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1、探索发现之电磁波遥控技术2014年12月摘要：快捷方便的生活是现代社会每个人都追求的，于是遥控行业应运而生。红外遥控由于其发射和接收方便、结构简单、成本低、可靠性较高, 因而早已在家用电器中得到广泛应用。目前在智能仪器和工业控制系统中的应用也越来越广泛。我与新生研讨课小组找到这个方向，先学习红外遥控知识，“知己知彼，方能百战不殆”，了解了相关的电路理论知识和前人所作的工作，确定了实验电路图。之后又购买了相应的零件，亲自动手焊接了电路，进行了红外遥控的实验。本文主要研究了红外遥控的原理，介绍了我和小组成员制作遥控灯的具体过程。关键字：红外遥控、电路焊接、发射接收1.引言 现代社会是一个追求快捷便
2、利的社会，红外遥控灯有着易操作、应用范围广等特点，于是遥控灯在强大的市场需求下应运而生。我于我们小组在自2013年11月份以来的为期半年多的研究时间内，了解了红外遥控技术的有关原理和相关技术，进行了多次实验操作，发现了其中的不足并提出了相关的解决措施。希望能对后续研究者有所帮助。本文以我的研究历程为主线展开，介绍了我和其他组员所做的工作和所学到的相关知识，以及最后得到的结论与提出的设想。2.红外遥控的理论知识背景2.1红外概述 从光学的角度而言，红外在频率低于红色光的不可见光的无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为0.75100微米之间，其中0.753微米之间的红外光称为近红外，330
3、微米之间的红外光称为中红外，30100微米之间的称为远红外。红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。 当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。2.2红外遥控技术的原理基础红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们
4、将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制的指令编码信号。接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路
5、实现各种指令的操作控制（机构）。2.3 选择红外遥控的原因无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式。由于无线电式容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。超声波式频带较窄，易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低，难度大而未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控具有很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现
6、多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。42.4红外线遥控的应用范围红外光波的特点和特性决定了红外线遥控有广泛的应用范围。由于红外线为不可见光,因此对环境影响很小。再由红外光波的波长远小于无线电波的波长, 所以红外线遥控不会影响其它家用电器,也不会影响邻近的无线电设备。另外，波长小于 1. 5m 的近红外光,在透明大气中的传输特性要比可见光好得多,而且由于它靠近可见光的红光边缘,其直线传播、反射、折射和被物质吸收等物理特性与可见光
7、非常相似。因此,它可以使用与可见光类似的聚焦透镜等光学装置。由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控制对象的能力,所以,在设计家用电器的红外线遥控器时,不必要像无线电遥控那样,每一套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则,就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器),所有同类产品的红外线遥控器,可以有相同的遥控频率或编码,而不会出现遥控信号串门的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方便。红外线为不可见光线,具有很强的隐蔽性和保密性,因此,在防盗、警戒等安全保卫装置中也得到了广泛地应用。3.红外遥控灯的设计3.1红外遥控灯的原理当发射机上有按键按下时，
8、发射机会对按键信号编码，调制，然后通过无线电波发射出去；接收机用来接收发射机上发出的无线电信号，通过解码，得到控制信息，使相应的引脚发生变化，致使继电器动作（继电器相当于电开关，用来控制后面的220v交流回路），灯泡所在的电路构成回路，从而发光。本次制作的红外遥控灯，可使用电视机、影碟机、录像机等家电的遥控器控制其开与关，而不需专用配套的遥控器。3.2原理图元器件选择 R1R5选用14W碳膜电阻器或金属膜电阻器。C1选用耐压值为400V以上的涤纶电容器或CBB电容器；C2C4均选用耐压值为16V的铝电解电容器。VD选用1N4007型硅整流二极管。VS选用12W、6.2V硅稳压二极管。V选用S9
9、015或S8550、C8550型硅PNP晶体管。VT选用3A、400V双向晶闸管。IC1选用电视机用微型一体化封装红外接收头(使用时加罩或加半透明滤色片)，IC2选用CD4060型14级二进制串行计数器集成电路。3.3重要设备和仪器电路组成部分：CD4060型7位二进制串行计数器集成电路：CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。微型一体化红外接收头：一体化红外线接收
10、头将红外发光二极管,低噪音放大器,限幅器,带通滤波器,解调器,以及整形驱动电路等集成在一起.一体化红外线接收头体积小,灵敏度高,外接元件少,抗干扰能力强,使用十分方便. 用途：滤除其他杂波,只接收该特定频率的信号并将其还原成二进制脉冲码,也就是解调. CBB21金属化聚丙烯膜电容器：该电容器为无感结构，用金属化聚丙烯薄膜作为电介质电极绕制而成。 自愈性好，寿命长 适用于直流和VHF级信号的隔直流、旁路和耦合，广泛用于滤波、降噪、脉冲、谐振、降压电路，用于各种直流，脉冲，交流降压，高频较大的电流场合。所用参数：耐压值400V，容量0.22uF1N4007型硅整流二极管：用途：利用二极管单向导电性
11、，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。所用型号:IN4007 安装方式:直插 功率特性:小功率 频率特性:低频主要参数：电压, Vrrm:1000V ;电流, If平均:1A ;正向电压Vf最大:1.1V ;电流, Ifs最大:30A ;总功率, Ptot:2.5W S8550型硅PNP晶体管：三极管8550是一种常用的普通三极管。 它是一种低电压，大电流，小信号的PNP型硅三极管。主要用途：开关应用、射频放大S8550参数：类型:开关型; 极性:PNP; 材
12、料:硅; 最大集电极电流(A):0.5 A; 直流电增益:10 to 60; 功耗:625 mW; 最大集电极发射电压（VCEO）:25; 频率:150MHz放大倍数：按三极管后缀号分为 B C D 共3档，倍数： B：85-160 C：120-200 D：160-300，引脚排列为EBC。0.5W、6.2V硅稳压二极管：稳压二极管（又叫齐纳二极管）是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。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。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛应用于稳压电源与限幅电路
13、之中。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。3A、400V双向晶闸管：双向晶闸管是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。尽管从形式上可将双向晶闸管看成两只普通晶闸管的组合，但实际上它是由7只晶体管和多只电阻构成的功率集成器件。由于其正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通，是一种理想的交流开关器件。它具有触发控制特性，无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲，也不管这个脉冲是什么极性的,都可以使双向晶闸管导通。金属膜电阻
14、器：金属膜电阻器是膜式电阻器中的一种，它以特种金属或合金作电阻材料，用真空蒸发或溅射的方法，在陶瓷或玻璃基本上形成电阻膜层的电阻器。这种电阻和碳膜电阻相比，体积小、噪声低、稳定性好，但成本较高，常常作为精密和高稳定性的电阻器而广泛应用，同时也通用于各种无线电电子设备中。所用参数： 1k、2k、10k、22k、1M铝电解电容器:由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，常用作交流旁路和滤波，在要求不高时也用于信号耦合。所用参数： 1F、10F、47F电路组成部分还有LE
15、D小灯泡、开关、导线、万用板等。实验设备：电烙铁、焊锡、松香等4.实验过程定下课题以后，我们小组制订了详细的遥控灯制作计划，开始收集资料，通过从图书馆借阅的资料书和网络渠道了解电路的基础知识，了解发射器和接收器的具体内容，在多方建议之下，从多个待选电路图中确定了合适的电路图。然后确定了电路图中的每个具体零件并购买了相应的零件，在老师的帮助之下开始着手焊电路，由于第一次焊电路，试验中遇到了各种困难，老师以及一些师兄和网上结识的朋友给了我们很大的帮助，最终把电路焊接完成。成果图如上。5.实验中的问题及解决办法电源接通以后，调试遥控器电灯没有亮，我们开始寻找问题的源头，首先仔细检查了电路板的焊接，发现电路基本没有虚焊，然后挨个检查零件的配置，发现所用的计数器型号错误，改换成CD4060，再用万用表检测各个零件是否正常，最后发现部分零件在焊接电路的过程中没有注意方向，方向焊接有误，但是由于时间原因和对电路的组装拆卸十分不熟练，我们小组并没有进行新的实验。6.结论我在研究过程中学习了相关知识，了解了红外遥控的原理，并进行了实验，亲自动手制作了遥控灯。通过实验，我切实感受到了电路焊接的不易，虽然实验没有成功，但是我从中学会了很多知识，收
