课题  红外多路遥控发射、接收系统设计

一、学习要求： 掌握红外多路发射、接收系统的设计与调试方法。

红外多路遥控发射、接收系统是以红外线为传送信息媒体的短距离无线控制系统，可对８个受控对象的工作状态进行遥控，适用于工业，型疗、家用电器等设备的开启或关闭控制，也可用于对一种设备的８种工作状态进行控制或两种设备的４种工作状态进行控制。

二、实验仪器

1.数字万用表                               1台

2.双踪示波器                               1台

3.直流稳压电源                             1台

三、系统组成框图

红外多路遥控发射、接收系统组成框图如图2.18所示，各部分功能是：

●键盘及其代码产生电路  产生表示控制信号的BCD代码。

●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。

●调制振荡电路产生频率约为40kHz的振荡信号，由发送的数据对其进行脉冲调制，形成发射信号。   

●红外发射电路  将发射信号放大，并转换成红外光信号。

●红外接收电路  将接收到的红外光信号转换成电信号，并放大、解调出串行数据。

●解码电路  将接收到的串行数据转换成控制代码。

●译码电路  将控制代码译成控制信号。

●控制电路、对受控设备进行开／关控制。

 
四、主要技术指标

●遥控距离  不小于3m，即红外遥控发射机与红外接收机之间的距离不小于3m，

●遥控路数  8路，即可对8个受控设备进行开关控制。

●工作频率  40kHz，即红外发射和接收的载频为40kHz。

●功能要求  由一台红外发射机和一台红外接收机实现对8个受控设备的控制；每次发射只控制1个设备的开、关状态；用发光二极管的亮、暗表示设备的开、关状态。

五、电路设计

 1．键盘及其代码产生电路设计

键盘及其代码产生电路的功能是产生8个控制信号，并将这8个控制信号进行BCD编码，形成控制代码，其电路如图2.19所示。图中S1~S8是按压式键盘开关，依次代表1~8路控制信号，开关按下有效。74HCl47与74LS04组成代码产生电路。若开关没被按下，则电阻R1~R8与Rlo~R17形成高电平。 应大于3．5V。若某路开关被按下时，则该开关所连接的代码产生电路的输入端为低电平，并由电阻R9与二极管D1~D8形成的发射控制电平为低电平(0．7V)， 送至编码电路，作为传输启动信号。74HCl47是10-4线优先编码器，其功能是将这10个输入信号分别编成10个BCD码。在 这10个输入信号中 优先级{zg}，的优先级{zd1}。编码器的输出Yo—Y3是反码形式的BCD码，

74LS04对Yo～Y3取反后，则可得到BCD码。

2、编码电路设计

由集成电路MCl45026组成的编码电路如图2.20所示，虚线框内是MCl45026的内

部框图，外围器件RS、CTC、RTC决定编码器的时钟频率。图中，

●A1~A5是地址线，A6／D6 ~ A9／D9是地址数据复用线，即MCl45026可对9位并行输入数据进行编码，并在收到传输启动信号( )时，输出串行数据。

●  是传输启动信号输入端。当 为低电平时，器件开始启动传输过程；为高电平时，器件xx被阻塞，无信号输出。

●Dout是数据输出端，依次送出经过编码的数据。

●RS、CTC、RTC是内部振荡器的外接元件，其参数决定振荡器的振荡频率。通常CTC、

Rs、RTC的取值为400pF< CTC <15μF，Rs =2RTC，Rs >20kΩ，RTC>10kΩ，振荡器的频率

ƒ=1／(2.3RTC CTC)，其取值范围为1kHz--40kHz。若频率超出此范围，精度将降低。

  设振荡器频率为1.6 kHz, Rs=100 kΩ,则CTC=2700PF, RTC=50 kΩ

 振荡器输出经4分频电路送至并／串转换电路作为时钟，将输入代码按A1~A5、A6／D6 ~ A9／D9的顺序移至三态编码器，对输入信号进行编码。编码器输出波形如图2.21所示，从图可知，编码器的输入为逻辑“0”(低电平)时，输出为两个窄脉冲；输入为逻辑“1”时，输出为两个宽脉冲；当输入为开路(高阻)时，输出为一个宽脉冲和一个窄脉冲。当为低电平时，MCl45026按以上编码规律将输入A1~A5、A6／D6 ~ A9／D9进行编码并输出串行数据。只要保持低电平，MCl45026可以连续不断地输出串行数据。图2.22是编码顺序图，两次．编码之间的间隙为24个振荡周期。为了红外接收机能可靠地接收信息(见解码电路设计)，每个数据字至少应发送两次。因此，图中启动信号的脉宽PWmin应大于两次发射所需的时间。   

课题要求由1部接收机控制8个受控设备，即只需一个固定的地址码，因此将A1~A5接低电平。

 3、脉码调制振荡电路设计

为了提高传输信号的抗干扰能力，还需将编码信号调制在较高频率的载波上发射，本课题要求载波频率为40kHz，故可采用CMOS门电路构成的脉冲调制振荡电路。当编码信号A为高电平时，振荡器工作，输出为载频信号；当编码信号为低电平时，振荡器不工作，输出为低电平。输出的编码调制信号波形如图2.23中的B所示。

脉码调制振荡电路参见脉冲调制／解调电路。课题要求载频为40kHz，取Ct = 680pF，则Rt = 16．7 kΩ，可将1个10 kΩ的电阻和1个10 kΩ的电位器串联使用。RS=10Rt =167 kΩ，取标称值Rs =160 kΩ。

   图--脉码调制振荡电路

 4. 红外发射电路设计

图2.24是红外发射电路，由放大电路和红外发射管组成。图中，G3、G4为隔离级，其作用是减小发射时的大电流对振荡级的影响；T1、T2组成复合三级管，对发射信号进行电流放大，红外管MLED81的工作电流为(200~300)mA。流经发光二极管的电流，当G4输出为高电平VoH．时，T1、T2导通，红外管工作，当G4输出为低电平VoL时，T1、T2截止，红外管不工作。

5、红外接收电路设计

红外接收电路通常由一片专用集成电路和少量外围器件组成。目前此类专用集成电路很多，如NEC公司生产的9C1373、9C1490HA，夏普公司生产的IX0614CE、IX0986CE，索尼公司生产的BXl323、CX20106等。其中，CX20106是应用较为广泛的芯片之一，图2.25是由CX20106组成的红外接收电路。

红外接收管PH3028将光信号转换为电信号，从CX20106的①脚输入，经前置放大器、限幅放大器放大后送至带通滤波器，带通滤波器的中心频率与红外发射载波频率相同。检波器、积分器组成解调电路，对接收信号进行解调。施密特触发器对解调输出信号进行整形，从⑦脚输出，该输出为集电极开路电路，因此要接上拉电阻R3。

外围器件R1、C1的参数决定放大器的增益，当R1 = 4.7Ω，C1=IμF时，电压增益约为79dB，R1增大C1减小则会使增益降低。R2确定带通滤波器的中心频率，调节R2、使的变化范围为30kHz,~ 40kHz。C3是检波电容，一般取值为2.2μF~ 4.7μF。R3是上拉电阻，一般取值为lkΩ~3kΩ。图2.25是设计举例中调试完成后的红外接收实验电路。其各引脚对地的静态工作电压如下：

  引脚       ①   ②   ③   ④   ⑤   ⑥   ⑦   ⑧

  电压／V   2.5   2.5   1.5   0   1.4   1.0   0.2   5

各点波形如图2.26所示。

6．解码电路设计

解码电路的功能是将解调后的串行数据进行解码，使其成为BCD控制代码，并使控

制代码并行输出。MCl45027是与MCl45026配对使用的通用接收解码器，MCl45027的内部结构及其组成的解码电路如图2.27所示。图中数据提取电路的作用是判别和检测输入数据的特性；其外围电路中R1C1，组成的电路用来判定接收到的脉冲是窄脉冲还是宽脉冲，时间常数R1C1，应调整为1．72 编码器时钟

周期，即   

    R1C1=3.95RTcCTc

R2、C2组成的电路用来检测按接收到的末位信号，时间常数R2C2应等于33.5 编码器时钟周期，即

    R2C2=77 RTcCTc

这个时间常数用来判定输入Din保留低电平的时间是否已达到4个数据周期，达到了则数据提取电路

将提取到的低电平信号送到控制逻辑电路，控制逻辑电路使有效传输输出端VT为低电平，此时传输

终止。

 收到的串行数据从MCl45027的第⑨脚输入，经数据提取电路判别后与序列发生器产生的本地地址码一比特(bit)一比特地进行校验。如果{dy}次收到的地址码和本地地址码相符，则将紧接着收到的4位数据码储存在内部4bit移位寄存器中(不移到输出锁存器)。当第二次收到的地址码仍与本地地址码相符，则将新收到的数据码与上一次储存的数据码以比较，若两次相同则控制逻辑电路使有效传输输出端VT为高电平，4bit移位寄存中的数据码转移到输出锁存器，并且在输出锁存器保留，直到新的数据代替它。保留在锁存器的数据经缓冲器后输出，同时有效传输输出端VT保持高电平。若两次不相同或4个数据周期内没收到信号，则VT为低电平。

注意  在发送端，MCl45026的地址信息和数据信息均可用三态码来表示，但在接收端，地址可置成三态地址，而数据中的“开路”将被译为1。因此数据信息必须是1或0。

7．译码与控制电路设计

  译码电路是将解码器输出的4位二进制控制信号代码译为与发射端相应的8路控制电平。译码器

 CC4028是4-10线译码器。它对于输入控制代码的任意一种状态，只有一路输出与其对应，输出有效状态为高电平。

 根据课题要求，每路的控制为ON／OFF两种状态。若用1位二进制数来描述，则后一次的状态是前一次状态的加“1”。选择4个双D触发器CC4013，按照图2.28连接，则可实现对8路信号的状态进行控制，每收到一次信号，控制状态就转换一次。

六、系统调试与技术指标测量

1．红外发射机的调试

红外发射机的调试可按照控制代码→编码→脉码调制→红外发射的顺序进行调试。

调试控制代码形成电路即键盘及其代码产生电路(见图2.19)时，可依次固定第1路至第8路(74HCl47的的按键电平为低电平，用示波器依次测74LS04的输出Yo、Y1、Y2、Y3点的电平，应符合BCD码的逻辑电平）。

调试编码电路(见图2.20)时，应先将编码时钟频率调到设计值，可用频率计在MCl45026的⑿脚测试。然后按下第1路按键电平为S1(见图2.19)，用双踪示波器测MCl45026⑿脚的时钟波形和⒂脚输出波形，其波形应如图2.29所示。

  调试脉码调制振荡电路，应先与编码输出断开，将载频调到设计值。再与编码输出相连接，使第1路按键为低电平，用示波器测其波形，应符合图2.23所示波形。

2．红外接收机的调试

红外接收机的调试应先调接收电路的增益和接收中心频率。从CX20106第①脚送人，频率为40kHz，峰峰值为0.2mV的信号(可将信号源输出分压)用示波器在第⑤脚测输出，其增益应大于70dB。保持信号源输出幅度不变，调节信号源频率在30kHz至50kHz之间变化，输出电压应在频率为40kHz点{zd0}，否则调整R2使其在频率为40kHz时输出{zd0}。

注意  信号源输出、分压电路以及与电路的连线应尽可能短，以免引入干扰影响测量。

3．系统联调

系统在联调时，可先将编、解码电路进行有线联调，即将红外发射机编码器的输出(MCl45026的⒂脚)与红外接收机解码器的输入(MCl45027的⑨脚)直接相连，按各路按键，所对应的发光二极管能亮、灭转换。有线联调正确后，则可进行无线联调。

在无线联调时常见的故障是遥控距离较短，不满足要求，一般可通过增大红外管发射电流，或将几个红外发射管串联发射等增强红外发射光的方法来解决：也可以使几个红外接收管并联接收，以提高接收灵敏度。还可以将红外发射管和红外接收管均放人黑盒屏蔽,仅在发射和接收处开个小窗口，这样可xx杂散红外光的干扰，使有用信号增强。

 引起遥控距离较短的原因还有可能是，发射的载波频率与接收机带通滤波器的中心频率不一致。可试着微调发射载波的频率，观察遥控距离的变化，使系统达到{zj0}工作状态。

实验用元器件清单：