红外遥控电动窗帘.docx
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红外遥控电动窗帘.docx
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红外遥控电动窗帘
摘要
本设计是从实际应用角度出发,针对当前市场上流行的各种窗帘产品的应用领域而设计制作的红外遥控电动窗帘。
它设计简单,价格低廉,美观大方,实用性强,可广泛用于影剧院、歌舞厅、酒楼,普通住宅、公寓、别墅,宾馆饭店、写字楼、会议厅等。
本红外遥控电动窗帘根据设计要求,硬件部分主要采用由2片时基电路组成的红外发射电路和采用红外接收头、锁相环技术、继电器等组成的红外接收电路。
此系统不仅能够实现电机正转使窗帘徐徐开启和反转使窗帘闭合,同时还能避免继电器同时吸合造成短路,实现两路互锁,具有限位保护功能。
由于采用了接收头、锁相环电路,本电路接收灵敏,抗干扰性极强。
关键词红外发射接收;电机正反转;互锁;锁相环
Abstract
Thisdesignfromactualapplicationtheanglesetoutandaimatcurrentonthemarketpopularofvariouscurtainproductofapplicationrealmbutdesigncreationofredoutsidecontrolfromadistancedynamoelectriccurtain.Itsdesignissimple,thepricebecheap,beautygenerous,thefunctionbestrong,canextensiveusedforshadowtheater,songanddancehall,wineshop,commonresidence,apartment,villa,guesthousehotel,officebuilding,conventionalcenteretc..
Originredoutsidecontrolfromadistanceadynamoelectriccurtainaccordingtodesignrequest,hardwarepartmainadoptionfrom2slicetheJielectriccircuitconstituteofredoutsideshootelectriccircuitandadoptionredcircumscribetoacceptahead,lockmutuallywreathtechnique,constituteafterelectricappliances'etc.ofredcircumscribetoacceptelectriccircuit.Thissystemnotonlycanrealizationtheelectricalengineeringbeturntomakeacurtaintoslowlyopenwithturnovermakethecurtainshuttomatch,inthemeantimereturnabilityavoidabsorbingtomatchtoresultininthemeantimeaftertheelectricappliancesshortcircuit,realizationtworoadwitheachotherlock,havefunctiononlyfor.Becauseadoptionreceiveahead,lockmutuallywreathelectriccircuit,thiselectriccircuitreceiveintelligent,theanti-interferencebeverystrong.
Keyworldsredoutsideshoottoreceive;Theelectricalengineeringispositiveandnegativetoturn;Witheachotherlock;Lockmutuallywreath
目录
摘要I
AbstractII
目录III
第1章 绪论1
1.1 立题目的和意义1
1.2 课题要求及技术指标2
1.2.1 课题要求2
1.2.2 技术指标2
1.3 本章小结2
第2章 课题方案设计3
2.1 方案一的设计3
2.2 方案二的设计4
2.3 本章小结5
第3章 电路设计6
3.1 单元电路设计6
3.1.1 频率发生电路6
3.1.2 单片音调解码器集成电路9
3.1.3 电源电路9
3.1.4 驱动电路10
3.1.5 稳压电路10
3.2 电路中各芯片的工作原理10
3.2.1 时基电路NE55510
3.2.2 CD4013功能13
3.2.3 LM56714
3.3 工作原理15
3.3.1 红外线发射与接收15
3.3.2 整机的工作原理17
3.4 本章小结20
第4章 元器件的检测及电路的调试21
4.1 元器件的检测21
4.1.1 电阻的检测21
4.1.2 电容的检测21
4.1.3 二极管的测量22
4.1.4 三极管的检测22
4.2 电路的安装与调试23
4.2.1 安装23
4.2.2 调试23
4.3 本章小结25
结 论26
致 谢27
参考文献28
附录1 中文译文29
附录2 英文文献32
附录3 元件列表37
附录4 PCB图38
第1章 绪论
二十一世纪是科学技术高速发展的时代,是电子信息突飞猛进发展的时代,是充满竞争与挑战的时代。
人类逐渐告别了古老的通讯方式,正以前所未有的惊人的速度进入这个全速发展的现代社会,并由此带来了科研和生产的质的飞跃。
科学的发展离不开各个学科的有机结合,计算机,通信以及当今其它新技术的发展与应用,均与高频电子技术,数字电子技术,模拟电子技术和电路理论基础密切相关。
开发研制的产品,不论大,小都对人们的生产和生活有着密切的关系。
目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机,自动控制,电子测量仪表,电视,雷达,通信等各个领域。
例如在现代测量技术中,数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高,功能高,而且容易实现测量的自动化和智能化。
随着集成技术的发展,尤其是中,大规模和超大规模集成电路的发展,数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门,并将产生越来越深刻的影响。
随着现代社会的电子科技的迅速发展,要求我们要理论联系实际,数字电子逻辑毕业设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。
历史潮流的不断涌动,电子科学技术的不断发展,越来越多的电子产品应用在我们的日常生活中。
1.1 立题目的和意义
随着科学技术的发展,城市化进程的加快,人们生活水平的不断提高,人们的住房面积逐步增大,现在部分家庭又将室内装修和现代智能控制作为一种室内装修的新时尚。
而以往手动窗帘设施难免给人们增添这样那样的麻烦和带来诸多的不便,本文现介绍一种家用红外遥控电动窗帘机。
本机不仅结束了人们手拉(扯)窗帘的历史,而且实现了窗帘的全遥控化,极大地改善和方便了您的居家生活或办公条件,是人们生活质量的一次革命与飞跃。
本机特点:
性能优越、结构新颖、制造精良、方便耐用、经济实惠,是现代都市生活的最佳选择。
1.2 课题要求及技术指标
1.2.1 课题要求
毕业设计是对大学四年所学知识的一次综合考核,它可以全方面考察学生的个人能力。
在设计中,要运用到数电、模电、高频、单片机等多门知识,要应用到各种分立和集成的电子元器件,要考虑电路的整体设计,要将初步设计出来的电路进行组装和调试等。
1.2.2 技术指标
(1)直流9V电源供电;
(2)红外遥控距离3米;
(3)具有限位保护功能;
(4)实现电机正、反转;
1.3 本章小结
本章主要是介绍设计的背景,现代化的发展使人们的生活水平不断提高,所以本设计的实现有利于人们的生活。
介绍了立题的目的和意义以及课题要求和实现的技术指标等
第2章 课题方案设计
在确定电路的4项技术指标后,我查询了许多的技术资料,并且从中借鉴出了两种设计方案。
其中这两种方案都是在以往的学习过程中所学到的并能熟练掌握的知识。
2.1 方案一的设计
鉴于许多电子书籍杂志当中的介绍,并且与实际电路进行比较,我寻找到一套设计方案,以下是方案一的详细介绍。
多功能红外线遥控全自动窗帘机
本机特点:
革新性——为适应高性能、多功能化居家生活的需要,LH998——B多功能型窗帘机具有卓越的全自动化微电脑控制系统,简单到只需按动一个按键即可随意启动窗帘开、关,停(含自停),还可以分别遥控三路普通的家用电器,而且家用电器无需任何改造,只需将电源接入本机即可。
稳定性——本机独具匠心地采用国内外先进的交直流伺服无声电机技术和高级尼轮轴承件作用铝合金导轨,进行平滑运动,实现正、反转齿轮调速,同时整体化和无摩损,开、关、停、自停灵敏性强,万次运转实验正常。
结构新颖——本机将中央控制处理器、高阻抗、无声电机、锌处理平滑式铝合金导轨等主要部件进行集中隐萨型设计,即实现了本机豪华新颖的一体化结构,还可满足于各规格(长度)室内门窗的安装与布置,而且安装,移装极为简单、便捷。
方便耐用——本机采用别具一格的多功能遥控发射与接收装置,遥控范围大,方向性好,接收距离长,且窗机转与各路家电控制互不干扰,直可谓得心应手,挥洒自如,老少皆宜。
同时,精湛的工艺和整体化设计以及铝合金的合理选材使本机豪华大方,更体现其经久耐用一劳永逸之特点。
由于本机科技含量高,功能齐备,操作简单,方便耐用,美观大方,价格适中,因而能广泛使用于普通家庭、别墅、宾馆、写字楼、会议厅。
产品特点:
独特的编码解码人工智能设计,不同的按钮代表不同的指令,产生不同的动作。
只需轻轻一按,便可遥控窗帘、窗纱的开合,到位自动停止,也可以在任意位置停止。
多功能型遥控所有的家用电器,用电器本身无需任何改造。
柔性运行,无噪音,超静音的设计。
永不卡轨,质量一流。
规格多样,色泽多种,可适用不同的环境选用。
技术指标:
红外线遥控距离:
8米以内
导轨长度:
1.5米-12米
电动导轨数:
单轨,双轨
遥控家用电器:
3台
每路可遥控控制功率:
100W
电源电压:
220V±20V
电动开窗合帘速度:
0.1-0.3米/秒
承重量:
1.5kg-12kg
摘要:
一种全自动红外遥控窗帘装置,其执行机构主要包括窗帘轨、滑轮、传动装置,其控制部分主要包括:
红外线发射器、红外线接收器,其特征在于:
(a)执行机构中包括一直流电机;(b)红外线发射器由振荡器、功率放大器、红外线发射管及电池组成,其中振荡器的输出端连接在功率放大器的输入端,红外线发射管连接在功率放大器的输出端;(c)红外线接收器由红外线接收器件、谐振器、功率放大器、二个鉴频器和一换向电路组成,其中二鉴频器的输出端与换向电路相连接,上述换向电路包括多个继电器及电机换向桥,并与执行机构中的直流电机连接。
2.2 方案二的设计
红外遥控电动窗帘主要由发射部分和接收部分组成。
其中,发射部分主要有2片时基电路,红外发射管等组成;接收部分主要由红外接收头、锁相环电路、稳压电路、驱动电路等组成。
利用方案二不仅能够实现电路所要达到的技术指标,而且与方案一相比较,在电路的制作上面所需要花费的时间和精力不是很多,并且在经济上的付出也不需要很多。
方案一需要大量的时间,由于我们的时间有限,经济有限,最终我没有选择方案一。
因为方案一的设计和调试难度都比方案二大,相对于各项指标要求也相应的加大了。
对于这些,我期待着去挑战,但不是现在,因为现在我需要的是在规定的时间里做完设计并且找到一份好工作。
但方案二的可行性是不可置疑的,它的功能实现不比方案一差,而且非常简单,成本低廉,适合大多数人们的生活。
如图2-2-1所示为该方案的电路框图。
图2-2-1电路基本框图
2.3 本章小结
本章主要是方案的选择,对二种方案进行全面比较,通过对技术指标、经济条件和自身能力等综合考虑,选出最佳方案并确定方案。
明确设计思路,画出了方案简单原理框图。
第3章 电路设计
在这一章中,将对电路所采用的芯片进行简单的介绍,对其工作条件和各种指标进行深入的介绍,并叙述电路的整机原理。
3.1 单元电路设计
3.1.1 频率发生电路
555定时器是一种中规模集成电路,只要在外部配上适当阻容元件,就可以方便地构成脉冲产生和整形电路,在工业控制、定时、仿真、电子乐器及报警等方面应用广泛。
本设计中将采用555作为频率的发生电路。
3.1.1.1 555定时器组成多谐振荡器工作原理
电路组成图3-1-1所示是用555定时器构成的多谐振荡器。
R1、R2、C是外接定时元件,定时器TH(6)、
(2)端连接起来接Uc,晶体三极管集电极(7)接到R1、R2的连接点P。
图3-1-1
3.1.1.2 工作原理
接通电源前电容C上无电荷,所以接通电源瞬间,C来不及充电,故uc=0,比较器C1输出为1,C2输出为0,基本RS触发器Q=1,
=0,uo=Uoh,TD截止。
暂稳态Ⅰ
Q=1,
=0,uo=Uoh,TD截止是电路的一种暂稳状态,因为在这种状态下,有一个电容C充电,uc缓慢升高的渐变过程在进行着,充电回路是Vcc→R1,R2→C→地,时间常数t1=(R1+R2)×C
自动翻转Ⅰ
当电容C充电,uc上升到2/3Vcc时,比较器C1输出跳变为0,基本RS触发器立即翻转到0状态,Q=0,
=1,uo=Uol,TD饱和导通。
暂稳态Ⅱ
Q=0,
=1,uo=Uol,TD饱和导通,是电路的另一种暂稳状态,因为在这种状态下,同样有一个电容C放电,uc缓慢下降的渐变过程在进行着,放电回路是C→R2→TD→地,时间常数是t2=R2×C
自动翻转Ⅱ
当电容C放电,uc下降到Vcc/3时,比较器C2输出跳变为0,基本RS触发器立即翻转到Ⅰ状态,Q=1,
=0,uo=Uoh,TD截止,即暂稳态Ⅰ。
在暂稳态Ⅰ,电容C又充电,uc再上升……,不难理解,接通电源之后,电路就在这两个暂稳态之间来回翻转──振荡,于是在输出端就产生了矩形脉冲。
电路的工作波形见图3-1-2所示。
图3-1-2工作波形
3.1.1.3 振荡频率的估算
由工作原理分析知道,电路稳定工作之后,电容C充电和放电的过渡过程总是周而复始进行的。
(1)电容C充电时,时间常数
=(RA+RB)·C,起始值Uc(0+)=Vcc/3,终了值Uc(∞)=Vcc、转换值Uc(tw1)=2Vcc/3,代入RC过度过程计算公式进行计算:
tw1=
㏑[Uc(∞)-Uc(0+)]/[Uc(∞)-Uc(tw1)]
=
㏑[Vcc-Vcc/3]/[Vcc-2Vcc/3]=
㏑2
=0.7(RA+RB)·C公式3-1-1
(2)电容C放电时间即暂稳态Ⅱ维持时间tw2估算
电容放电时,时间常数
=RB·C,起始值Uc(0+)=2Vcc/3,终了值Uc(∞)=0,转换值Uc(tw2)=Vcc/3,代入RC过度过程计算公式进行计算:
tw2=
㏑[Uc(∞)-Uc(0+)]/[Uc(∞)-Uc(tw2)]
=
㏑[0-2Vcc/3]/[0-Vcc/3]
=
㏑2=0.7RBC公式3-1-2
(3)电路振荡频率f
振荡周期T:
T=tw1+tw2=0.7(RA+RB)·C+0.7RB·C
=0.7(RA+2RB)C公式3-1-3
振荡频率f:
f=1/T=1/[0.7(RA+2RB)C]≈1.43/[(RA+2RB)C]
(4)占空比q
定义:
q=tw1/T,脉冲宽度与重复周期之比,称为占空比。
q=tw1/T=[0.7(RA+RB)C]/[0.7(RA+2RB)C]
=[RA+RB]/[RA+2RB]公式3-1-4
3.1.2 单片音调解码器集成电路
此音调解码块包含一个稳定的锁相环路和一个晶体管开关,当在此集成块的输入端加上所先定的音频时,即可产生一个接地方波。
此音调解码器可以解码各种频率的音调。
3.1.2.1 内部结构
LM567由相位比较器、压控振荡器、正交相位检波器、逻辑输出放大器等几部分构成。
如图3-1-3所示为LM567内部结构原理。
图3-1-3 LM567内部结构原理图
3.1.2.2主要参数
·中心频率调节从0.01Hz到500kHz
·电源电压5V--15V,推荐使用8V
·静态工作电流8mA。
·最高工作频率500KHz。
·8脚最大吸收电流l00mA。
3.1.3 电源电路
220V电压经过9V变压器变压后,通过整流桥和稳压管加到电源正极,给整机电路提供稳定的直流电压。
3.1.4 驱动电路
由红外发射电路发出红外线信号经过选频、解码后,送至驱动电路,从而控制继电器工作,继电器又来控制电机正转(窗帘开启)和反转(窗帘闭合)。
3.1.5 稳压电路
本设计所用到的是三端集成稳压器7809,采用它基本上不需要外接元件,而且内部有限流保护和过压保护电路,其电路组成如图3-1-4所示。
图 3-1-4稳压器内部结构组成
3.2 电路中各芯片的工作原理
3.2.1 时基电路NE555
3.2.1.1基本功能
表3-2-1所示是555定时器的功能表,它全面地表示了555的基本功能。
UTHU
UOTD的状态
×× 0UOL导通
>2VCC/3 >VCC/31UOL导通
<2VCC/3>VCC/31不变 不变
× 〈VCC/31UOH截止
表3-2-1 555功能表
=0时,
=1,输出电压UO=UOL为低电平,TD饱和导通.
=1时、UTH>2VCC/3、U
>VCC/3时,C1输出低电平、C2输出高电平,
=1、Q=0,UO=UoL、TD饱和导通.
=1时、UTH<2VCC/3、U
>VCC/3时,C1C2输出均为高电平,基本RS触发器保持原来状态不变,因此UO、TD也保持原来状态不变。
=1时、UTH<2VCC/3、U
〈VCC/3时,C1输出高电平,C2输出低电平,
=0、Q=1,UO=UoH、TD截止。
3.2.1.2 555的内部结构
图3-2-1 555内部结构图
(1)基本RS触发器
由两个与非门组成,
是专门设置的可以从外部进行置0的复位端,当
=0时,使Q=0、
=1。
(2)比较器
C1、C2是两个电压比较器。
比较器有两个输入端,分别标有+号-号,如果用U+和U_表示相应输入端上所加的电压,则当U+>U_时其输出为高电平U+ (3)分压器 三个阻值均为5kΩ的电阻串联起来构成分压器(555也因此而得名),为比较器C1和C2提供参考电压,C1之+端U+=2Vcc/3、C2之-端U_=Vcc/3。 如果在电压控制端CO另加控制电压,则可改变C1、C2的参考电压。 工作中不使用CO端时,一般都通过一个0.01µF的电容接地,以防止旁路高频干扰。 (4)晶体管开关和输出缓冲器 晶体管TD构成开关,其状态受 端控制,当 为0时TD截止、为1时TD导通。 输出缓冲器就是接在输出端的反向器G3,其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。 综上所述可知,555定时器不仅提供了一个复位电平为2VCC/3、置位电平为Vcc/3,且可通过 端直接从外部进行置0的基本RS触发器,而且还给出了一个状态受该触发器 端控制的晶体管开关,因此使用起来极为灵活。 3.2.1.3 555引脚图及引脚功能 图3-2-2 引脚图 脚号脚名功能 1GND地 2Trigger触发 3Output输出 4Reset复位 5ControlVoltage控制电压 6Threshold阈值 7Discharge放电端 8Vcc电源 3.2.2 CD4013功能 3.2.2.1 双D触发器CD4013基本描述 宽的输入电压范围3V~5V,高的抗扰度0.45VDD(typ.)CD4013内部包括两个独立的D触发器。 每一个触发器都有独立的输入信号: 数据(Data)、设置(Set)、复位(Reset)、时钟(Clock),及输出信号: Q、Q。 它们可以作为移位寄存器。 如果连接Q和Data引脚,它们也可以当作计数器或触发器使用。 随着正极性时钟信号输入,在输入端D的逻辑状态就传到Q端。 Set、Reset和时钟信号(Clock)完全分离的,其高电平有效。 3.2.2.2 特性描述及引脚图 带Set、Reset功能 中等工作频率: 当额定电压10V时,可高达16MHz时钟信号触发 标准化的对称输出特性 宽工作电压范围: 3V—15V 在18V时,最大输入电流1uA 引脚分布如图3-2-3所示 图3-2-3引脚图 3.2.2.3 引脚描述 名称功能 _ D数据输入 Qn,Qn数据输出 CP时钟输入 CD复位 S置位 VDD电源电压 VSS负电源电压 3.2.3 LM567 由于本设计中没有购买到NE567芯片,所以用LM567代替,以下是对LM567的介绍。 集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种,其同类产品还有美国Signetics公司的SE567/INE567等。 LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器,由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。 3.2.3.1 基本应用 (1) LM567选频电路 5、6脚外接定时电阻及电容决定锁相环内部压控振荡器的中心频率(fo=1/1.1RC)。 第2脚对地接电容C2为相位比较器输出的低通滤波器。 第2脚所接电容C2对锁相环的捕捉带宽Bw有影响。 第1脚对地接一电容C1为正交相位检波器的输出滤波,其电容值应不小于2脚所接电容约两倍,即Cl大于、等于2C2。 第3脚为信号输入端,要求输入信号的幅度大于25mV,最佳值为200mV左右。 当LM567的输入信号的频率落在其内部压控振荡器中心频率fo附近时,逻辑输出端(8脚)将由原高电平变为低电平,输出一个负脉冲。 8脚不仅可以实现选频,而且还有负脉冲形成功能。 改变Rp可改变选频频率。 由于8脚为集电极开路输出,故实际应用时,其8脚应接一上拉电阻至电源正极Vdd。 (2) LM567调制电路 如果在LM567的2脚(实际上是内部压控振荡器的控制端)加入音频信号,则它将使压控振荡器的5脚输出受2脚信号调制的调频信号。 利用这一功能可以实现对信号的频率调制。 调频信号的中心频率fo是由5脚、6脚的外接阻容元件确定的。 如图3-2-4所示。 图3-2-4调制与解调电路 (3) LM567解调电路 如果在3脚输入由音频信号调制的调频信号,且调频信号的中心频率fo与LM567内部压
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