单线红外遥控开关
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现代社会,随着科技的进步,有越来越多的自动化设备应用到我们的日常生活中,比如现代居室、办公室中的恒温空调、自动照明系统、自动防盗系统、自动烹饪系统等,大大方便了我们的生活,人们的想象力和创造力也在与日俱增,各种新奇先进的器件和设备源源不断地走进我们的生活,大大方便了我们的衣食住行。
但也不可避免的出现一些缺陷,在现在的新建的建筑中,尤其是家里现代电气设备的供电线路大都采用走暗线的方式,如果采用四线制的电子开关去控制这些照明灯,还要另接电源而改造线路,耗时费力又影响美观。
现在有一种解决方案,就是设计一种单根进线、但根出线,也就是应用单线红外遥控开关可以方便地实现遥控,利用家里现有的家电的遥控器就可实现遥控,原理简单,成本低廉,便于广泛推广,它的应用会在一定程度上方便我们的生活,也可以增加美观。
在这个设计中,我选用了红外接收头、脉宽选通电路、双稳态触发电路、电子开关、整流电路等单元电路,其中,红外接收头用来接收遥控器送来的红外信号,经过脉宽选通电路给双稳态触发电路提供脉冲信号,双稳态触发电路由集成片CD4017组成,它的2号管脚能够向其下一级电路提供两种信号:高电平和低电平,而这个信号可以控制可控硅的导通与截止,从而通过整流桥为负载提供通断信号,控制负载的状态。
在电路中,还使用了其他的基本器件,比如稳压二极管、电解电容、普通二极管等,这些器件虽然比较简单,但是对于实现预期目标来说必不可少,它们可以增加器件的工作的稳定性等。
这个设计虽然科技含量不是很高,但是对于我来说却是第一次根据要求设计实用的电路,培养了我严谨的工作作风和认真负责的态度,让我学会了设计实用电路的一般方法,锻炼了我用所学的理论知识去解决实际问题的能力,对于以后的学习与提高有很大的帮助。
1概述
1.1设计目的和要求 (3)
1.2设计思路 (3)
1.3器件性能简介 (3)
2.原理方框图及单元电路简介
2.1原理方框图 (4)
2.2单元电路简介 (4)
3.总体设计 (8)
4.器件选用
4.1注意事项 (10)
4.2器件清单 (10)
5.总结
5.1心得体会 (11)
5.2 参考文献 (11)
6.附录:电路总图 (12)
单线红外遥控开关
1.概述
1.1设计目的和要求
1.能运用所学的理论知识独立的完成设计课题;
2.通过查阅手册和文献资料,培养独立分析和解决实际问题的能力;
3. 进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;
4. 初步掌握对电子线路安装与调试等基本技能;
5.解决现代家用电器的四线制控制问题;
6.能用现代的家用电器的红外遥控器实现遥控功能;
7.能方便的替代现代的墙壁开关;
8.成本低廉,制作简单,能大范围的推广使用。
1.2设计思路
在普通家庭,几乎应经普及了彩色电视机、影碟机等现代家用电器,其中,
大部分家电都配有红外遥控器,它能够向电气设备发出红外信号,经过接收头接受后能产生脉冲,来控制家电的通断电、频道、音量等状态。
所以,利用现成的红外遥控器,在设计一套能够接收红外信号的电路,就能够实现电气设备的遥控开关,来控制比如电灯、电磁炉、洗衣机等设备,能够给生活带来一定的便利。
电路中应该包括信号接收设备、双稳态触发电路、电子开关等电路单元,通过一
定的顺序组合,就能实现预期的功能。
1.3器件性能简介
该电路采用电流互感器原理来升压,采用二极管限幅、稳压,利用变压器为电路提供低压电源,很好地解决了开关自身供电难的问题;适用范围广,在普通家庭和公共场合等均可使用,随便使用彩电或者影碟机的红外遥控器就能实现遥控;原理和电路比较简单,自身压降小、功耗小;采用单根进线、单根出线,体积较小,可以直接替代墙壁开关,安装和代换都很方便。
2.原理方框图及单元电路简介
2.1原理方框图
电路如图1所示:交流电经过整流桥为红外接收头、选通电路、触发电路、电子开关等单元电路提供低压直流电,使其不论在什么状态下都能正常的工作,负载直接使用交流电。
图1
2.2单元电路简介
2.2.1脉宽选通电路
由电阻、电解电容、三极管等构成脉宽选通电路
图2
电路如图2所示:有红外接收头接收遥控信号,并发出负脉冲,通过三极管倒相后,通过R3R4C2构成脉宽选通电路,输入到IC的脉冲CP输入端14管脚,作为双稳态触发电路的触发信号。
R5是限流电阻。
2.2.2双稳态触发电路
图3
芯片如图3所示,该芯片共有16个管脚,其中16管脚接电源,14管脚接脉冲输入,8管脚接地,4管脚和15管脚构成回路,2管脚为双稳态输出,来控制开关的状态。
2.2.3电子开关
图4
电路如图4所示,由双稳态触发电路送来的控制信号控制着可控硅开关SCR 的开闭,当双稳态触发电路送来低电平时,LED熄灭,SCR断开,通过整流桥使负载断电,当双稳态触发电路送来高电位时,LED点亮,SCR导通,通过整流桥使负载通电。
2.2.4限幅稳压电路
图5
电路如图4所示,变压器B1和二极管D1、D2并联,但D1、D2的连接方向相反。
由于负载回路采用市电220V的交流电,所以这两个二极管必有一个导通,而由于二极管的导通电压较低,所以可以限制变压器的电压,所以当有电流流过时,可以通过电流互感器给电路提供低压直流电,解决了开关自身供电难的问题。
2.2.5整流电路
图6
电路如图6所示,整流桥的1管脚和3管脚接交流电源,4管脚接地,2管脚接到电子开关上,通过四个二极管实现交流到直流的转换,再通过电子开关的接地端构成通路,给负载供电。
此器件在生活中应用较广泛,比如各种各样的充电器中都有这个器件。
3.总体设计
明白了以上各单元的电路原理,将它们按照工作原理和设计方案现将其组合到一起,构成遥控开关的整体电路图,如图7所示:
图7
电路总体简介:
电路左边A、B端为单线进出端,和负载并联后接在220V交流电上。
集成块CD4017接成双稳态触发电路,用来控制单向可控硅;SCR作为控制负载的通断的开关,可控硅导通相当于开关闭合;微型变压器B1是用来解决电子开关导通时自身电源的供给;二极管D1、D2并接在变压器的初级,将初级电压限制在0.7V左右,可以防止微型变压器初级线圈烧坏,也可以防止因负载电流过大造成输出电压过高。
电路上边的100u的电解电容C1的作用是抗干扰,把干扰脉冲过滤掉。
电路上方有一个稳压二极管,此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档
的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用,此元件的工作电压是5V。
电路中有一个发光二极管,用来指示电路的通断。
当红外接收头收到红外控制信号时输出负脉冲,通过三极管T1倒相后,通过R3C2 构成脉宽选通电路,输入到IC的脉冲输入端14管脚。
集成块IC接成双稳态触发电路,每输入一个脉冲,输出端2管脚的状态就翻转一次,从而实现开、关的控制。
开关断开时:IC的2管脚变为低电平,可控硅截止,负载断电。
此时,交流电通过整流桥Q1整流,再通过电阻R1分压后给电子开关提供低压直流电源,保证了待机电源的供给。
开关导通时,IC的输出端2管脚变成高电平,可控硅被触发导通,相当于开关闭合,负载得电开始工作。
负载回路中有电流流过,必然有电流流过变压器的初级线圈。
由微型变压器升压,再通过整流桥Q2整流后,同样能给电子开关提供低压直流电。
可见,不论电子开关是导通还是截止,都能够解决电子开关电路的供电问题。
每按一次遥控器,开关的状态就会改变一次,从而实现遥控开关的功能。
4.器件选用
4.1.注意事项
1.为保证安全和开关的正常工作,图中可控硅、二极管、整流桥要根据负载电流大小选定,击穿电压要在400V以上。
2.微型变压器B1选用EE12以下的微型铁心。
制作时可通过调整线圈匝数和匝数比,使次级输出电压达到电路的要求。
如:输出电压要求为5V,那么初级和次级的匝数比一般选在1:10左右便可。
3.红外接收头应选用负脉冲输出的一体化接收头,最好加装金属屏蔽罩,可以提高抗干扰能力。
4.电阻和电容等器件在组装前应该测量一下,看是否有短路或者短路现象。
4.2器件清单
普通电阻5个;
电解电容3个;
发光二极管1个;
普通二极管3个;
三极管(PNP)1个;
稳压二极管1个;
整流桥2个;
微型变压器1个;
红外接收头一个;
集成芯片CD4017一个。
5.总结
5.1心得体会
通过这次课程设计,巩固了我所学的模电和数电的基础知识,熟悉了部分元件的用法和技巧,明白了一般小实用电路的制作流程和设计思路,从中锻炼了动手能力,做到了理论与实践相结合,培养了我严谨的科学态度、严肃认真的工作作风和独立解决问题的能力。
不仅这些,还使我掌握了Protel99SE、Word等常用软件的基本使用方法。
但是我也深深的感到自己的知识和能力很有限,还没有完全掌握设计的技巧,我将在以后的学习中丰富我的基础知识,进一步提高动手能力。
现代社会,尤其是当前全球金融危机和经济危机的形势下,努力提高自身的素质和动手能力是很有必要的,能够帮助大学毕业生增加就业的保障。
这个课程设计仅仅是个开始,我们需要认真的去对待,逐步的学会独立设计的思路、方法等,慢慢地就会掌握一些技能,这些技能在书本上是学不到的,只有通过我们亲身实践才能掌握。
5.2参考文献
[1]康华光.《模拟电子技术》北京.高等教育出版社.2006年一月第五版
[2]康华光.《数字电子技术》.北京.高等教育出版社
[3]方大千,鲍俏伟.《实用电子控制电路》.北京.科学出版社.2005
[4]东哥单片机学习网/news/2008-08/8214.htm
附录:电路总体图。