红外线发射与接收系统设计.doc

继续教育学院吴家湾校区

毕业设计（论文）

题目 红外线发射与接收系统设计
专业班级 电子信息工程（2班）
姓名 李大波
指导教师姓名、职称 戴璐平（中级）
所属助学单位武汉工程大学继续教育学院吴家湾校区

2011 年 3 月 20 日

目 录
一．摘要 3
二.引言 4
三.绪论
1．设计要求 4
2．总体设计方案 4
四.硬件设计之单元电路设计 6
1．键盘及代码产生电路 6
2．编码电路...........................................................6
3．编码调制及红外发射电路 7
4．红外接收电路 8
5．解码电路................ 8
6．译码与控制电路 9
五.制作.................................................................9
六.系统调试 11
1．键盘及代码产生电路调试 11
2．编码电路调试 11
3．脉冲调制电路调试.................................................11
4.接收电路调试......................................................11
5.整机调试..........................................................11
七.结论 12
参考文献 13
谢　辞 14
附件1．红外线收发技术系统原理图 15
附件2．红外线收发技术PCB图 16
附件3. 基于单片机的红外线发射与接收源程序.............................17
附件4. 元器件清单 22

2

一．摘要
本文介绍了红外发射和红外接收的工作原理及其特点，提出了一种红外线接收发的简单应用电路，红外线是一种多用途的光线。红外线做信号载波具有成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰和被干扰等诸多优点，因此被广泛地应用在各个技术领域中。因此研究红外的发射与接收时很有必须的。

关键词：红外发射 红外接收 编码调制 解码电路 电路焊接

二．引言
当今年代，红外线发展火热。红外线(Infrared rays)也是一种光线，由于它的波长比红色光（750nm)还长，超出了人眼可以识别的（可见光）范围，所以我们看不见它。红外线由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射(Infrared Radiation)。通常把波长为0.75～1000μm的光都称为红外线，并可以按照波长继续细分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm 之间。红外对射的特点是不影响周边环境、不干扰其它设备，红外线是一种光线，但又不同于普通可见光，它不会被察觉有了它不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。可以使用一对红外线发射与接收的装置，构成红外线的对射系统，称为主动式红外线应用系统。当红外线收、发装置之间的隐形光路被阻挡时，接收装置可以立即察觉到，发出警示信号。利用这种对射系统，可以很方便地构建各种隐蔽的防盗警戒布控，还可以用于各种设备的安全防护或者自动控制方面，过探测特定空间中，一定波长范围内红外光线的位置移动，识别空间范围内是否有移动人体存在，达到安全警戒或者自动控制的目的[1]。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制（不会穿过墙壁，对隔壁家的电视造成影响）、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各个技术领域中。

三．绪论
1.设计要求
（1）遥控距离不小于3米，即红外遥控发射机与红外接收机之间的距离不小于3米。
（2）遥控路数8路，即可接受8个受控设备进行开关控制。
（3）工作频率40KHZ,即红外发射和接受的载频为40KHZ。
（4）发射端可以显示控制路数，接受端可显示受控路数
2.总体设计方案——红外接收与发射系统组成结构

图a
电路功能简介：
（1）键盘及其代码产生电路：它产生表示控制信号的BCD代码。
（2）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。
(3)调制振荡电路 ：它产生频率约为40KHz的振荡信号，并由发送的数据对其进行脉冲调制，形成发射信号。
(4) 红外发射电路:它将发射信号放大，并转换成红外光信号。
(5)红外接收电路:它将接收到的红外信号转换成电信号，并放大、解调出串行数据。
(6)解码电路:它将接收到的串行数据转换成
26

四.硬件设计之单元电路设计
1.键盘及代码产生电路

图b
说明：图中S1~S8表示1~8路控制信号的按键开关，按下时产生有效电平（低电平）。当键未按下时，S1~S8 与S10~S17 分压器使键盘输出端为大于3.5V的高电平ViH，当有键按下时，则该键所连的输出端产生低电平送编码器74HC147，同时在TE端得到0.7V的低电平。74HC147是BCD码优先编码器，将有效的输入键值变成BCD反码，经非门后输出BCD码。
2.编码电路
编码电路说明：编码电路由集成编码器MC145026外接RC元件组成，其中，A1~A5 是地址线，A6/D6 ~ A9/D9 是地址数据复用线，MC145026可对9位并行输入数据进行编码，并在收到传输启动信号TE时输出串行数据。TE为低电平时，器件开始启动传输赛程；TE为1时，器件被阻塞而无输出信号，输出端为“高阻”状态。DOUT为数据输出端，送出经过编码的串行数据。RS、CTC和RTC是内部振荡器的外接元件，产生电路的振荡频率信号。

图c
3.编码调制及红外发射电路

图d
说明：编码信号还必须调制到高频率的载波上才能发射出去，以提高传输的抗干扰能力。图 (a)是调制电路的工作波形，当编码信号A为高电平时，振荡器工作，输出40KHz的载波信号；当A为低电平时，振荡器不工作，输出低电平。调制后的信号经门电路隔离、放大后由红外管MLED81发送出去。图 (b)表示了编码调制与发射电路，其中红外管的工作电流为200 ~ 300mA

4．红外接收电路
说明：红外接收电路接收红外光信号并将其转换成串行代码。电路由专用的集成红外接收芯片CX20106及外接R、C元件构成。由红外接收管PH3028接收的光信号经CX20106进行限幅放大、带通滤波、解调和信号整形，由CX20106的第7脚输出。外接电阻R1、C1的大小决定CX20106中前置放大级的增益。滤波器中心频率由R2 调节。C3为检波电容。

(图e)
5．解码电路

(图f）

说明：解码电路采用与MC145026编码器配套的MC145027解码器实现，外接和组成的电路用于判断接收的脉冲是宽脉冲还窄脉冲，调整R1C1，为1.72×编码器时钟周期。R2,C2组成的电路用于检测接收到的末位信号，使R2,C2等于33.5×编码器的时钟周期。此时间常数用于判断输入保留低电平的时间是否已达到了4个数据周期，若达到，则由数据提取电路将提取到的低电平传送到控制逻辑电路，使有效传输输出端VT为低电平并终止传输。
6．译码与控制电路
说明：从解码电路输出的是4位二进制控制代码，还要经译码控制电路变换为与发射装置对应的8个控制信号去驱动8个被控设备。在解码电路图中（图6）译码控制电器线-10线译码器CC4013的双D触发器去驱动被控的发光二极管。

五．制作
1．硬件电路的布线与焊接
对于电子产品来说，电路板设计是从电路原理图变成一个具体产品的必经之路，电路板设计的合理性与产品的生产及产品的质量密切相关，要设计出一个实用的产品，还必须遵守以下设计原则和抗干扰设计。
2.电路板的选用
选用环氧树脂板, 环氧树脂与铜箔有极好的粘合力,同箔的附着强度与工作温度高,可以在260度的焊锡熔中不起泡。也可使用覆铜聚四氟乙烯玻璃布层压板。不同的材料有不同的特点，由于调试中可能多次更换元件，所以要考虑到铜箔的粘合力。
3．走线应注意的问题
线路板的好坏直接影响着放大器的性能，不好的线路板，会使信号产生歧变，产生本底噪音生尖峰脉冲干扰等，为了尽避免上述影响，线路板在线出尽量做到：接照信号的传输路径由小到大的顺序在电路板上各路的布置各元器的位置，尽量缩短各元器件之间的距离，以减少外部干扰的引入和不必要的干扰。在供电线路中，大电流通过的路径应尽量设计得实一些，以降低电源内阻，使电流能顺利通过。在供电线路中，应尽量避免大电流的印刷电路式导线交布置在小电流通路的中间式附近，以免造成对小电流的干扰。走线时，应尽量走大于90度直角的线以防止产生尖峰脉冲造成干扰。在焊接的时候都是通过手工完成，在打孔时也是通过手工操作电钻完成，而我们并不是这方面的技工，这将在打孔的时候无法避免一些技术失误。如果焊盘的直径过小，在打孔时，孔稍微大了一点，焊盘便没有了。所以在设计旱盘大小是都设置为大于2毫米。线的宽度问题很重要，由于在学校的条件是手工腐蚀铜板，考虑到热转印中，炭粉的吸附与脱落问题，防止出现断线的情况，布线宽为1.5-2.5毫米。地线则尽可能的加宽，设置为环绕在板的边缘。大功率元件与小功率元件尽量分开布线。
在焊接的过程中要先将体形小的元器件比如电阻、瓷片电容先焊接好，然后再焊接芯片的插脚和其他体积较大的元器件。焊接好后用数字万用表检测电路是否有短路和断路以及虚焊现象。
在焊接的时候都是通过手工完成，在打孔时也是通过手工操作电钻完成，而我们并不是这方面的技工，这将在打孔的时候无法避免一些技术失误。如果焊盘的直径过小，在打孔时，孔稍微大了一点，焊盘便没有了。所以在设计旱盘大小是都设置为大于2毫米。线的宽度问题很重要，由于在学校的条件是手工腐蚀铜板，考虑到热转印中，炭粉的吸附与脱落问题，防止出现断线的情况，布线宽为1.5-2.5毫米。地线则尽可能的加宽，设置为环绕在板的边缘。大功率元件与小功率元件尽量分开布线。
在焊接的过程中要先将体形小的元器件比如电阻、瓷片电容先焊接好，然后再焊接芯片的插脚和其他体积较大的元器件。焊接好后用数字万用表检测电路是否有短路和断路以及虚焊现象。

六．系统调试
1．键盘及代码产生电路调试
如图b所示分别按住S1~S8 使74HC147的一个输入端为低怦，用万用表或示波器测出对应的BCD码逻辑电平
2．编码电路调试
如图d先调整电阻RP使（12）脚的时钟频率到设计值；然后按一个编码键如S1，用示波器测输出波形DOUT
3．脉冲调制电路调试
先断开编码信号，调制载波频率到设计值；然后连接编码开关并使S1有效，测试载波调制后的波形
4．接收电路调试
先调定接收电路的增益、接收中心频率。用信号源从CX20106第①脚送入40KHz、峰-峰值0.2mV的信号，测得⑤脚的输出，计算其增益应大于70dB。调节R2，当输入信号幅值不变、频率在30KHz到50KHz之间变化，使输出电压在40KHz的频率下为最大
5.整机调试调试
先将发射装置与接收装置直接连机进行调试，即将编码器MC145026的（15）脚出
DOUT，与接收装置MC145027的输入⑨脚连接，按各编码键观察相应各发光二极管的亮/灭情况。然后作无线联调。如果遥控距离不够，可增大红外发射管的电流，用多个红外管串联以增强红外光。也可以在将接收红外管并联以增大接收灵敏度。还可以检查发射载波频率与接收装置带通滤波的中心频率是否一致。

七.结论
通过本次设计，不但增强了我的动手能力，将以前在书本上学到的理论的知识用于实践中。更重要的是，为临近毕业班的我走向社会找到满意的工作打下了很好的基础，尤其是对自己动手操作能力有了很大的进步和提高。大学四年的学习使我积累了较多电子方面的理论知识，为本次设计奠定一定的基础。在设计阶段，查阅了大量相关的资料，并对这些资料进行筛选、归纳、分析、总结，最后确定了自己的设计方案。在设计过程中，老师给了我大量的帮助，不断的指点我，纠正我的错误，使我在完成设计途中避免了很多的弯路，设计最终获得成功。在此期间真地学到了很多东西。对我以后踏入社会有很大的帮助，使得即将步入社会的我更加有信心。
参考文献
[1] 徐玮，徐富军，沈建良． C51单片机高效入门 [M]． 北京：机械工业出版社，2007，177-187．
[2] 裴彦纯，陈志超．基于单片机系统的红外遥控器应用[J] ．现代仪器，2004(3)，46-48．
[3] 朱纯益，路建华．单片机用作通用红外遥控接收器的设计[M]．北京：华录信息技术研究所，1997．
[4] 赵瑛琪．用8051单片机接收红外遥控的实现[J]．电脑知识，2006(2)，193-194.
[5] 楼然苗，李光飞．51系列单片机设计实例(第二版)[M]．北京：北京航空航天大学出版社，,2001．
[6] 李广弟，朱月秀，王秀山．MCS-51单片机基础[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001．
[7] 杨恢先，王子菡，杨穗，陶霞．一种基于单片机的红外遥控软件解码方法[J]．自动化与仪器仪表，2004 (2)，16-32．
[8] 严天峰．A/D转换器及其应用[J]．电子世界，2003 (11)．
[9] 傅扬烈．单片机原理与应用教程[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[10] 姚福安．电子电路设计与实践[M]．济南：山东科学技术出版社，2001．
[11] 张海洋，高成，高泽溪．多路温度采集系统[J]．电子测量技术，2005 (4)．

谢　辞
经过将近一个学期的努力，这篇毕业论文终于完成了，在这里我首先要感谢的是武汉工程大学，学校的图书馆在我做毕业设计和写论文中起了非常大的作用。在图书管里我找到了大量的资料，为我这次设计提供了很大的帮助，其次我要感谢的是戴璐平老师，没有她的悉心指导，我是不可能这么快的完成我的毕业设计，在此我衷心感谢她的帮助。
附 件
附件1．红外线收发技术系统原理图

附件2．红外线收发技术PCB图

附件3基于单片机的红外线发射与接收源程序
STATUS  equ     0X03
PORTA   equ     0x05
PORTB   equ     0x06
W       equ     0x00
F       equ     0x01
Z       equ     0x02
C       equ     0x00
;------------------
n55ks   equ     0x0C            ;
nchks   equ     0x0D            ;
avgIR   equ     0x0E            ;
nsamp   equ     0x0F            ;
tdetect equ     0x10            ;
;------------------------------------
org     0x000
goto    start
org     0x004
start

movlw   b'00000001'
tris    PORTA           ; RA0 红外输入
movlw   b'00000000'
tris    PORTB           ;RB0 红外输出
; 2us in goto at end of loop
blip call doblip ; +6.248ms = 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
call seeblip ; 6.250ms total
nop
nop
call doblip
call seeblip
call seeblip
call seeblip
call seeblip
call seeblip
call seeblip
call seeblip
goto blip ;

;============ 产生 55.5kHz锯形波(346*18us=6.228ms)======
doblip                        
movlw   0xFF
movwf   n55ks          
osc     nop                  
call    make55k      ;RB0 红外输出  
decfsz  n55ks,F     
goto    osc  
;--------------
morblip                       ;6253us DELAY
movlw   0x5B
movwf   n55ks      
oscmore call    make55k      ;RB0 红外输出  
nop                 
decfsz  n55ks,F      
goto    oscmore 
;-------------   
call delay8u
nop
nop
nop
nop
nop
bcf     PORTB,2 ; RB2 LED指示
return                

;---------------------------
make55k bsf     PORTB,0 ;RB0 红外输出
call    delay8u      
bcf     PORTB,0 
return                 
delay8u nop                
nop                   
nop                
nop                 
return  

;========= 6.250ms ===================
seeblip                       
clrf    avgIR         
movlw   0xF9
movwf   nchks      
chk     call    chkIR           ;//
decfsz  nchks,F     
goto    chk 

movf    avgIR,W        ;
sublw   0X78          
btfss   STATUS,C        
goto    detectd                                      
bcf     PORTB,0 ;RB0 红外输出 OFF
goto    chkdone         
detectd bsf     PORTB,0  
nop                   
chkdone                       
call    delay8u     
nop
nop
nop
nop
return  

;========================
chkIR                        
clrf    nsamp  
btfss   PORTA,0
incf    nsamp,F      
btfss   PORTA,0 ; RA0 红外输入
incf    nsamp,F      
btfss   PORTA,0  ; RA0 红外输入计数值存到nsamp
incf    nsamp,F      
btfss   PORTA,0
incf    nsamp,F      
btfss   PORTA,0
incf    nsamp,F      
btfss   PORTA,0 ;共六次  nsamp》5，avgIR增一
incf    nsamp,F        
nop                    
movf    nsamp,W        
sublw   0X04       
btfss   STATUS,C     
incf    avgIR,F      
return

;============================
end

附件4.电子毕业（课程）设计元器件清单一览表
课题 《基于单片机的红外线发射与接受系统的设计》
班级： 07级电子信息工程专业 姓名： 李大波
指导教师： 戴璐平

器件类别
元件序号
型号参数
数量
参考价
封装形式

普 通 电 阻
R1~R7
1K
7

AXIAL0.3
R8~R16
2K
8

AXIAL0.3
普通 电 阻

R17~R21
R22~R26

30KΩ
510
20K
200
4.7K
4
4
4
4
4

普 通 电 容

0.1uF
3

RAD0.1
蜂鸣器

1
电 解 电 容
C5
47uf
1

RB.1/.3
电 解 电 容
C4
4.7uF
1
晶振
Y1
12MHZ晶振
1

XTAL1
npn
9013

4

pnp
9012

9

四位共阳数码管
数码管
数码管
1

S-LED
复 位 键
S1
SW-SB
4

小按钮开关
蓝色二脚插座
CON2、CON3
蓝色二脚插座
2

RAD0.1
集成块
89C51
AT89C51
1

DIP40
红外发射二级管

8

发光二极管

5

焊锡若干 导线若干 单面板一块
目 录
第一章 总 论 1
1.1 项目概况 1
1.2 可行性研究报告编制单位 4
1.3 承办单位简介 4
1.4 项目区概况 5
1.5 可行性研究依据 9
1.6 可行性研究的范围 10
第二章 项目建设背景及必要性 11
2.1 项目建设背景 11
2.2 项目建设必要性 14
第三章 项目建设地址及条件 17
3.1 项目建设地址 17
3.2 项目建设条件 17
第四章 工程建设方案 22
4.1 项目设计依据与原则 22
4.2 工程规划方案 23
4.3 工程技术方案 25
4.4 给排水工程 30
4.5 供电工程 31
4.6 采暖及通风 35
4.7 燃气设计 37
第五章 环境保护 38
5.1 环境保护标准 38
5.2 环境影响初步分析 38
5.3 施工期环境保护措施 39
5.4 运营期间环境保护措施 41
5.5 绿化 42
5.6 环境影响评价 43
第六章 节 能 44
6.1 依据标准、法律、法规和规范 44
6.2 能耗状况和能耗指标分析 44
6.3 节能措施 45
第七章 劳动安全卫生消防 48
7.1 设计依据 48
7.2 危害因素及危害程度分析 48
7.3 安全设施及措施 48
7.4 消防设施 50
第八章 抗震设防 52
8.1 编制依据 52
8.2 建设场地条件 52
8.3 建筑结构概况与抗震设计 54
第九章 组织机构与项目管理 56
9.1 组织机构 56
9.2 项目管理 56
第十章 项目建设实施进度 59
10.1 项目建设期 59
10.2 项目建设实施规划 59
第十一章 工程招标 60
11.1 招标依据 60
11.2 招标投标的基本原则 60
11.3 项目概况 61
11.4 项目提前招标情况 62
11.5 项目招标内容 62
第十二章 投资估算与资金措筹 65
12.1 建设投资估算的范围 65
12.2 投资估算依据 65
12.3 投资估算编制内容 66
12.4 资金筹措 70
第十三章 效益分析 71
13.1 项目实施对社会的影响分析 71
13.2 项目与所在地互适性分析 71
13.3 社会风险分析 72
13.4 社会评价结论 74
第十四章 社会稳定风险评估分析 75
14.1 社会稳定风险评估因素 75
14.2 项目建设社会稳定风险分析 76
第十五章 结论与建议 78
15.1 研究结论 78
15.2 建议 78