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1、毕 业 设 计 论 文四路无线遥控开关摘 要介绍了一种四路无线遥控开关系统的设计方法，并对该系统的组成结构和工作原理进行了详细的说明。该系统采用解码芯片对接收到的信号进行解码，本文针对拥有多种家用电器的现代化家庭，设计了一套能够控制多路用电器的无线遥控开关。本设计采用315M稳频无线电遥控组件及其他外围设备。组装的遥控开关，可对4路220V用电器分别开关，也可将印制板上连接继电器各转换触点与220V的条划断，仅利用继电器触点输出去开关或控制其他电路。该无线遥控开关电路可控制4路开关，可在中短距离（30米）内，无需对准用电器按一按遥控器按钮，即可实现多路遥控电源电路接通与断开的目的，不仅适用于一
2、般家庭，而且也适合于各大宾馆、饭店、豪华别墅等场所使用。无线电遥控器是利用无线射频信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备，关键词： 继电器；无线电；遥控引 言 近十几年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而无线通信技术又有着集成化，低功耗，易操作的发展趋势。目前，一些只由微控制器和集成射频芯片构成的无线通信模块不断推出，这种微功率短距离无线数据传输技术在工业、民用等领域得到应用广泛。无线射频技术作为本世纪最有发展前景的信息技术之一，已经得到业界的高度重视。该技术利用射频方式进行非接触双向通信，可以自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等
3、许多优点。第1 章 设计任务分析1.1 设计要求设计实现四路无线遥控开关，对室内范围内的受控对象进行无线遥控，通信利用无线射频芯片CD4013实现，工作频率433MHz，遥控距离10m以上。可以对家庭、办公室、商场、酒店、医院、仓库等场所的灯具照明控制和类似用途电器的控制，也可以实现隔墙遥控，在房间可遥控客厅的灯具等。要求与数据：（1）工作频率315MHz；（2）遥控路数四路；（3）遥控距离10m以上；（4）受控对象：灯具和家用电器。1.2 方案一 （利用红外遥控开关电路） 红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择实用性强。方案结构图： 红外发射部分 单片机遥控按钮红外发
4、射 图1-1当按下遥控按钮时单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出。 红外接收部分红外接收单片机受控电器控制方式选择开关 图1-2当红外接收器收到控制脉冲后，由控制方式选择开关是“互锁”还是单路控制，在由单片机处理后对相应的受控电器产生控制。1.3 方法二：（利用无线电遥控） 发射机 发射电路编码电路高频电路调制器 S1 S2 S3 Sn 图1-3接收机译码电路执行电路与执行机构 接收电路 解调器高频部分 1 2 3 n 接收机 执行机构 图1-4是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的技术。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械，去完成各种操作，如闭合电
5、路、移动手柄、开动电机，之后，再由这些机械进行需要的操作。 1.4无线电遥控与红外遥控的对比无线电遥控器（RF Remote Control）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。常见的无线电发射接收模块常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分一般分为两种类型，即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、。接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调
6、电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。红外遥控器（IR Remote Control）是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发
7、射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按
8、给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。 图1-5 红外线遥控器 图1-6 无线电遥控器由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红外接收头。红外遥控和无线遥控是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性、不能有阻挡、距离一般不超过7米、不受电磁干扰，电视机遥控器就是红外遥控器；无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是无方向性、可以
9、不“面对面”控制、距离远（可达数十米，甚至数公里）、容易受电磁干扰。在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决，基于本课题的设计要求，所以选择无线电遥控。第2章 无线电遥控技术的发展及应用2.1 无线电遥控技术的发展无线电遥控技术发展只有几十年的历史：本世纪20年代才刚刚出现无线电遥控的雏形。那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。二次世界大战以后，无线电遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。到现今，随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有
10、了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。为此，在前人研究的基础上设计出了一种集成芯片无线电遥控多通道开关系统的设计方法。研究表明，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，
11、适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。 图2-1 传统机械开关 图2-2 无线遥控开关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。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、工厂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
12、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。无线电遥控器是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种性能良好的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz，遥控器使用的是国家规定的开放频段，在
13、这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。我国的开放频段规定为315mHz和433mHz，本课题选用433 mHz频段。2.2 无线电遥控器的应用（1）工业行车：工业用行车是遥控系统应用最广泛的领域之一，以德国为例，占遥控系统每年产量的40%左右；特别是冶金、汽车制造、造纸厂、物料仓库等新增行车几乎全部配备工业无线遥控器；（2）汽车吊、随车吊：通常，大型汽车吊遥控系统还配置了数据反馈装置，反馈装置可将运行参数（如负荷、起重臂长、负荷力矩、油温，压力，角度等）显示在发射系统显示屏上，操作人员可根据显示数据来监控吊车
14、；（3）混凝土泵车：混凝土泵车操作时因控制台距浇注作业面有几十米（甚至上百米），传统的操作方式需数人配合才能完成，由于效率低，限制了混凝土泵车的性能发挥；对于长距离、大排量的大型泵车，矛盾更为突出；采用工业无线遥控器可以最大地发挥整机的性能，泵车司机在工作地点驾车定位后，即可用携带遥控系统依次操作泵车的各个动作，如布料杆的左右回转，多级杆的变幅升降等。操作人员可携带发射系统，远离泵车控制台，直接站在软管喷口附近，控制布料杆的动作和混凝土泵的运作；（4）矿山机械：对于矿井里能见度较低的场合下，可选用配有反馈装置的工业无线遥控器控制液压机械。即使在能见度较低、环境恶劣的地方，也可以方便控制重型凿岩
15、机架钻孔作业。操作员可以选择最近的地点对位钻孔，而不必呆在距钻孔作业点十米以外的钻孔机的操作台上。无线电控制装置采用IP65保护标准完全适应在潮湿和含盐的环境中使用。大大增加了操作的安全性、舒适性和准确性，节约投资，提高了效率；（5）专用机械如：炼钢厂清渣装载机，采用工业无线遥控器对装载机进行遥控改造，在不改变现有手动操作方式的前提下，百分之百模拟原履带装载机的机械动力性能和作业功能，达到无人驾驶完成清渣作业的目的。操作员带着轻巧的发射机，自由选择最佳的视觉位置，遥控的装载机在清渣作业中运行自如。遥控装载机的成功运用消除了以往环境恶劣，视线不清，高温落渣带来的事故隐患，使操作人员从恶劣的环境中
16、解脱出来，提高了清渣作业效率、改善冶金工人的工作环境，降低工人的劳动强度；（6）建筑塔吊：在欧洲、北美超过60%的建筑回转式塔吊采用无线遥控方式控制，不仅在设备制造时节省成本（无空中操作台），安全性和可靠性也得到充分保障，提高了施工效率；（7）其它方面：随着工业无线遥控器技术的发展，在装载机、调车机车、液压机械和移动车辆港口装卸船机等设备中，工业无线遥控器都得到了广泛应用，市场前景极为广阔。 图2-3 工业行车 图2-4 建筑塔吊2.3无线遥控距离的影响因素（1）发射功率：发射功率大则距离远，但耗电大，容易产生干扰； （2）接收灵敏度：接收器的接收灵敏度提高，遥控距离增大，但容易受干扰造成误动
17、或失控；（3）天线：采用直线型天线，并且相互平行，遥控距离远，但占据空间大，在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离； （4）高度：天线越高，遥控距离越远，但受客观条件限制； （5）阻挡：目前使用的无线遥控器使用国家规定的UHF频段，其传播特性和光近似，直线传播，绕射较小，发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离，如果是钢筋混泥土的墙壁，由于导体对电波的吸收作用，影响更甚。2.4 无线电遥控设备工作原理无线电遥控设备由发射机、接收机及执行机构三部分组成。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操作器(操作开关或电位器等)控制，操作者通过操作器，使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制
18、指令具有某些特征的、相互间易于区分的电信号。除了可以用频率特征外，还可以用正弦信号的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路使它载在高频信号（载波）上，才能由发射天线发送出去。就如同用火车、飞机等运载工具运送货物一样，指令信号相当于货物，载波相当于运载工具。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成。发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，由天线将已调制波发送出去。接收机由接收电路及译码电路组成。接收电路又包括高
19、频部分及解调器部分。由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。就像火车、飞机等运载工具到站后，把货物卸下来的情况一样，解调器的作用是从载波上“缷”下指令信号。由于卸下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。译码电路的工作就像把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行鉴别，送到相应的执行放大电路。执行放大电路把指令信号放大到具有一定的功率，用驱动执行机构。执行机构将电能转变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构（例如舵面），从而实现对被控目标的控制。第3章电路图的介绍 3-1 四路无线遥控开关接收机原理图一
20、电路简介：本套件采用315兆稳频无线电遥控组件及其它外围元件。组装的遥控开关，可对四路220伏用电器分别开关，也可将印板上连接继电器各转换触点与220伏的条划断，仅利用继电器触点输出去开关或控制其它电器。本电路中高频部分及常见电路不另介绍，仅要说明的是：用数字电路CD4013双D触发器，将它接成计数触发形式，完成对接收组件输出的高电平脉冲到IC输出端的开关状态变化。进而经9013NPN三极管放大，驱动继电器完成开关动作原理图中R6与C5的中点接到两只IC4个D触发器的清零端，保证电路每次通电初始，继电器不吸合，用电器不工作。本接收电路中用到2只CD4013（双D触发器），共4个D触发器分别组成
21、4个双稳态电路，手动控制时，按键K1、K2、K3、K4每按动一次，就向双稳态电路送入一个正脉冲，同样可使双稳态电路翻转，实现手控电器的开、关。IC1、IC1（CD4013）的4脚和10脚为清“0”端，外接电阻R5电容C5的作用是为了保证接收电路每次接通电源时双稳态电路处于清“0”状态，继电器不吸合，确保安全。 电源变压器、桥式整流及滤波电容组成降压整流滤波电路，为继电器驱动电路等提供直流电源。该电源经电阻限流降压后又经稳压二极管稳压后即可获得4.7V的直流电源，为IC1、IC2等提供工作电源。第4章 元器清单介绍4.1 CD4013CD4013由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发
22、器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。真值表功能：CL (Note 1) D R S Q Q 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 x 0 0 Q Qx x 1 0 0 1 x x 0 1 1 0 x x 1 1 1 1 图 4-1CD4013真值表 图4-2 CD4013引脚设电路初始状态均在复位状态，Q1、Q2端均为低电平。当fi信号输入时，由于输入端异或门的作用(附表是异或门逻辑功能表
23、)，其输出还受到触发器IC2的Q2端的反馈控制(非门F2是增加的一级延迟门，A点波形与Q2相同)。在第1个fi时钟脉冲的上升沿作用下，触发器IC1、IC2均翻转。由于Q2端的反馈作用使得异或门输出一个很窄的正脉冲，宽度由两级D触发器和反相门的延时决定。当第1个fi脉冲下跳时，异或门输出又立即上跳，使IC1触发器再次翻转，而IC2触发器状态不变。这样在第1个输入时钟的半个周期内促使IC1触发器的时钟脉冲端CL1有一个完整周期的输入，但在以后的一个输入时钟的作用下，由于IC2触发器的Q2端为高电平，IC1触发器的时钟输入跟随fi信号(反相或同相)。本来IC1触发器输入两个完整的输入脉冲便可输出一个
24、完整周期的脉冲，现在由于异或门及IC2触发器Q2端的反馈控制作用，在第1个fi脉冲的作用下得到一个周期的脉冲输出，所以实现了每输入一个半时钟脉冲，在IC1触发器的Q1端取得一个完整周期的输出。 图4-3 CD4013逻辑图 3.2桥式整流电路原理 图4-4 桥式整流原理图 桥式整流电路如图1所示，图中B为电源变压器，它的作用是将交流电网电压e1变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称图3-5 桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在e2的正半周，电流
25、从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1（a）中虚线箭头表示。在e2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图1（b）中虚线箭头所示。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极
26、性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。图3-6根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压uL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。3.3桥式整流电容滤波原理电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。 图3-7当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1和D3
27、管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当uCu2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，uC按指数规律缓慢下降。当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，u2再次对C充电，uC上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，uC按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。RL、C对充放电的影响 图3-8电容充电时间常数为rDC，因为二极管的rD很小，所以充电时间常数小，充电速度快；RLC为放电时间常数，因为RL较大，放电时间常数远大于充电时间常数，因此，
28、滤波效果取决于放电时间常数。电容C愈大，负载电阻RL愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。3.4电磁继电器的工作原理和特性 3-9 电磁继电器原理图 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）
29、吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3.5稳压器的工作原理所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定。输出电压通过连接到误差放大器（Error Amplifier）反相输入端（Inverting Input）的分压电阻（Resistive Divider）采样（Sampled），误差放大器的同相输入端（No
30、n-inverting Input）连接到一个参考电压Vref。 参考电压由IC内部的带隙参考源(Bandgap Reference)产生。 误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定：Vout = Vref(1 + R1 / R2) 78L05系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器78L05，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，R1为负载电阻。当输出电较大时，78L05应配上散热板。 图3-9 稳压器原理图下图为提高输出电压的应用电路。稳压二极管VD1串接在78L05稳压器2脚与地之间，可使输
31、出电压Uo得到一定的提高，输出电压Uo为78L05稳压器输出电压与稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护78L05稳压器输出级不被损坏。 图3-10下图为输出电压可在一定范围内调节的应用电路。由于R1、RP电阻网络的作用，使得输出电压被提高，提高的幅度取决于RP与R1的比值。调节电位器RP，即可一定范围内调节输出电压。当RP=0时，输出电压Uo等于78L05稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提高。下图为扩大输出电流的应用电路。VT2为外接扩流率管，VT1为推动管，二者为达林顿连接。R1为偏置电阻。该电路
32、最大输出电流取决于VT2的参数。3.6三极管结构 (1) NPN型三极管结构。图3-11所示是NPN型三极管结构示意图。三极管由三块半导体构成，对于NPN型三极管而言，由两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧，这两块半导体所引出的电极名称如图3-11中所示。NPN集电极发射极集电极与基极之间的PN结称为集电结发射极与基级之间的PN结称为发射结基极N型材料和P型材料交界处形成一个PN结图3-11 在P型和N型半导体的交界面处形成两个PN结，这两个PN结与前面介绍的二极管PN结具有相似的特性。 (2) PNP型三极管结构。图3-12所示是PNP型三极管结构示意图。它与
33、NPN型三极管基本相似，只是用了两块P型半导体、一块N型半导体，也是形成两个PN结，但极性不同。PNP集电极发射极集电极与基极之间的PN结称为集电结发射极与基级之间的PN结称为发射结基极N型材料和P型材料交界处形成一个PN结 图3-12待添加的隐藏文字内容2IBICIE集电极与基极之间的电流关系IC=IB为三极管电流放大倍数。集电极是基极的电流的倍，三极管的放大倍数一般为几十甚至更大。由此说明只要用很小的基极电流，就可以控制较大的集电极电流NPN 图3-133.6.1三极管工作原理 三极管共有三个电极，各电极的电流分别是：基极电流，用IB表示；集电极电流，用如表示；发射极电流，用IE表示。各电
34、极电流之间的关系说明是必须要掌握的知识。无论是NPN型还是PNP型三极管，三个电极电流之间关系相同。 图3-13和图3-14所示是三极管各电极电流之间的关系。IBICIE三个电极之间的电流关系IE=IC+ IB三个电极中，IE电流最大，IC其次，IB最小。IE和IC相差不大，但比IB大的多，因为一般为几十甚至更大PNP 图3-14 三极管具有电流放大作用，它是一个电流控制器件。所谓电流控制器件，是指它用很小的基极电流IB来控制比较大的集电极电流IC和发射极电流IE,没有IB,就没有IC和IE。 在IC=IB中，为几十甚至更大，只要有一个很小的输入信号电流IB，就有一个很大的输出信号电流IC出现
35、。由此可见，三极管能够对输入电流进行放大。在各种放大器电路中，就是用三极管的这一特性来放大信号的。 在三极管电路中，三极管的输出电流IC或IE是由直流电源提供的；基极电流IB则是一部分由所要放大的信号源电路提供，另一部分也是由直流电源提供的。 如果三极管没有电流IB，三极管就处于截止状态，直流电源就不会为三极管提供IC和IE(IC和IE都是由直流电源提供的，除了IE中很小的IB，因为它是基极输入电流)。 基极电流IB由两部分组成：直流电源提供的静态偏置电流和由信号源提供的信号电流。 由上述分析可知，三极管能将直流电源的电流按照输入电流IB的要求（变化规律）转换成相应的电流IC和IE。从这个角度
36、上讲，三极管是一个电流转换器件。3.7电路的设计 PCB板图（1） PCB 的布局设计在对 CD4013 的 PCB 进行设计时，首先要考虑元件摆放布局问题.要使射频电路的输入端远离输出端，将强电信号和弱电信号分开，将数字信号电路和模拟信号电路分开，完成同一功能的电路应尽量安排在一定的范围之内，从而减小信号环路面积，各部分电路的滤波网络要就近连接，这样不仅可以减小辐射，还可以减少被干扰的几率，提高电路的抗干扰能力。（2）PCB 板的布线设计在基本完成元器件的布局后，就要开始布线了。所有走线应远离PCB 板的边框（2mm左右），以免PCB板制作时造成断线或有断线的隐患。电源线和地线要尽可能宽，这
37、样可以减少环路电阻，在板中电源线 50mil，地线50mil，普通线40mil；同时，电源线、地线的走向和数据传输的方向一致，以提高抗干扰能力；所布信号线应尽可能短，各元器件间的连线越短越好，以减少分布参数和相互间的电磁干扰；对于不相容的信号线应尽量相互远离，而且尽量避免平行走线，在正反两面的信号线应相互垂直；布线时在需要拐角的地方应以 135角为宜，避免拐直角；焊接天线的 PCB部分不要有地线，布线时与焊盘直接相连的线条不宜太宽，走线应尽量离开不相连的元器件；过孔不宜太大且大小要一致，在板中过孔外径大小为 2.5mm，内径为 0.816mm，过孔不宜在元器件上，且应尽量远离不相连的元器件，以
38、免在生产中出现虚焊、连焊、短路等现象。（3）电源电路的设计电源是各种电子设备不可缺少的组成部分，而便携式电子产品多采用电池供电，为了使电路性能稳定，往往还需要稳定电源，尤其是像本文设计的无线遥控开关包含射频电路时，其性能的优劣直接关系到无线遥控开关的技术参数及能否安全可靠地工作。目前电源的种类繁多，不同的电源都有特定的使用场合。在无线遥控开关的电源设计中，主要考虑使用线性稳压电源和开关电源，并根据这两种电源的特点设计了适合无线遥控开关的电源。线性稳压电源因其内部调整管工作在线性范围而得名。线性稳压电源的优点是外围元件少、输出噪声小、静态电流小，价格也便宜。其最主要缺点是由于输入电压与输出电压之
39、间的电压差（一般称为压差）大，造成调整管上的损耗大，转换效率较低。开关电源是由于器件中有一个工作在开关状态的晶体管（一般是MOSFET），开关管工作于饱和导通及截止两种状态，所以开关管的管耗小并且与输入电压大小无关，效率较高（一般可达 80%95%）。开关电源主要指DC-DC 变换器，主要包括升压式（VoutVin）、降压式（VoutVin）三种类型。无线遥控开关需要使用电池供电，电源输出电压需要 3.3V，输出电流需要达到100mA 以上，输出电压噪声要小以保证射频电路稳定工作。然后是电容和二极管的选择，选择滤波电容的主要依据是系统对电源纹波的要求，滤波电容的等效串电阻（ESR）是造成输出纹
40、波的主要因素，而且也会影响到转换效率，应选用低 ESR 的电容。陶瓷电容和钽电解电容具有较低的 ESR，也可选用低 ESR的铝电解电容，但应尽量避免标准铝电解电容。容量一般在 10100F，对于较重的负载应选取大一点的电容。较大容量的滤波电容有利于改善输出纹波和瞬态响应。二极管的作用是当功率开关管关闭时，为电感电流提供一条直流通路，故该二极管有时称续流二极管。续流二极管要求具有快的反应恢复时间和低的正向压降，因为反应恢复时间的存在会引起噪声，增加二极管本身和功率开关的功耗。二极管正向压降的大小直接影响二极管上的损耗的大小。经过以上对电源输出电压的滤波处理后，电源输出端的尖脉冲得到了很好的处理，
41、将电源输出端连接到芯片引脚供电端时再加上去耦和旁路电容，会得到更加平稳的电源。第五章 硬件电路的焊接与调试5.1电路的焊接对于整个无线遥控开关系统的设计开发来说，系统的调试和性能测试是非常关键的，它关系着整个系统能否正常工作。系统调试包括硬件和软件两个方面，调试过程是反复进行的，在调试过程中会遇到各种问题，根据这些问题需要对系统硬件和软件设计进行修改，这样边调试边修改最终达到预期的效果。无线遥控开关的硬件调试过程总体可以分为 3 个步骤： （1）在焊接器件之前，先用万用表等工具，根据硬件设计图仔细检查线路的正确性，元件安装是否符合要求。特别注意电源系统的检查，以防止电源的短路和极性错误。 （2
42、）器件焊接之后，重新检查硬件连接情况，检查是否存在错焊、虚焊等情况，否则上电后出现短路情况将芯片烧坏。 （3）在硬件没有问题的前提下就可以进行程序的调试了，调试时先部分调试再整体调试，直到程序正常运行。在焊接时特别要注意CD4013芯片的焊接，用烙铁焊接时要注意对烙铁的温度和焊接时间的控制，否则会出现 CD4013芯片损毁的情况。CD4013芯片的引脚间距非常小，这给焊接时带来极大困难，极易造成虚焊现象，焊接后要对每个引脚仔细检查。5.2安装制作 1、清理元器件，重点辩别认清电阻器阻值及相应代号，对电阻、电容、发光二极管、三极管、电源变压器等要用万用表一一检测。 2、安装时，电阻器、整流二极管
43、采用卧式插装，并近贴电路板；瓷介电容器、电解电容器、三极管等采用立式插装，也要近贴电路板。发光二极管安装时可不讲极性，因为其供电电路为交流电源，其余有极性元件：如电解电容器、整流二极管、稳压二极管、三极管、集成电路等必须按正确的极性插装，否则电路不会正常工作。3、电源变压器的初、次极必须分清接正确，初极（220V）线圈的直流电阻为几百欧左右，而次极（13V）线圈的直流电阻是几十欧。 4、220V的接线柱的两脚弯90度后在覆铜面焊接固定。铜插件最好先上锡，再焊在电路板上固定而成。 5、红外线发射管和接收头H焊接时注意极性，焊接时间不宜过长。 6、电路板上有4根跳线，需用铁线搭接。7、焊完元器件后，在覆铜面剪掉多余元器件的引线,工具最好用斜口钳，可防止因剪线而使覆铜皮损坏。 8、应从外壳上区分1N4148的普通二极管和4。7V的稳压二极管，外壳上标有“4。7V”的是稳压二极管，表有“1N4148”的是普通二极管。5.3调试 1、焊接完后，请认真对照电路原理图、安装图检查电路板上有无漏焊、错焊、短路、断路等错误现象，确认无误后才能通电。2、通电后，4个发光二极管都应点亮，分别用手控方式按动K1、K2
