无线遥控门铃课程设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流无线遥控门铃课程设计.精品文档. 无 线 遥 控 门 铃 课 张 程 少 设 龙 计无线遥控门铃设计摘要随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对居住环境的安全、方便提出了越来越高的要求，尤其是在智能化住宅中，人们迫切需要一种不仅安全可靠、使用方便等优点于一体的智能门铃产品，因此无线遥控音乐门铃系统的设计成为本课题研究的目标。本文介绍了一种新型无线遥控音乐门铃,它采用具有编码功能的遥控发射-接收专用集成电路.结合高音质机电式音乐门铃做声源,成为一种声音动听、门铃按钮与声源之间免去连线、安装方便的新型遥控高

2、音质门铃.这种门铃具有功耗低,电路简单可靠,抗干扰能力强,遥控距离远,电路体积小等优点,其接收电路连同机电式音乐门铃为一体,可以随意放置在室内有220V交流电源的地方,还可变换门铃各种音乐，使声音悦耳动听，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景.随着微电子技术、无线技术的发展，由开始的按钮门铃到现在的可视对讲门铃、智能数码门铃，发展速度不断飚升。针对目前世界范围内经济严峻形式和我国经济运行面临新的不确定性因素，如何根据急剧变化的外部经济环境调整企业发展规划和经营方针，成为摆在我国无线音乐门铃企业面前亟待解决的问题。在全球金融危机形势下，无线遥控门铃企业的发展需要我们不断研究、不断创新，向着产

3、品智能化、数字化、信息化方向发展。该无线音乐门铃用TC4069集成块来作发射和接收主电路，该电路用先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术，接收由解调、放大、整形、声响电路组成，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。目录第一章 绪论- 1 -1.1 我国发展智能住宅小区的前景- 1 -1.2 开发研究无线遥控音乐门铃的意义- 1 -第二章 设计任务- 2 -第三章 系统硬件电路设计- 2 -3.1单元电路的选择- 2 -3.1.1 发射机单元电路的选择- 2 -3.1.2 接收机单元电路的选择- 3 -3.1.3单元电路设计的其他方案- 5 -3.2硬件可靠性及抗干扰设计- 7 -第四章 系统概述-

4、 8 -4.1 方案选择及其论证- 8 -4.2 系统的工作原理- 8 -421反相器原理- 9 -422发射板原理- 9 -423接收板原理- 11 -4.3 系统设计原则与结构- 13 -4.3.1 系统的设计原则及指导思想- 13 -4.3.2 系统结构- 14 -4.4 功能简介- 14 -4.5创新思想- 14 -第五章 工艺流程图设计- 15 -5.1 产品组装主要工艺流程图- 15 -第六章 结束语- 29 -6.1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明- 29 -6.2 总结设计的收获与体会- 29 -结论与展望- 30 -致谢- 30 -参考文献- 31 -第一章 绪

5、论1.1 我国发展智能住宅小区的前景随着科学技术的飞速发展，全球经济国际化和社会信息化的浪潮汹涌澎湃。住宅功能也日益增强，智能住宅与智能小区应运而生。欧美、日本等发达国家从七十年代就开始加强这方面的研究，并专门成立了现代住宅开发公司，建造了一大批样板智能住宅。我国对智能住宅的研究还刚刚起步，但其发展相当迅速，一具有一定智能化水平的住宅在我国一些大城市（如上海、南京、广州等）兴建。九五年七月华东建筑设计研究院编制了上海市智能建筑设计标准，九八年三月十日江苏省地方标准建筑智能化系统工程设计标准颁布实施；国标智能建筑设计标准九九年十二月一日在沪审查通过。这无疑为广大电子设计人员及工程施工人员提供了标

6、准依据。住宅智能化作为科学技术与现代住宅的桥梁，不断丰富住宅的艺术内涵，不断满足人们信息共享及先进的物业管理的必然要求，相信经过致力智能建筑的设计者和建设者的共同努力，不远的将来会在中国的大地上涌现出一大批智能化住宅。 个人认为大力推进智能小区的建设比较符合中国国情，一方面可以节省土地，另一面便于加强城市规划和管理。作为一个应用电子学习者，目前最迫切的任务是如何使智能小区设计的功能设定恰到好处、技术路线恰当其分，使智能住宅产品得到市场的最大认同。让我们迎接我国的智能化住宅和智能小区建设春天的到来！1.2 开发研究无线遥控音乐门铃的意义 所谓无线门铃是针对传统的有线门铃而讲的。传统的门铃都为有线

7、门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。如果在豪门大院或经常听不到门铃声的房主，有时总会不能及时接待来客，很是尴尬。传统的门铃布置采用导线将门铃的各个设备连接到一起，随着技术的发展，无线技术得到广泛的应用，这就出现了无线门铃！简便、灵活的无线安装设计，免去安装时的麻烦及支出，不影响装修美观。空旷地带遥控距离长达100米，超长的能达150米，能满意各式住宅及高层楼宇需求。实际遥控距离视使用环境因素而变化。而且无线遥控音乐门铃能发出各种不同的优美音乐，用户可以通过转换开关选择喜欢的音乐。门铃安装时太靠近金属物会缩短遥控距离。耗电极微，开关内置可更换12伏电池，不按动时不耗电。正常使用寿命为一年（按

8、20次/天）。接收器插电使用时，功率消耗为1W，等于一年只耗一度电。按钮可装可贴，即使家庭主妇，亦可容易完成安装。门铃装入室内，随意插入任一电源即可，门铃温度60摄氏度为正常。在现代家庭中，利用无线电技术制成的无线门铃和无线防盗报警器已广为应用，但目前市面上所售无线门铃以简易型居多，即遥控器与接收器间的数据传输采用非编码式，这种门铃生产成本较低。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃不断被研究并生产流入市场。第二章 设计任务任务与要求发射器采用电池供电，静态电流小；采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；具有一定的

9、保密性；在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响；门铃按键按下有振铃响起；接收板用5号电池供电；音乐IC可以发出三种音乐，可以转换开关选择喜欢的音乐。第三章 系统硬件电路设计3.1单元电路的选择3.1.1 发射机单元电路的选择发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。（1）调制级电路选用一块TC4069和32.768KHz晶体完成（见下图），TC4069是6反相器。TC4069可以换用CD4069，选用该芯片主要是可以产生稳定并在一定范围内的频率。本电路关键在于晶振X1和频率调整。而X1取决于购买，调频率取决于技巧。X1在电子商场不易购到，可以到一般的小学校门口或一元商店去买两只普通的

10、电子表，回来拆下其中的晶体就是32.768KHz。如果找不到，发射端就将X1换成200P电容，再用820K电阻串一只小型500K可调电阻代替原R2。这种方法增加了制作者的难度，降低了成功的可能性。建议还是用晶振做。图3-1-1 调制级电路（2）高频振荡级选用Q1、L1、C3和6P电容C1组成高频振荡级（见下图）。L有一定的要求，否则接收的频率和发射的相差太大也是不能收到信号的。它是做在印刷板上的铜箔，规格可做成矩形或圆形，铀箔宽度为1.5mm，外形长宽为1.2cm X 2.7cm,或直径2cm,量内框。因为接收端的频率可调，所以L1的制作只要大体上接近上面的规格即可。这个矩形或圆形线圈不能用漆

11、包线去做，否则就算调好了日后也容易跑频，发出的信号不能被正常接收到。图3-1-2 高频振荡级电路图3.1.2 接收机单元电路的选择(1)接收电路主要有振荡接收电路接收信号经过解调、信号放大、选频整形、推挽放大使喇叭发声。振荡接收电路主要由Q3、L2、C4、C16组成超再生振荡接收器（如图4-1-3）图3-1-3 超再生振荡接收电路图(2)信号放大、选频整形电路选用TC4069、Q2和晶振X2组成，X2的选择和X1一样，前文已阐述。 图3-1-4 信号放大、选频电路3.1.3单元电路设计的其他方案（1）发射机 高频振荡级电路还可以用一块TWH630微型无线电发射头代替，当按下发射按键SBl时，它

12、通过内藏天线向空中辐射高频信号。调制振荡器采用一块普通555时基集成电路，将其接成自激多谐振荡器，方波信号由电阻器R3加到TWH630的输人端IN对辐射的高频信号进行调制。接收板也相应接一个TWH631无线电接收头电路图如下：图3-1-5 调制振荡器采用一块普通555时基集成电路即可完成TC4069的功能，利用555构成多谐振荡电路，如下：图3-1-6（2）发射板中用的电池为12V电池，考虑到在我们日常生活中12V电池很难买到，而1.5V电池比较常见，因此，为了更换电池的方便，设计一个升压电路，使电源电压达到12V供电要求。（设计电路如下） 图3-1-7其中，标有14的输入端接在TC4069的

13、14脚上；按AN，Q1、L2、R1组成的升压电路把1.5V直流电转换成交流电并升压，D1整流，C1、C2滤波为发射电路提供电源。3.2硬件可靠性及抗干扰设计 在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感器件，指容易被干

14、扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大器等。抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。（类似于传染病的预防） 该门铃电路抗干扰设计采用了超再生振荡接收电路，并在接收电路后级设计了一个晶振用来选频，确保接收板接收到发射板信号后才响铃，避免了其他相近信号的干扰。第四章 系统概述4.1 方案选择及其论证（1）系统的组成：该无线音乐门铃由发射模块和接收模块组成，用TC4069集成块来作发射和接收主电路。发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成，Q3、L2、C4、C16组成超再生振荡接收器，音乐芯片采用TQ33G，可以发出三种音乐（双音叮咚

15、，西敏寺，爱丽斯），可以转换开关选择喜欢的音乐。（2）方案选择：该电路用先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术，接收由解调、放大、整形、声响电路组成，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。该方案主要是通过振荡产生、发射和接收信号，再经过整形放大推动喇叭发音。4.2 系统的工作原理发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。调制级电路由一块TC4069和32.768KHz晶体完成，TC4069是6反相器。所谓反相器，就是反相器都有两端，输入端是高电平时输出端就转为低电平，输入端是低电平时输出端就为高电平，输入和输出端的电平总是相反。如图1脚和2脚为第一个反相器，本文称反相器1，之后称反相器2、3、，总共

16、TC4069有六个。图4-2-1 TC4069内部电路图421反相器原理 反相器由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成.通常P沟道管作为负载管，N沟道管作为输入管.。两个MOS管的开启电压VGS(th)P0,通常为了保证正常工作，要求VDD|VGS(th)P|+VGS(th)N。若输入vI为低电平(如0V),则负载管导通,输入管截止,输出电压接近VDD。若输入vI为高电平(如VDD),则输入管导通,负载管截止,输出电压接近0V。图4-2-3 反相器原理图422发射板原理发射器开关按下时，反相器1和2及相关元件组成振荡发生器，产生32.768KHz低频信号。过程：反相器1的

17、1脚开始为低电平，2脚就是高电平，4脚也为高电平。2脚的高电平经R2对晶体X1充电，充电电流经R2-X1-反相器2的4脚到负极。充电时间由X1决定，等效电容为200P。由于X1的充电，X1上的电压逐渐上升，当升至反相器1的翻转电平时，2脚就由原来的高电平转为低电平，4脚也同时转为低电平。X1开始放电，放电通路为R2-反相器1的2脚-负极。放电后X1上的电位降低，到一定程度时1脚降为低电平了，输出端又翻转成高电平，再次对X1充电，至此已完成一个充放电过程，即一个振荡周期，4脚输出一次低高变化的电平。之后振荡一直持续下去，反相器2的4脚就会一直输出高低不断变化的电平信号。这个信号的频率由晶体决定，

18、为32.768kHz。这个过程在电路实际工作时完成得极快。反相器1和反相器2用于产生振荡信号，反相器3-6并联使用，构成输出控制，能提供20-30mA的灌入电流。反相器3-6的输出端接在发射管Q1的发射极对Q1进行调幅，向外发射电磁波。7脚输出一串数字编码信号，经Q1放大后由L1向外发射。D1为LED信号发射指示。图4-2-4 发射板原理图图4-2-5 9018Q1、L1、C3和C1电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L和C3及三极管的集电结电容C2决定。一般为200-270MHz。Q1的发射极如果直接接在负极时就能产生等幅高频波，再接在反相器的输出端就使输出受32.768KHz振荡信号调制

19、，通过印刷电感L发射信号。按键每按一次就发射一次。 423接收板原理 Q3、L2、C4、C16为超再生振荡接收器，L2为绕制线圈，在直径5mm的骨架上绕制，用0.51漆包线绕3圈，骨架中间用铜芯调节。当L2的振荡频率与发射端相同时，产生谐振，Q3的超再生信号就受发射端的调幅信号控制，L1为色环电感，阻止高频信号通过。超再生振荡电路具有自检波功能，检波后的调制信号在R14上产生压降，经R3、C7送入TC4069进行放大，整形再放大，这由三个反相器13和12、11和10、1和2(三级高增益放大器)完成，C8滤波滤除检波后的高频杂波，使用检波后的有用信号信噪比最大。经三极放大后的调制信号与发射端（低

20、频32.768KHz）同频， X1在电路中起选频作用，同频率的信号能顺利通过，免除了许多不需要的各种外界信号的干扰，选频后的信号送入Q2放大整形，该信号的幅度还较低，经最后两级开路反相放大后输出等幅方波信号。R21限流，C11滤波，对方波进行平滑滤波，并有数十毫秒的延时，也能消除外界尖脉冲对触发电路的干扰，本电路采用TQ33G系列三种声音可选择，双音叮咚，西敏寺，爱丽斯。K1是乐曲选择开关，音乐信号经Q1放大推动喇叭发出优美的门铃音乐声 图4-2-8 TQ33G管脚图4.3 系统设计原则与结构4.3.1 系统的设计原则及指导思想 该无线音乐门铃系统用TC4069集成块来作发射和接收主电路，合理

21、的设计应该在保证产品必备功能的前提下，使制造成本最低，使电路更简单。同时，还要保证系统电路的性能和稳定性，确保电路能正常工作，避免出现因电路电流过大而烧坏元器件的现象。该系统通过先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术使发射板和接收板产生谐振，通过解调、放大、整形、功率放大推挽喇叭发音。4.3.2 系统结构按下开关调制振荡稳频高频振荡发射信号4-3-1发射板工作原理框图振荡接收电路解调信号放大选频整形推挽功放4-3-2接收板工作原理方框图4.4 功能简介发射器由调制振荡级和高频振荡级两级组成。接收板由超再生振荡接收器完成接受信号功能，再经选频、放大、整形后使得喇叭发声。当有人按下发射板开关时，发射

22、器开始工作，发射出电磁波信号；接收板产生谐振，经整形、推挽放大使音乐响起。4.5创新思想可以将发射板的信号触发用其他电路代替（如：用555构成的多谐振荡器等）；无线音乐门铃设计应答方式，例如语音方式(如无人，请以后来等)；应答后，20秒钟内仍然有人按门铃，且再次语音应答提示后，门被撬动提供告警(语音，光或电话等)；可以采用AT89C2051单片机作为中央处理芯片，使得该系统的功能扩展，将该无线遥控门铃设计成集无线门铃和无线防盗报警器于一身的无线门铃报警器；将音乐芯片TQ33G换成一个双稳触发电路，再配一个继电器或可控硅，就可作为实用的遥控开关或遥控电灯使用了。元器件筛选检测工艺准备（引脚加工、

23、成形等）焊接电路板检查与调试整机总装与布线调试完成第六章 结束语6.1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明该电路用先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术，接收由解调、放大、整形、声响电路组成，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。但随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，无线音乐门铃将满足不了人们的生活需要，无线可视门铃已逐渐走进人们的生活。随着生活节奏的加快，有访客而主人不在家，则需要一种能够纪录来客的录象门铃，也可作为防盗设备。就该电路而言，可以加上红外接收管，只要有人即可使门铃音乐响起。6.2 总结设计的收获与体会1、通过这次毕业设计，加强了我们动

24、手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案使用了TC4069芯片、TQ33G 2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 3、我在做毕业设计的同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完毕业设计，那些问题就迎

25、刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。4、在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。 5、在画好原理图后的做PCB版时，由于项目组成员对单面板的不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题，今后要牢记这个教训，使以后布线更加顺利。 6、经过毕业设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度

26、热情高涨。这一路走下来，点点滴滴我至今历历在目。 生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状

27、元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。结论与展望在现代家庭中，利用无线电技术制成的无线门铃和无线防盗报警器已广为应用，但目前市面上所售无线门铃以简易型居多，即遥控器与接收器间的数据传输采用非编码式，这种门铃生产成本较低。我们可以设计集无线门铃和无线防盗报警器于一身的无线门铃报警器的制作，集思广益创新思想,扩展本课题的功能和应用范围。可以将单片

28、机技术应用于无线遥控门铃行业，使门铃的功能更加广泛。对于本课题设计电路，我们可以把音乐片换成一个双稳触发电路，再配一个继电器或可控硅，就可作为实用的遥控开关或遥控电灯使用了，性能也不比市场上的带编码的差。加入编译码电路，做个高质量的遥控汽车模型也能水到渠成。随着数字智能化技术的发展，智能门铃、可视对讲门铃、红外线门铃等将快速发展，并将很快普及我们的生活。可见，无线遥控门铃的发展前景非常乐观，市场前景非常广阔，由此，对于门铃系统的开发与研究将成为我们电子应用专业人才长期研究的课题。参考文献【1】周良权 傅恩锡 李世馨 编 模拟电子技术基础（第三版）M.北京:高等教育出版社,2005【2】张玉莲 编 电子CAD(Protel99SE)实训指导书（第一版）M.西安电子科技大学出版社，2007【3】林春景 编模拟电子线路(21世纪普通高等教育电子信息类规划教材) （第一版）M. 机械工业出版社，2009【4】 全国大学生电子设计竞赛组委会编. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编. 北京：北京理工大学出版社，2005年3月第1版【5】美Myke Predko 著 张晓林 等译. 数字电路原理与设计实例解析(Digital Electronics Guidebook With Projects). 北京：电子工业出版社，2004年2月