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毕业论文：红外线发射与接收系统设计1 继续教育学院吴家湾校区 毕业设计论文 题目 红外线发射与接收系统设计 专业班级 电子信息工程2班 姓名 李大波 指导教师姓名、职称 戴璐平中级 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 3 月 20 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。 关键词红外发射 红外接收 编码调制 解码电路 电路焊接 4 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 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 键盘及其代码编码脉冲调制振荡红外发射红外接收解码译码控制1控制4键盘及其代码键盘及其代码编码编码脉冲调制振荡脉冲调制振荡红外发射红外发射红外接收红外接收解码解码译码译码控制1控制1控制4控制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 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通过。在供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 10 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。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.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2007177-187 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 GND122OUT3445566VCC87755512KR31KR61KR5Q12N3906Q22N3906D1LED1D2LED10.1KR100.1KR111KR11KR412KR812KR7123P1Header 3D3LED31234P2Header 41KR2D4D5100pFC2Cap100pFC3CapVCC0.1KR9GNDGNDVCCGND100pFC4CapGNDVCCD7LED10.1KR12 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 equ 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 call 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 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 bcf 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 红外输出 OFF goto chkdone detectd bsf PORTB,0 nop chkdone call delay8u nop nop nop nop return ;= chkIR clrf n