt1為推動管，二者為達林頓連接。r1為偏置電阻。該電路最大輸出電流取決于vt2的參數(shù)。3.6三極管結構 (1) npn型三極管結構。圖3-11所示是npn型三極管結構示意圖。三極管由三塊半導體構成，對于npn型三極管而言，由兩塊n型和一塊p型半導體組成，p型半導體在中間，兩塊n型半導體在兩側，這兩塊半導體所引出的電極名稱如圖3-11中所示。npn集電極發(fā)射極集電極與基極之間的pn結稱為集電結發(fā)射極與基級之間的pn結稱為發(fā)射結基極n型材料和p型材料交界處形成一個pn結圖3-11 在p型和n型半導體

33、的交界面處形成兩個pn結，這兩個pn結與前面介紹的二極管pn結具有相似的特性。 (2) pnp型三極管結構。圖3-12所示是pnp型三極管結構示意圖。它與npn型三極管基本相似，只是用了兩塊p型半導體、一塊n型半導體，也是形成兩個pn結，但極性不同。pnp集電極發(fā)射極集電極與基極之間的pn結稱為集電結發(fā)射極與基級之間的pn結稱為發(fā)射結基極n型材料和p型材料交界處形成一個pn結 圖3-12ibicie集電極與基極之間的電流關系ic=ib為三極管電流放大倍數(shù)。集電極是基極的電流的倍，三極管的放大倍數(shù)一般為幾十甚至更大。由此說明只要用很小的基極電流，就可以控制較大的集電極電流npn 圖3-133.6

34、.1三極管工作原理 三極管共有三個電極，各電極的電流分別是：基極電流，用ib表示；集電極電流，用如表示；發(fā)射極電流，用ie表示。各電極電流之間的關系說明是必須要掌握的知識。無論是npn型還是pnp型三極管，三個電極電流之間關系相同。 圖3-13和圖3-14所示是三極管各電極電流之間的關系。ibicie三個電極之間的電流關系ie=ic+ ib三個電極中，ie電流最大，ic其次，ib最小。ie和ic相差不大，但比ib大的多，因為一般為幾十甚至更大pnp 圖3-14 三極管具有電流放大作用，它是一個電流控制器件。所謂電流控制器件，是指它用很小的基極電流ib來控制比較大的集電極電流ic和發(fā)射極電流ie

35、,沒有ib,就沒有ic和ie。 在ic=ib中，為幾十甚至更大，只要有一個很小的輸入信號電流ib，就有一個很大的輸出信號電流ic出現(xiàn)。由此可見，三極管能夠對輸入電流進行放大。在各種放大器電路中，就是用三極管的這一特性來放大信號的。 在三極管電路中，三極管的輸出電流ic或ie是由直流電源提供的；基極電流ib則是一部分由所要放大的信號源電路提供，另一部分也是由直流電源提供的。 如果三極管沒有電流ib，三極管就處于截止狀態(tài)，直流電源就不會為三極管提供ic和ie(ic和ie都是由直流電源提供的，除了ie中很小的ib，因為它是基極輸入電流)。 基極電流ib由兩部分組成：直流電源提供的靜態(tài)偏置電流和由信號

36、源提供的信號電流。 由上述分析可知，三極管能將直流電源的電流按照輸入電流ib的要求（變化規(guī)律）轉換成相應的電流ic和ie。從這個角度上講，三極管是一個電流轉換器件。3.7電路的設計 pcb板圖（1） pcb 的布局設計在對 cd4013 的 pcb 進行設計時，首先要考慮元件擺放布局問題.要使射頻電路的輸入端遠離輸出端，將強電信號和弱電信號分開，將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開，完成同一功能的電路應盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號環(huán)路面積，各部分電路的濾波網(wǎng)絡要就近連接，這樣不僅可以減小輻射，還可以減少被干擾的幾率，提高電路的抗干擾能力。（2）pcb 板的布線設計在基本完成元器件的布局后

37、，就要開始布線了。所有走線應遠離pcb 板的邊框（2mm左右），以免pcb板制作時造成斷線或有斷線的隱患。電源線和地線要盡可能寬，這樣可以減少環(huán)路電阻，在板中電源線 50mil，地線50mil，普通線40mil；同時，電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蛞恢拢蕴岣呖垢蓴_能力；所布信號線應盡可能短，各元器件間的連線越短越好，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾；對于不相容的信號線應盡量相互遠離，而且盡量避免平行走線，在正反兩面的信號線應相互垂直；布線時在需要拐角的地方應以 135角為宜，避免拐直角；焊接天線的 pcb部分不要有地線，布線時與焊盤直接相連的線條不宜太寬，走線應盡量離開不相連的元器件；過

38、孔不宜太大且大小要一致，在板中過孔外徑大小為 2.5mm，內(nèi)徑為 0.816mm，過孔不宜在元器件上，且應盡量遠離不相連的元器件，以免在生產(chǎn)中出現(xiàn)虛焊、連焊、短路等現(xiàn)象。（3）電源電路的設計電源是各種電子設備不可缺少的組成部分，而便攜式電子產(chǎn)品多采用電池供電，為了使電路性能穩(wěn)定，往往還需要穩(wěn)定電源，尤其是像本文設計的無線遙控開關包含射頻電路時，其性能的優(yōu)劣直接關系到無線遙控開關的技術參數(shù)及能否安全可靠地工作。目前電源的種類繁多，不同的電源都有特定的使用場合。在無線遙控開關的電源設計中，主要考慮使用線性穩(wěn)壓電源和開關電源，并根據(jù)這兩種電源的特點設計了適合無線遙控開關的電源。線性穩(wěn)壓電源因其內(nèi)部調(diào)

39、整管工作在線性范圍而得名。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是外圍元件少、輸出噪聲小、靜態(tài)電流小，價格也便宜。其最主要缺點是由于輸入電壓與輸出電壓之間的電壓差（一般稱為壓差）大，造成調(diào)整管上的損耗大，轉換效率較低。開關電源是由于器件中有一個工作在開關狀態(tài)的晶體管（一般是mosfet），開關管工作于飽和導通及截止兩種狀態(tài)，所以開關管的管耗小并且與輸入電壓大小無關，效率較高（一般可達 80%95%）。開關電源主要指dc-dc 變換器，主要包括升壓式（voutvin）、降壓式（voutvin）三種類型。無線遙控開關需要使用電池供電，電源輸出電壓需要 3.3v，輸出電流需要達到100ma 以上，輸出電壓噪聲要小以保證

40、射頻電路穩(wěn)定工作。然后是電容和二極管的選擇，選擇濾波電容的主要依據(jù)是系統(tǒng)對電源紋波的要求，濾波電容的等效串電阻（esr）是造成輸出紋波的主要因素，而且也會影響到轉換效率，應選用低 esr 的電容。陶瓷電容和鉭電解電容具有較低的 esr，也可選用低 esr的鋁電解電容，但應盡量避免標準鋁電解電容。容量一般在 10100f，對于較重的負載應選取大一點的電容。較大容量的濾波電容有利于改善輸出紋波和瞬態(tài)響應。二極管的作用是當功率開關管關閉時，為電感電流提供一條直流通路，故該二極管有時稱續(xù)流二極管。續(xù)流二極管要求具有快的反應恢復時間和低的正向壓降，因為反應恢復時間的存在會引起噪聲，增加二極管本身和功率開

41、關的功耗。二極管正向壓降的大小直接影響二極管上的損耗的大小。經(jīng)過以上對電源輸出電壓的濾波處理后，電源輸出端的尖脈沖得到了很好的處理，將電源輸出端連接到芯片引腳供電端時再加上去耦和旁路電容，會得到更加平穩(wěn)的電源。第五章 硬件電路的焊接與調(diào)試5.1電路的焊接對于整個無線遙控開關系統(tǒng)的設計開發(fā)來說，系統(tǒng)的調(diào)試和性能測試是非常關鍵的，它關系著整個系統(tǒng)能否正常工作。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件兩個方面，調(diào)試過程是反復進行的，在調(diào)試過程中會遇到各種問題，根據(jù)這些問題需要對系統(tǒng)硬件和軟件設計進行修改，這樣邊調(diào)試邊修改最終達到預期的效果。無線遙控開關的硬件調(diào)試過程總體可以分為 3 個步驟： （1）在焊接器件之前，先

42、用萬用表等工具，根據(jù)硬件設計圖仔細檢查線路的正確性，元件安裝是否符合要求。特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯誤。 （2）器件焊接之后，重新檢查硬件連接情況，檢查是否存在錯焊、虛焊等情況，否則上電后出現(xiàn)短路情況將芯片燒壞。 （3）在硬件沒有問題的前提下就可以進行程序的調(diào)試了，調(diào)試時先部分調(diào)試再整體調(diào)試，直到程序正常運行。在焊接時特別要注意cd4013芯片的焊接，用烙鐵焊接時要注意對烙鐵的溫度和焊接時間的控制，否則會出現(xiàn) cd4013芯片損毀的情況。cd4013芯片的引腳間距非常小，這給焊接時帶來極大困難，極易造成虛焊現(xiàn)象，焊接后要對每個引腳仔細檢查。5.2安裝制作 1、清理元器件，

43、重點辯別認清電阻器阻值及相應代號，對電阻、電容、發(fā)光二極管、三極管、電源變壓器等要用萬用表一一檢測。 2、安裝時，電阻器、整流二極管采用臥式插裝，并近貼電路板；瓷介電容器、電解電容器、三極管等采用立式插裝，也要近貼電路板。發(fā)光二極管安裝時可不講極性，因為其供電電路為交流電源，其余有極性元件：如電解電容器、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、三極管、集成電路等必須按正確的極性插裝，否則電路不會正常工作。3、電源變壓器的初、次極必須分清接正確，初極（220v）線圈的直流電阻為幾百歐左右，而次極（13v）線圈的直流電阻是幾十歐。 4、220v的接線柱的兩腳彎90度后在覆銅面焊接固定。銅插件最好先上錫，再焊在電路

44、板上固定而成。 5、紅外線發(fā)射管和接收頭h焊接時注意極性，焊接時間不宜過長。 6、電路板上有4根跳線，需用鐵線搭接。7、焊完元器件后，在覆銅面剪掉多余元器件的引線,工具最好用斜口鉗，可防止因剪線而使覆銅皮損壞。 8、應從外殼上區(qū)分1n4148的普通二極管和4。7v的穩(wěn)壓二極管，外殼上標有“4。7v”的是穩(wěn)壓二極管，表有“1n4148”的是普通二極管。5.3調(diào)試 1、焊接完后，請認真對照電路原理圖、安裝圖檢查電路板上有無漏焊、錯焊、短路、斷路等錯誤現(xiàn)象，確認無誤后才能通電。2、通電后，4個發(fā)光二極管都應點亮，分別用手控方式按動k1、k2、k3、k4，應能聽到繼電器j1、j2、j3、j4的吸合聲和

45、釋放聲。如果都沒有，則應檢查電源供電電路中的vd1vd4及穩(wěn)壓管等元器件有無錯焊；如果有某一路或幾路沒有反應，則應檢查相應的繼電器驅動控制電路及相應的雙穩(wěn)態(tài)電路有無輸入和輸出。第六章 結論在本次畢業(yè)設計課題的研究中,我大有收獲。首先在選擇畢業(yè)設計課題時，我本著鞏固所學理論知識，加強實際動手能力，增加對現(xiàn)代科技特別是通信方面的了解，圓滿完成大學本科學業(yè)的想法，選了多路無線遙控開關的設計這一實際而又有挑戰(zhàn)性的課題。經(jīng)過三年學習的積累，在已經(jīng)掌握相關專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下，我認真嚴肅的完成了我的畢業(yè)設計。這次畢業(yè)設計歷時至少3個月，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學習，再有就是近來的調(diào)試和測試過程，這一切都使我的理論知識和動手能力得到很大的加強，可