无线遥控照明开关

无线遥控照明开关 电子技术课程设计 综述 传统的机械式开关愈来愈满足不了人们追求完美生活的需求。随着生活水平的不断提 高，科学技术的不断创新，智能型无线遥控技术取代传统的手动控制，已成为现代生活的 一种时尚。运用无线遥控照明开关，在某一空间的任意位置，任意时刻，都可以随意调控 电灯及其它电器，让我们真正感受到高科技带来的无穷魅力和便捷。 在三遥技术中，无线遥控技术占着极其重要的位置。无线遥控与红外遥控、声控相比 较，具有无线遥控覆盖范围宽，控制距离远，穿透力强等特点，在诸如爆破遥控、火工生 产控制和一些地形地貌险要、操作人员难接近或不能接近的实际场合中，更显魅力，倍加 令人注目。近些年来无线遥控技术在家庭生活和科学研究中也占很重要的地位，在汽车、 摩托车防盗报警中，在门、窗、库房控制中，在儿童玩具中，在无线数据传输，无线定时 控制中，无线遥控获得更加广泛的应用。 智能照明系统具有非常丰富的功能，具体来说具有以下几种功能：1、集中控制和多点操作功能；2、软启功能：开灯时，灯光由暗渐渐变亮，关灯时，灯光由亮渐渐变暗， 而且避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击，保护灯泡，延长使用寿命；3、灯光明暗调节功能：调节不同灯光的亮度，操作时非常方便；4、全开全关和记忆功能； 5、定时控制功能；6、场景设置：对于固定模式的场景、只进行一次编程，就可以按一个键控制一 组灯。 总而言之，照明系统是我们生活中最为常用，最为基础的系统。它的智能化无疑会给 我们的生活带来深刻的影响。它不仅大大方便了我们的生活，也许它还会从一定程度上改 变人们的生活方式，从而提高人们的生活质量。 无线遥控采用无线电波或激光束传输，主要用于活动的受控对象。可以在远离设备操 作盘的地方对设备进行操作控制，相当于把设备操作盘上的按钮（开关）移到操作人员手 中的操作器上，而且无须使用导线连接。操作人员活动范围大：可以近距离观测目标，也 可以远离危险场所。 无线遥控开关是以非接触的方式对电器的开启和关闭进行控制，其控制按键和被控制 电器之间不需要连线，控制信号以无线电波为载体进行传输，距离可以从十几米到数公里。 与传统开关相比主要有以下特点：1、非接触；2、远距离操控；3、控制及时；4、专人专控。此外，它还有很多优点，如使用方便，遥控器可以随身携带。操控精准，一个人既可 以近距离观测目标，又可以远距离控制设备，无操作盲点，在目标前操作，无盲点。提高 1 无线遥控照明开关 生产效率，无须两个人之间的联系， 安全，可靠。连续信号，系统运行中，发射器与接 收器之间始终保持联系，一旦信号中断，接收器立即自动停机，保证生产安全。无线电信 号没有方向性，能够跨越障碍物。 无线遥控技术，市场前景广阔，广泛应用于家用照明开关控制，老人、小孩使用安全， 并可遥控家用电器，对此类产品，消费者反映较好，很受欢迎，市场潜力很大[1]。 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。因为红外线遥控装置具有体积 小、功耗低、功能强、成本低等特点。采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电 气干扰。红外遥控开关技术在家庭生活中应用最为广泛。它在技术上的主要优点是：1、 无需专门申请特定频率的使用执照；2、具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特 点；3、传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；4、信号无干扰，传输准确度高；5、 成本低廉。它的缺点是：由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接，具有方向性， 两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，而且通讯距离较短[2]。 2 电子技术课程设计 1 设计与 1.1 方案一 采用RCM1型无线遥控照明开关电路 采用RCM1型无线电遥控组件作为遥控发射与接收电路。本电路由RCM1A/B组件作遥控发射与接收电路，用十进制CD4017作开关控制电路，用双向晶闸管做电源开关。电 路图如下图所示： A1 RMC1A NET_2SA Key = Space G 3 V 图1-1 RCM1A无线电信号发射机 C5VD8 1N4004GP0.68uF R4C4C3220uF 1.0MOhm_5%U10.02uF VDDQ0VSQ1VD15.1 V LEDCPQ21N4148VD7Q31N4148A243RQ41N4148VD62Q5VTHRCM1BCD4017MRF9011LT1_AV151NE‘Q62N54461N4148VD5R2Q7220 V C2NET_6VSSQ8VT50 Hz 10kOhm_5%R11N4148VD4100pFR30Deg Q9100kOhm 68Ohm_5%C11N4148NET_20VD30.22uF 图1-2 RCM1B无线电信号接收机 RCM1型无线电遥控组件是由无线电遥控发射组件RCM1A和接收组件RCM1B组成，它是一组微功率遥控组件。组件内采用模拟电路与数字电路相结合的方式，内藏微型收发 天线，几乎没有外围元件，使用极为简便。 发射电路RCM1A只设有一个开关，即作电源开关又作发射开关。按下SA后，发射电路发出一组遥控信号。 在平时，接收电路RCM1B输出端2输出低电平。当它接收到发射器发来的遥控信号 后，通过电路内部放大和信号处理后，由2脚输出高电平。当按下遥控发射按钮SA时，接收器的输出端便会输出高电平，这一高电平通过VD1加至计数器的CP端作为电灯LED 3 无线遥控照明开关 的开关控制信号。 作为开关控制电路的十进制计数器CD4017，它的10个输出端与控制端采用间接连接 的方式，即将Q1、Q3、Q5、Q7、Q9连接到控制输出端，将Q2、Q4、Q6、Q8空置。这样，每按一次遥控发射器的按钮，它的输出端就前移一位，当移动至Q1、Q3、Q5、Q7、Q9时，电灯被打开。当移到Q2、Q4、Q6、Q8时，电灯熄灭 。 1.2方案二 采用555定时器小功率红外发光管的红外线遥控开关 其主要元件有LM555CM，二极管，三极管，电源，电容，电阻等组成。原理图如下 图所示： VDD 3V SAWOBBLE_STICK C3R4VD11uF 4.7 Ohm DIODE_VIRTUALR18U141 Ohm VCCVD2430RSTOUTDIODE_VIRTUAL7DISVT16THRR3R22TRI9.1 Ohm 3.9kOhm 5CONBJT_PNP_VIRTUALGND LM555CM1 VD3 C2C10.01pF VD40.01pF 0 图1-3 红外线信号发射机 C1 D1R20.01uF 1kOhm VTR1SA141kOhm 1C20.01uF 22N3702PB_NOSK-293KC3D2U41BH624.5 V 570.01uF 4 图1-4 红外线信号接收机 电子技术课程设计 如图所示，图1-3为红外线信号发射机。它是一个以时基集成电路555为核心的多谐稳态振荡器，其中R1、R2、C1为决定振荡频率的阻容元件，电路的振荡频率为 ƒ=1.44／[(R+2R)C] 121 按设计，取R1=41Ω，R2=8.4Ω，C1=0.01pF。通过计算频率约为250MHz，满足设计 [3]的要求。其工作过程是：当开关SA接通后，由555定时器构成的多谐振荡器引脚3发出一系列的脉冲，脉冲通过R3到VT1，当低电平作用时，VT1导通，使红外线发光二极管发出一系列红外脉冲。 如图所示，图1-4为以SK-2为核心的红外线信号接收装置。在工作时，开关SA闭合，光电二极管D1接收发射器发射的红外线脉冲，并将其转变成微弱的脉冲电信号，这些电 信号经C1输入到声控集成电路SK-2，经过SK-2的放大、选频、整形，延时后送入触发 器并使翻转，由引脚9输出低电平。该电平使VT导通继电器K吸和接通电源控制开关。当第二次收到控制信号后，SK-2的引脚输出高电平，VT截止，继电器释放，断开电源[4]。 1.3方案三 采用MC3373的红外线遥控照明开关 其电路由红外线传感器、红外线光线放大器、解调器、电子开关与电源等几部分组成。 运用的器件有二极管，三极管，红外发射管，555计时器，灯泡，MC3373红外接收电路等构成。原理图如下： VDD 9VSA R4R1A151kOhm 10kOhm VCC RSTOUT DISR33DG12100kOhm THRD11kOhm R2TRI1N4148CON GNDLED1 C1C2 10nF 10nF LED2 图1-5 MC3373红外发射机 5 无线遥控照明开关 R5C7VD75MOhm C4X1250kOhm 470nF R10C614 V Q1470uF 0.47uF R9123C51kOhm C9D658~220VC3R6SM7232U1D71uF 60.01uF 1N41481kOhm 100nF 74Q2R1R7VD41kOhm 1.5MOhm C8VD5R12 10kOhm 1N4007GP0.1uF 图1-6 MC3373红外接收机 同样，发射机主体是由555构成的多协振荡电路，如图1-5，当按下发射键SA时，振荡电路开始工作，输出矩形脉冲，LED1和LED2发射红外信号，照明接通；断开SA后，停止发射，照明断开。 接收机电路如图1-6所示，SA闭合后，VD4接收发射机发出的红外信号，并将其转 换成电压脉冲信号，再经过运算放大器及晶体管放大后，输入SM7232的5号引脚，使二级管D6及双向晶闸管D7导的通，灯X1点亮，实现遥控照明。 综合以上三种方案，决定采取第一种，并对此方案进行改进，电路改进后的接收机用 RMC1B做为接收电路，用74160十进制计数器来代替CD4017十进制计数器。其中74160十进制计数器连成二进制形式。 改进后的电路其操作方便，性能可靠，结构简单，所需 元件很容易得到，更经济，可实用性强。方案二和方案三设计过程较为烦琐，且生产出的 实物体积大，比较昂贵。抗干扰能力差，信号处理分离难，电路相当复杂，对调试工具要 求相当高，成功率极低 ，在经济、操作，性能和实用性上存在问题。 6 电子技术课程设计 2电路设计框图及功能描述 2.1电路设计框图 根据设计要求画出如图2-1的电路设计框图 以多谐振荡电路信号发射装置为核心的脉冲发生器 信号接收装置功率放大与整形装置某些器件受控元件 图2-1采用RCM1型无线遥控照明开关电路设计框图 电路的设计的总体思路是：发射电路的中心环节是多稳态触发器，多稳态触发器的优 点是，只要接通电源，它就能自激振荡发出一系列的方波脉冲。这些方波脉冲可通过某些 参数的改变而改变其频率。利用这些脉冲来驱动信号发射装置如红外线发射光二极管或无 线电装置。在接收器一方，通过某些接收装置来接收这些信号，如光电二极管、光电三级 管，无线电接收天线。一般这些接收到的信号是十分微弱的，接收后，要对这些信号进行 放大，整形。将这些信号作为控制信号，通过某些装置将其与被控制电器相联系。以达到 控制的目的。 2.2 电路的功能 在8~15米的距离之内，人员可以通过手中的遥控器对照明灯进行无线控制，按动遥 控器的开关一下可以使灯改变状态一次。其主要使用于不便架线的地区和一些人员不易触 及开关的地方。如要加大控制距离可在发射器外再加上功率放大器，在接收方面加大接收 面积，以达到远距离控制。也可以把照明灯换成其他器件，以方便应用。本电路的实质是 一个无线控制的开关。 7 无线遥控照明开关 3电路原理设计及参数计算 3.1 电路原理设计 3.1.1由十进制计数器74160构成二进制计数器的实现形式 VDD 5V VT1 CLK2 ~CLR1~LOAD9 ENT10ENPRCO715 DQD611CQC512BQB413AQA314 74160ND4A 7404N 图3-1 十进制计数器74160构成二进制计数器的电路图 3.1.2 电路的工作过程及状态转换图 当计数输入端CLK接到一列计数器脉冲时，输出端由初始状态0000跃变到0001，QA由初始状态的底电平变为高电平，QA的高电平通过反向器变为低电平，传输到同步置数 端LOAD，LOAD开始工作，置入置数端数据0000。当下一个脉冲到来时重复上述工作过 程。电路状态转换图如下： 00000001 图3-2 状态转换图 8 电子技术课程设计 由状态转换图可以看出连接之后电路构成了二进制计数器。 3.1.3 最终方案的原理说明 RCM1型无线电遥控组件是由无线电遥控发射组件RCM1A和接收组件RCM1B组成，它是一组微功率遥控组件。组件内采用模拟电路与数字电路相结合的方式，内藏微型收发 [5]天线，几乎没有外围元件，其的使用极为简便。 发射电路RCM1A只设有一个开关，既作电源开关又作发射开关。按下SB后，发射 电路发出一组遥控信号。 接收电路RCM1B的输出端引脚2在未接收信号时输出低电平。在反向器的作用下， 74160十进制计数器的clk端为高电平。当它接收到遥控信号时，经过内部电路的放大与处 理，引脚2输出高电平，又经过反向器的作用，十进制的clk端为低电平，计数器计数。 此计数器已经被连成二进制形式。当它由0000跃变成0001时QA端输出以高电平，VT 导通，驱动双向晶闸开关导通，灯LED与电源接通，灯开始工作。当发射器再次发射遥控 信号时，计数器再次计数，由0001跃变成0000，QA端变成低电平，VT截止，双向晶闸 开关截止，灯LED与电源断开，灯熄灭。 这个设计满足了遥控器的开关闭合一次，74160计数器计数一次，灯亮灭变换一次。 它的遥控有效距离在8~15m。发射器的工作电压为3V，工作电流为0.6mA，工作频率为 250MHZ。接收电路的工作电压为4.5V，工作电流为0.7mA。其的参数满足设计要求。 3.2 参数计算 整个电路的核心部件是多谐振荡电路及计数器在接收机当中的应用。多谐振荡器是脉 冲的产生源。它的频率既是无线电信号的频率，也是接收信号的频率。而计数器是控制的 核心，是它的应用形式使电路受接收信号的控制。现在具体讨论一下两个核心元件的参数 计算。 在发射机中，主要元件是RMC1A无线电信号发射芯片，其发射无线电脉冲的频率为 250MHZ。一般地，决定频率的内部元件是多谐振荡器。而555定时器通常用来连接成多 谐振荡电路。其的连接图如图3-3所示： 9 无线遥控照明开关 VDD 5V R18IC141 Ohm VCC43RSTOUT7DISR26THR2TRI9.1 Ohm 5CON GND LM555CM1C1C20.01pF 0.01uF 图3-3 555多谐振荡电路 多谐振荡电路的周期 （4-1） TTTRRC,，,，12121(2)ln2 其简化形式为 TRRC,，0.7(2)121 （4-2） 电路所设定参数为 R,2.8K,,R,2K,,C,1pF 121 ,9将以上参数代如（4-2）得 T,4，10 由 1f, （4-3） T 计算得 f,250MHz 由上面计算可知555定时器中所设定的参数可以满足设计要求。 10 电子技术课程设计 4 调试波形，最后电路原理图 4.1 多谐振荡器的波形调试 利用Multisim 7仿真软件对设计的多谐振荡器的波形进行调试。其中的参数按照上述 设计方案装配。观察其中的波形周期，是否满足设计要求。在调试中看出它的周期要大于 设计周期，既其的频率比要求频率大。改动参数后，其中 RKRKCpF,,,,,2.1,22.1,111得到下图的最终调试结果。它的频率仍大于要求频率，且波形有些失真。 图4-1 在波形调试中Multisim 7中示波器波形 由上述部分仿真结果可以推知，如果按设计的电路连成实际电路是可以工作的。 4.2最后电路原理图 A1 RMC1A NET_2SA Key = Space G 3 V 图4-2 RCM1A无线电信号发射机 11 无线遥控照明开关 C5 VD8 1N4004GP 0.68uF R4 C4 C3 220uF 1.0MOhm_5% U1 0.02uF VDD Q0 VS Q1 VD1 5.1 V LED CP Q2 VD7 1N4148 Q3 1N4148 A2 4 3 R Q4 1N4148 VD6 2 Q5 RCM1B CD4017 MRF9011LT1_A V1 5 1 NE?? Q6 VTH VD5 1N4148 R2 Q7 220 V NET_6 C2 VSS Q8 VT 50 Hz 10kOhm_5% R1 VD4 1N4148 100pF R3 0Deg Q9 100kOhm 68Ohm_5% C1 1N4148 NET_20 VD3 0.22uF [6]图4-3 RMC1B无线电信号接收机 12 电子技术课程设计 课程设计体会 本设计使我更进一步地了解了数字电子技术的用处，了解了一些设计电路的步骤，更 进一步地熟悉了各种芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法，虽然设 计时间很紧迫，但在设计的过程中我还是学到了不少东西，由于有些芯片我根本没有学过， 我在查找这些资料的过程中学到了很多，有些芯片本来我不懂的，但是经过查资料我还是 对那些不懂的芯片有了一定的了解，同时激发了我学习数字电子的兴趣。在设计当中，我 学会了很多东西，比如学会了到图书馆查资料以及运用网络获取自己需要的知识，知道了 在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的， 例如74LS160芯片，其本身就是一个十进制计数器，在仿真电路中必须连接反馈线才能正 常显示，而在实际电路中无需再连接，因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。同时 在设计之中也遇到了一些困难，我去问同学和老师，感觉和同学们一起探讨设计效果更好， 而且同学之间增进了友谊。在设计中我也感觉的自己知识的缺乏，还存在许多不足之处， 如对电路原理认识不够深刻，设计电路的实用性还存在一定的缺陷，器件的选择也有很多 不足，在设计中，用74160十进制计数器来代替CD4017十进制计数器。其中74160十进制计数器连成二进制形式。 改进后的电路其操作方便，性能可靠，结构简单，所需元件 很容易得到，更经济，可实用性强。通过这次课程设计，我相信在以后的学习中我会将理 论和实践紧密地结合起来，更好地学习好大学各门课程。 学 生： 学 号： 日 期: 13 无线遥控照明开关 参考文献 [1]陈勇旗，谭冠政．无线遥控智能照明系统[J]．电气应用，2005，24(2)：53～57． [2]唐奂知．红外线遥控开关的制作[J]．无线电，2006，(5)：54～56. 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