1、毕 业 设 计 论 文 题目： 短程无线遥控开关的设计与制作 学 生 姓 名： 李义 学号：090108031114 学 部 （系）：信息学部（控制科学与技术系）专 业 年 级： 自动化 093 指 导 教 师： 何兆湘 职称或学位：副教授2013 年 5 月 27 日华中科技大学文华学院毕业设计（论文）I目 录摘 要IIAbstractIII前 言IV1、电路的设计与研究11.1 设计思路11.1.1 整体思路11.1.2 发射与接收模块思路11.2 电路图的设计21.2.1 电路总体设计和分析21.2.2 发射电路设计31.2.3 接收电路设计41.2.4 PCB 设计的一些原则42、电路
2、的原理与分析52.1 发射原理52.2 接收原理62.3 重要元件 CD4069、音乐片 CL9300 的介绍与应用73、电路的实现与测试83.1 元器件的选用83.1.1 总体选择83.1.2 电阻的选择93.1.3 电容器的选择93.1.4 电感器的选择93.1.5 三极管的选择103.2 实现方案103.3 元器件焊接与安装103.4 焊接组装注意事项113.5 电路调整123.5.1 发射调整123.5.2 接收调整123.5.3 调试的问题与解决方法133.6 成果分析与总结13结束语15参考文献16致 谢17华中科技大学文华学院毕业设计（论文）II短程无线遥控开关的设计摘 要本文主
3、要设计和研究了短程无线遥控开关的基本原理和实现方式，通过选取无线遥控门铃这样一个单独的普遍的电路例子，来讲述短程无线遥控开关是通过怎样一个电路来工作的，以及它的普遍原理、结构等，并且选用集成电路、编解码芯片和发射接收模块设计并焊接组装无线遥控音乐门铃，该设计总体电路简单、易于制作，且工作稳定可靠。关键词：短程无线；遥控开关；集成电路华中科技大学文华学院毕业设计（论文）IIIDesign of short distance wireless remote control switchAbstractThe basic principle of the design and research of
4、 the short-range wireless remote control switch and the realization way, through the selection of wireless remote control doorbell so that a single universal circuit examples, to tell the story of the short-range wireless remote control switch is to work through a circuit, as well as its general pri
5、nciple, structure, and with the integrated circuit, coding and decoding the chip and the transmitting and receiving module design and welding assembly wireless remote control doorbell music, the overall circuit of the design is simple, easy manufacture, stable and reliable work.Key Words：Short-range
6、 wireless； Remote control switch ；Integrated circuit 华中科技大学文华学院毕业设计（论文）IV前 言随着科技越来越发达，信息化的时代需要信息科技的支撑，无线的产品逐渐成为时代的主流并引领着科技的进步与发展，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头，受到越来越多人的关注，这时成本小、低功耗的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难以或者不便于覆盖到的区域。短距离无线通信技术可以在近距离范围内实现相互通信或相关操作。现代遥控技术是普遍地应用于各类家用电器中，如电视机、电灯、电风扇、音响、空调等，这类应用提高了家用电器的功能和档次
7、，更重要的事给使用者带来极大的方便。假设有遥控功能的电灯，使用者不用离开座位，只需要使用手持红外遥控器就可以进行电灯的点灭，以及对亮度的调节。无线遥控开关、遥控插座当今市场及前景是好的，随着人们生活水平的提高，对生活中的便利要求也越来越高，试想，现在大部分家庭，想要开关什么电器，基本上都得起身走动（除电视机开关以外），如果有一天，大部分电器开关都不用再起身走动，那是何等方便。更何况随着社会生产力不断发展，遥控开关、遥控插座等电器成本下降，那我相信大家都是能接受操作使用方便的遥控开关与插座的。无线遥控的核心是开关电源，开关电源是近年来应用非常厂泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用
8、方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。日前随着技术发展，新型多功能开关电源集成控制芯片不断推向市场，大量的超小型、多功能、模块化开关电源不断涌现。开关电源市场与我国各个行业的发展有着密切的关系，而重点行业在我国宏观经济的拉动下，呈现出平稳较快的发展态势。随着科技的发展，遥控操作已经应用到了很多领域，遥控操作由于其便利性、及时性受到了越来越多的使用。遥控操作的普及，催生了其遥控发射设备无线遥控器的发展。很多人对无线遥控器的理解仅仅停留在电视机、DVD 等产品所用的红外遥控器上，其实这是很片面的。遥控开关可使要控制的设备达到电机的正、反转或开关的通、断转
9、换，以及各种特殊控制程序的要求，输出方式（非锁，自锁，互锁） ，与遥控器配套使用可组成一套完整的无线智能型遥控系统，用途十分广泛。主要应用于多路电动门、窗、起吊设备，工业控制，安防行业等领域。具高保密性, 存储量大, 性能稳定、功耗低之特点,使用方便, 无需采用传统跳线式拨码开关编码, 只需将无线遥控器所发射的无线信号让该接受控制器接收并存贮，可实现配套使用。无线遥控开关是采用射频识别(Radio frequency identification )技术，用无线遥控器控制各类灯具，门，窗帘等家居用品的一种新型智能开关，可对室内一个或者多个灯具的控制,本产品依据国际电工惯例，并采用国内外最先进的
10、电子线路设计，性能稳定可靠。 开关面板符合国家：GB16915.1-1997 和 GB2099.1-1996 标准；产品能通过 3C中国国家强制性产品证。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）11.电路的设计与研究1.1 设计思路1.1.1 整体思路短程的遥控开关主要包括以下几个主要部分：触发开关，信号发射端，信号接收端，信号功放电路。无线遥控开关分为机械面板无线遥控开关和触摸式无线遥控开关两种。电路部分由无线遥控器，无线接收模块，无线控制器组成，接收主板部分有需要有无线接收模块，和无线遥控器配对实现无线数据传输出功能。接收部分的主板解码 IC 必须和遥控器的编码 IC 相匹配，如果是学习码的，
11、遥控和主板上的振荡电阻也要相匹配才能用。在设计无线控制时，由于无线电信号容易受环境因素的干扰，在没有专业设备的前提下，很难制作成功。另外无线数据传输和有线不同，传输的数据只在短时间内是稳定的，时间稍长便会受到干扰，因此在对数据进行传输时必须采用编码进行传送。在本电路的设计中，高频部分选用了专用的发射和接收模块，同时数据的编码和解码也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率。按下触发开关时，会使信号发射端发射出一个调频信号，通过信号接收端对调频信号解调，经过解调后的信号通过功放电路发出信号，现在市面上的功放信号普遍的主要是主要是发出音频信号，也有光电信号。图1-1 无线开关整体原理框图1.1.2
12、 发射与接收模块思路根据题目要求以及上部分的初步分析，可知短程的无线遥控开关的基本组成，而实际上短程无线遥控开关的应用要很多种类，我们现在以机械面板无线遥控开关中应用比较广泛的无线遥控门铃的设计与制作过程为例，我们要具体的通过分析来了解和分析遥控开关的工作原理。而遥控门铃是一种采用音乐集成电路的电子装置，它用电省，体积小，组装容易，是一种很适合自己动手制作的电子装置。音乐集成电路是一种乐曲发生器，可以向外发送固定存储的乐曲。音乐集成电路又简称音乐 IC，又叫音乐片。它具有体积小，外接元器件少，价格低、功能全以及使用方便等特点。音乐集成电路内部包括振荡器、节拍控制器、节奏发生器、曲调存储器（RO
13、M）、包络发生器和前置放大器等单元。此门铃分两大模块，即发射模块与接收模块。在发射模块中，开关被按下之后，信号发射端触发开关 信号 信号信号接收端信号信号功放华中科技大学文华学院毕业设计（论文）2调制振荡电路开始工作，产生的 32.768KHz 的信号波形输入到稳频电路中进行稳定，接着信号又输入到高频振荡电路中进行调制，达到约 250MHz 后，由天线将信号以电磁波的形式发射到空气中。而在接收模块中，天线连接到振荡接收电路中，信号进入之后，通过解调电路和信号放大电路、选频整形电路可以得到较准确的和发射端按键状态相同的高低电平信号；接着可以利用此电平触发音乐芯片，音乐芯片即可发出音乐的电平信号，
14、最后将此信号通过推挽功放电路连接扬声器播放门铃音乐。图 1-2 发射端原理框图振荡接收电路 解调 信号放大选频整形推挽功放图 1-3 接收端原理框图1.2 电路图的设计1.2.1 电路总体设计和分析（1）信号发射端运用 CD4069 芯片，三极管和晶振产生一个特定的调频信号及其外围电路组成信号发射端。该信号发射端能够根据晶振的筛选频率产生一个特定的调频信号，发射比较稳定，不易受干扰。（2）信号接收端运用基本的三极管和一个晶振及其外围电路组成信号接收端，在里面加一个晶振后会由信号发射端的晶振的筛选频率做出筛选，选出特定的信号频率，进行放大和输触发开关 调制振荡 稳频 高频振荡发射信号华中科技大学
15、文华学院毕业设计（论文）3入下一级的音频功放电路里面。（3）音频功放电路运用常用的音乐 IC 芯片 CL9300 及功放组成音频功放电路。对输入进来的信号产生音乐 IC 里面所存储的音乐声音。1.2.2 发射电路设计发射器开关按下时，CD4069 的反相器 1 和 2 及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHZ 低频信号。在这个过程中，反相器 1 的 1 脚开始为低电平，2 脚就是高电平，4 脚也为高电平。2 脚的高电平经 R2 对晶体 X1 充电，充电电流经 R2X1反相器 2的 4 脚到负极。充电时间由 X1 决定，等效电容为 200P。由于 X1 的充电，X1 上的电压逐渐上升，左
16、正右负，当升至反相器 1 的翻转电平时，2 脚就由原来的高电平转为低电平，4 脚也同时转为低电平。X1 开始放电，放电通路为 R2反相器 1 的 2 脚负极。放电后 X1 上的电位降低，到一定程度时 1 脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对 X1 充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4 脚输出一次低高变化的电平。之后振荡一直持续下去，反相器 2 的 4 脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。这个信号的频率由晶体决定，为 32.768kHz。反相器 1 和反相器 2 用于产生振荡信号，反相器 3-6 并联使用，构成输出控制，能提供 20-30mA 的电流。反相器 3-6的输出
17、端接在发射管 Q1 的发射极对 Q1 进行调幅，向外发射电磁波信号。 Q1、L1、C3和 6P 电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感 L1 和 C3 及三极管的集电结电容决定，一般为 200-270MHz。Q1 的发射极如果直接接在负极时就能产生等幅高频波，再接在反相器的输出端就使输出受 32.768KHz 振荡信号调制，通过印刷电感发射信号，按键每按一次就发射一次。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）4图 1-4 发射电路设计图1.2.3 接收电路设计本机接收器如图所示，图中，Q3、L2、C4、C16 为超再生振荡接收器，L2 为绕制电感。当 L2 的振荡频率与发射端相同时发生谐振，Q3
18、的超再生信号就受发射端的调幅信号控制，L1 为扼流电感，阻止高频信号通过。超再生振荡电路具有自检波功能，检波后的调制信号在 R4 上产生压降，经 R5、C9 送入 U1 进行放大，整形再放大，这由三个反相器 13 和 12、11 和 10、1 和 2 完成，C8 滤波滤除检波后的高频杂波，使用检波后的有用信号信噪比最大。经三极放大后的调制信号与发射端（低频 32.768KHz）同频，X1 在电路中起选频作用，同频率的信号能顺利通过，免除了许多不需要的各种外界信号的干扰，选频后的信号送入 Q2 放大整形，该信号的幅度还较低，经最后两级开路反相放大后输出等幅方波信号。R21 限流，C12 滤波，对
19、方波进行平滑滤波，并有数十毫秒的延时，也能消除外界脉冲对触发电路的干扰。图 1-5 接收电路设计图1.2.4 PCB 设计的一些原则选择 PCB 板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的 PCB 板子(大于 GHz 的频率)时这材质问题会比较重要。例如，现在常用的 FR-4 材质，在几个 GHz 的频率时的介质损耗会对信号衰减有很大的影响，可能就不合用。就电气而言，要注意介电常数和介质损耗在所设计的频率是否合用。其次我们还要避免高频干扰，基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰，也就是所谓的串扰。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距
20、离，还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。所以在用 protel 输出 PCB 线路板时要注意排线问题，不能重叠，也不能太复杂，从实现的难度最低为标准，并兼顾美观性。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）52、 电路原理与分析2.1 发射原理图 3-8 发射原理图发射电路由多谐振荡器和高频振荡器组成，调制级电路由一块 CD4069 和频率为32.768KHz 的石英晶体 JZ1 完成，CD4069 是 6 反相器。所谓反相器，就是反相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。图 2-1 CD4069 的内部结构电源由 9V 块电池提
21、供，虽然是直流，但是傅立叶变换告诉我们信号是由无数正弦信号构成，直流信号实际波形如图 2-2。图 2-2 直流信号波形直流信号接入 CD4069 的 14 和 7 引脚，F1、F2 两个与非门与 R1、JZ1 构成多谐振荡器，谐振频 f 率由 JZ1 决定，为 32.768KHz，而不是计算谐振频率公式得到。振荡器输出的信号经 F3、F6 整形，整形后的波形仍然含有正弦部分，理想波形如图 2-3，方波信号由 JZ1 右端你的节点 Q1 送入由 VT1、C1 等构成的高频振荡器，如图 2-4，并对250MHZ 的射频进行脉冲调制，如图 2-5 调幅、图 2-6 调频，通过印刷电路的环形天线L3 向外辐射，调节 C3 使发射电路与接收电路的频率相近，使要特定输出的频率信号增益最强，其他频率信号被抑制。图 2-3 JZ1 右端节点 Q1 信号理想波形
