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红外遥控报警器课程设计报告.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.06M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    设计任务
    本文的设计任务如下：
    第一章 电路设计方案与选型
    方案一：利用热释电红外探头接收红外信号。
    方案二：利用红外光敏二极管接收红外信号。
    第二章 系统设计要求
    2.1 红外遥控报警器发射电路
    2.2 红外遥控报警器接收电路
    2.3功能组成框图
    第三章 系统原理及电路设计
    （一）多谐振荡电路
    3.11 多谐振荡器概述
    3.12 用555定时器构成的多谐振荡器
    3.13 工作原理:
    （二）红外接收解调电路
    3.14 解调电路概述
    3.15 用LM567锁相环构成解调电路
    3.16 工作原理
    （三）红外发射电路
    3.17 工作原理
    3.18红外发射部分设计电路图
    （四） 红外接收电路
    3.19工作原理
    3.20 红外接收部分设计电路图
    第四章 系统元件选择和参数计算
    4.1 红外发射电路
    4.2 红外接收电路
    第五章 系统调试和结果
    5.1软件调试与仿真
    5.2实物制作
    5.3实测波形
    第六章 结论
    参考文献
    XX 科技大学 课程设计报告 课程设计名称： 函数信号发生器 学 院 名 称： 电子 XXX 学 生 姓 名： XXX 学 号： 指 导 教 师： XXX 课程设计时间： 波形发生器设计 1
    摘要 在我们生活所接触到的电器设备当中，有不少的设备需要正常工作时，常常需要各种 波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波等。在电器设备 中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。这种能够产生多种波形，如三角波、 矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 本报告讲述了利用 NE555 芯片设计制作波形发生器。要求能产生方波、三角波、 正弦波信号。根据要求，波形发生器应有三部分组成，即方波发生电路，三角波发生 电路电路，三角波发生电路。其中，波发生电路由自激多谐振荡器生成信号，通过幅 值控制和功率放大电路输出足够大的峰值。 关键字:红外光、信号放大、多谐振荡、调制脉冲、报警信号 2
    设计一个函数发生器，能产生方波、三角波、正弦波信号 （1）输出频率范围：100Hz～1KHz、1KHz～10KHz （2）输出电压峰-峰值:方波 12V；三角波 6V；正弦波 1V。 设计任务 本文的设计任务如下： 设计一个函数发生器， 1 能产生方波、三角波、正弦波信号 2 输出频率范围：100Hz～1KHz、1KHz～10KHz。 3 输出电压峰-峰值:方波 12V；三角波 6V；正弦波 1V。 设计思路： 本报告讲述了利用 NE555 芯片设计制作波形发生器。要求能产生方波、三角波、 正弦波信号。根据要求，波形发生器应有三部分组成，即方波发生电路，三角波发生 电路电路，三角波发生电路。其中，波发生电路由自激多谐振荡器生成信号，通过幅 值控制和功率放大电路输出足够大的峰值。 2.1 系统功能分析 本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率，信号种类以及信号强度的 控制，在设计的过程中，我综合考虑了一下三种方案： 2.2 方案选型 方案一，采用 8051 或 FPGA 等处理器做函数信号发生器的控制器，通过 DDS 算法来控 制模数转换(DA)模块，实现同时产生方波、三角波、正弦波。根据我之前的实践设计， 该方案可以通过数控调节来很好的选择所需要的频率信号，抑制杂散信号分量，并且 3
    避免了使用多个滤波器，有利于集成化。但设计电路结构比较复杂，成本高，同时还 需要接后级的功率放大电路来调节信号幅值。硬件性能远远大于任务需求。 方案二： 采用 ICL8038 集成函数信号发生器芯片外加电阻，电容元件，构成波形发生电路，ICL8038 集成函数信号 发生器芯片是一种多用途的波形发生器芯片，它可以用来产生正弦波，方波，三角波和锯齿波。它的振荡 频率可以通过外加的直流电压进行调节，是一种压控集成函数信号发生器。虽然 ICL8038 集成函数信号发 生器的功能强大，但是它的价格昂贵，而且市面上也较难买到，如果用 ICL8038 芯片来制作简易波形发生 器系统，则会大大增加系统的制作成本。 方案三： 第一章 电路设计方案与选型 满足红外接收电路需求的设计有两个可行性的参考方案： 方案一：利用热释电红外探头接收红外信号。 方案二：利用红外光敏二极管接收红外信号。 比较论证： 方案一中的热释电红外探头是一种基于红外热辐射原理制成的通过检测红外线 来探测人或物体的探测器，广泛地用于辐射和非接触式温度测量、红外光谱测量、激 光参数测量、工业自动控制、空间技术、红外摄像中。同时，热释电红外探头对红外 线非常敏感，可以长距离接收到微弱的红外信号，对长距离接收红外信号具有非常高 的灵敏度，但由于热释电红外探头对红外线非常敏感，会在实际应用中引入比较多的 杂波干扰，将对后级调制信号的电路产生非常大的影响。需要采用高精密的电路进行 信号调制，即增加了电路设计成本，也大大增加了信号调制的难度。 方案二中采用红外光敏二极管，其具有将接收到的红外线转化为电信号的特点， 虽然转化的电信号比较微弱，但是可以经过放大器电路，将接收到的微弱信号进行放 大，将放大后的信号进行频率带通过滤，将特定的信号频率从杂波中调制出来。在该 4
    方案中，红外发射电路发出 30KHz 的红外光，接收电路的红外光敏二极管接收到光 信号之后转变成 30KHz 的交流信号，经过三极管级联放大器进行信号放大，得出 30KHz 的频率接入到频率调制电路，最终根据调制电路的信号输出特性，对后级 800Hz 的驱动电路进行控制。最后将 800Hz 的信号通过开关三极管对蜂鸣器进行控 制。 通过两种方案的比较，明显方案二更胜一筹，所以本设计选用方案二。 第二章 系统设计要求 2.1 红外遥控报警器发射电路 ①由 NE555 自激多谐振荡器电路产生频率为 30Khz 的方波。 ②由三极管作开关电路驱动红外发射管。 2.2 红外遥控报警器接收电路 ①红外信号转换成电信号。 ②将信号进行放大处理。 ③对放大后的信号进行调制。 ④控制 NE555 自激多谐振荡器产生频率为 800Hz 的方波信号 ⑤由三极管驱动蜂鸣器进行报警 2.3 功能组成框图 5
    （a）红外信号外射电路框图 （b）红外信号接收电路框图 第三章 系统原理及电路设计 （一）多谐振荡电路 3.11 多谐振荡器概述 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指 矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有 两个暂态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩 形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。 3.12 用 555 定时器构成的多谐振荡器 6
    图 3.1 多谐振荡器的电路形式 用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图 3.1 所示：图中电容 C、电阻 R1 和 R2 作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端 (2 脚)和阀值输入端(6 脚)与电容相连；集电极开路输出端(7 脚)接 R1、R2 相连处，用 以控制电容 C 的充、放电；外界控制输入端(5 脚)通过 0.01uF 电容接地。 3.13 工作原理: 图 3.13 多谐振荡器的工作波形 多谐振荡器的工作波形如图 3.13 所示：电路接通电源的瞬间，由于电容 C 来不 急充电，Vc=0V，所以定时器状态为 1，输出 Vo 为高电平。同时，集电极输出端(7 脚)对地断开，电源 Vcc 对电容 C 充电，电路进入暂稳态 I,此后，电路周而复始地产 生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于 RC 充、放电回路的 参数。暂稳态 I 的维持时间，即输出 Vo 的正向脉冲宽度 T1≈0.7(R1+R2)C;暂稳态Ⅱ 的维持时间，即输出 Vo 的负向脉冲宽度 T2≈0.7R2C。 因此，振荡周期 T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率 f=1/T。正向脉冲宽度 T1 与 振荡周期 T 之比称矩形波的占空比 D，由上述条件可得 D=(R1+R2)/(R1+2R2),若使 R2>>R1，则 D≈1/2,即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波(方波)。 由于 NE555 芯片具有稳定自激作用，可以产生稳定的脉冲波，可以较好的满足 本课程设计的要求，在发射电路中作为二极管的发射启动器、在接收电路中为蜂鸣器 提供电压源都是较好的选择。并且 NE555 芯片的造价很低，在实际应用中被普遍使 用，所以使用 NE555 芯片作为本次设计的主要芯片。 （二）红外接收解调电路 3.14 解调电路概述 解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。调幅 波的解调也称为检波，而完成调幅波解调作用的电路称为检波器。 7
    3.15 用 LM567 锁相环构成解调电路 图 3.15 为红外接收解调控制电路。图中，IC1 是 LM567。LM567 是一片锁相环 电路，采用 8 脚双列直插塑封。其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器 的中心频率 f2，f2≈1/1.1RC。其①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波 网络和环路单级低通滤波网络。②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大， 环路带宽越窄。①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的 2 倍。③脚是输入端，要求 输入信号≥25mV。⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大 灌电流为 100mA。LM567 的工作电压为 4.75～9V，工作频率从直流到 500kHz，静 态工作电流约 8mA。LM567 的内部电路及详细工作过程非常复杂。 图 3.15 红外接收解调控制电路 3.16 工作原理 这里仅将其基本功能概述如下：当 LM567 的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带 宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号； 如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波 信号。在图 3.15 的电路中我们仅利用了 LM567 接收到相同频率的载波信号后⑧脚电 压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。 弄清了 LM567 的基本工作原理和功能后，再来分析图 4 电路便非常简单了。 IC1 是红外接收头，它接收发射器发出的红外信号，其中心频率与发射器载波频率 f0 相同，经 IC1 解调后，在输出端 OUT 输出频率为 f1 的方波信号，也就是与图 1 中 A 点波形相同的信号。我们将 LM567 的中心频率调到与发射器中“与非”门 1、2 振荡频 率相同，即使 f2= f1。则当发射器发射信号时，LM567 便开始工作，⑧脚由高电平变 为低电平，利用这个变化的电平便可去控制各种对象。 （三）红外发射电路 3.17 工作原理 本部分电路工作原理如下：直流稳压电源给 NE555 芯片供电使 555 产生自激信 8
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