无线遥控门铃的设计与制作

摘 要 由于电气时代和信息时代的飞速发展，广大群众对于无线遥控技术的认知也越来越清晰，对无线遥控产品的需求也越来也大。这篇论文将介绍一种用无线遥控技术制作的一款门铃，这种门铃是一种既安全，又节约资源，使用又方便的无线遥控门铃。这种遥控门铃主要有发射掉路和接收电路两大模块，发射电路的组成部分主要是脉码调制发射和石英晶振稳频技术，接收电路则是由超再生接收、解调、放大、整形、声响等电路组成。具有使用寿命长，遥控距离远，消耗资源低等特点。 与传统门铃相比，此无线遥控音乐门铃可靠性、抗干扰性强、使用方便。该门铃由发射板和接收板两部分组成，在设计过程中运用到了电路基础、高频电子技术、模拟电路等大学课程，而且设计的门铃操作简单，适合家居使用。 关键词:无线控制；无线音乐门铃；脉码调制；石英晶振稳频 Design and making of wireless remote control doorbell Abstract Emission of two main cognitive due to electrical era and information era of rapid development, the broad masses of the people for the wireless remote control technology is more and more clear, the wireless remote control products demand more and more. This paper will introduce a kind of wireless remote control technology in the production of a bell, the door bell is a kind of safe and resource conservation, use and convenient wireless remote control doorbell. The remote control doorbell fired off road and receiving circuit module, a transmitting circuit part mainly pulse code modulation and quartz crystal frequency stabilization technology, the receiving circuit is composed of the super regenerative receiver, demodulation and amplification, shaping, sound and other circuit components. With the use of long life, remote control Distance, low consumption of resources and so on. Compared with the traditional doorbell, the wireless remote control doorbell music reliability, anti-jamming is strong, easy to use. The doorbell by launching plate and a receiving plate is composed of two parts, in the design process applied to the basic circuit, high-frequency electronic technology, and analog circuit, university courses, and the design of the bell operating simple, suitable for home use. Keywords: wireless control; wireless music doorbell; PCM; quartz crystal frequency stabilization 目 录 引 言 3 1) 研究背景 3 2) 研究目的及意义 3 1系统的原理 4 1.1 概述 4 1.2 发射机的技术指标 4 1.2.1 发射功率 4 1.2.2 工作频率或波段 5 2发射电路原理 5 2.1 低频信号振荡器 5 2.2 高频信号振荡器 5 2.3 幅度调制 7 2.4 小信号谐振放大 7 3 接收板原理 8 4 总结 9 致 谢 10 参考文献 10 引 言 1) 研究背景 二战之后，各国都在发展创新高新技术，各种兴新技术更新速度极快，同时影响着科技、经济、生活等各个方面。因此人们对生活的质量水平也日渐提高，并且不管是城区还是乡镇，人们越来越喜欢住大房子，住了大房子门和房间的距离就越来越远，访客敲门不容易听到。会经常怠慢客人或者耽误重要的事。因此门铃成为日常生活中常用的工具，但是普通的门铃需要布线，影响美观，维护起来也比较麻烦麻，对于现在的生活水平来说已经不是很方便了。所以本次将进行研究无线遥控门铃的设计与制作，运用无线遥控技术来让生活方面跟上科技发展的节奏，无线遥控门铃让大房子的主人更方便，所以受到广大人群的喜爱。它是一种安全可靠使用方便消耗低微智能化门铃。与传统门铃相比，无线遥控音乐门铃使用更方便、安装更美观、消耗更低、维护更便利。 2) 研究目的及意义 本设计运用到了高频电子技术、电路基础、模拟电路等相关理论知识，设计出相应的模块，使其发挥出特定的功能，目的在于把大学学到的理论知识运用到实际操作中，通过自己动手在操作过程中深度理解和运用大学学到的高频电子技术、电路基础和模拟电路和技术，同时还培养和提高了我们收集整理信息和克服困难的能力，在设计的过程中，对电脑的软件有了更深刻的认识和运用，对各种测试仪器也有了更深刻的认识，使自己在整个毕业设计的过程中学到了很多。 1系统的原理 1.1概述 无线通信是利用电信号可以自由在空间中任意传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线电通信传输是利用无线电波的发射和

接收，因此分为发射机和接收机两部分。此次设计采用幅度调制(AM)。发射机部分由高频振荡器产生高频信号，555定时器产生低频信号，通过幅度调制(AM)方式把低频信号装载到高频信号中然后经过天线进行发射。接收部分先放大接收到的电信号，然后进行解调，即保留信号中的高频电磁波，最后让保留下来电磁波推动喇叭发音。 发射机框图分别如图2-1所示。 低频振荡器 幅度调制（AM） 小信号放大 高频功放 高频振荡器 图1-1发射部分框图 1.2 发射机的技术指标 1.2.1发射功率 发射功率是指发射机输送信息到天线上时所达到的功率。只有当天线的长度与发射机震荡的波长相思是，天线才能有效地把载波发射出去。波长λ与频率f的关系为： λ＝c/f 式中，c为电磁波传播速度，c=3×108m/s。 若接收机的灵敏度=2μV，则通信距离s与发射功率之间的关系为： =1.07 功率发射系统的功率与通信距离s的关系如表1-2-1所示。 表1-2-1发射功率PA与通信距离s的关系 50 100 200 300 400 500 s/km 2.84 3.38 4.02 4.45 4.82 5.08 1.2.2工作频率或波段 国家或有关部门会规定发射机的工作频率，我们在设计是应在合法范围内选取工作频率。调幅发射机的工作频率一般规定在超短波范围内。 1.2.3总效率 发射系统的总效率η为发射系统的总功率与其消耗的总功率之比，即： η=/ 2发射电路原理 2.1低频信号振荡器 调制就是将需要加载到载波上的信号进行处理，使信号能够变成信道传输形式的过程，就是使载波随信号改变的技术。调制信号是由原始信息变换而来的低频信号。由此，B信号就携带了A信号的相关信息，在某种场合下，

可以把B信号上携带的A信号的信息释放出来，从而实现A信号的再生，这就是调制的作用。 2.2高频信号振荡器 石英晶体具有压电效应。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是 [2.82%] 真空溅射系统射频电源功率放大器和阻抗匹配关键技术的研究 [学位论文]孙小桃，2014年 合肥工业大学

具有严格的要求。目前市场上多采用的是石英晶体振荡器，它是利用利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。万方数据 第三章 真空溅射射频电源的设计27利用这种特性，就可以

晶体谐振特性的反应。将石英晶体按一定方位切割成片，两边敷以电极，焊上引线，再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体谐振器（简称石英晶振），石英晶振具有十分稳定的震动频率。发射电路用石英晶振可以稳定发射频率，提高了遥控门铃使用的安全性能，也增长了门铃的使用寿命，比一般门铃更实惠。根据石英晶振在振荡器中的作用原理，晶体振荡器可分成两类。一类是并联型晶振，就是将石英作为等效电感元件用在三点式电路中，工作在感性区；另一类是将其作为一个短路的元件串联在正反馈支路上，工作在它的串联谐振频率上，称为串联型晶体振荡器。 发射板电原理图如图2-3所示。图中，SW为发射开关，Q2、Q3及相关的阻容元件:R6、R7、R4、R5、C6等，构成多谐振荡器。由SAW1、R3组成稳频电路。该电路的低频方波通过Q2的集电极电阻R2输出至高频振荡及调制级。 图2-2发射电路原理图 发射电路的高频振荡由振荡回路L1、C1、C2、C4、T1和三极管Q1等组成，，振荡线圈T1的中心频率比发射频率稍微低一点，其一端与Q1集电极相连，另一端通过电容器C1采用正反馈电路，正反馈到Q1基极，组合在一起成了成了三点式振荡电路。振荡器反馈的大小是由C1、C4以及Q1电容分压决定的。振荡频率主要由L1的电感值、T1、C2的电容值大小来决定，改变C2的值可以调整振荡频率的范围，在这篇文章中，振荡频率范围在200－270MHz之间。发射天线由印刷电路板上的环形铜箔线形成，起到发射天线的作用。R2为Q1的上偏置电阻器，当多谐振荡器的输出的方波为高电平时，高频振荡器振荡，当为低电平时振荡器则停止振荡，形成脉冲键控制的高频载波形(ASK调制)。高频振荡电磁波通过印刷电路板上的天线发射出去。 D1为LED信号发射指示。每当SW按键按下，发射板的电

源就被接通，发射板开始工作，向外发射被32．768KHZ调制的高频信号，LED发光，指示发射板正在工作。图2-1中，R1为LED的限流电阻，C7为高频滤波电容。并联谐振频率： = = 2.3幅度调制 幅度调制是对高频正弦载波的控制利用调制信号，让载波的变化随着调制信号的变化而变化的过程。 假设，m(t)为调制信号，(t)为已调信号，h(t)为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为： (t)=[m(t),t]*h(t) (2-3-1) (w)=[M(w+)+M(w-)]H(w) （2-3-2） 式2-3-2中，M(w)为调制信号,m(t)的频谱，H(w) __为

载波角频率。 由2-3-1、2-3-2式可见，对于幅度调制信号的控制，在波形上，基带信号的变化控制着波形变化；在频谱结构上，它的频谱完全符合基带信号的频谱在频域内的搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统 [2.82%] 宽带无线信号调制方式的识别 [学位论文]王浩，2011年 哈尔滨工程大学

调制信号ｍ（ｔ）的频谱，日（国）§ｈ（ｔ），纹为载波角频率。由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化。在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统

。 通常有低电平调幅和高电平调幅两种实现电路。低电平调幅电路输出功率小，适用于低功率系统。它的电路形式有多种，如斩波调幅器、平衡调幅器、模拟乘法器调幅等，比较常用的是采用模拟乘法器形式制成的集成调幅电路，即集成模拟乘法器调幅。这种集成电路的出现，使产生高质量调幅信号的过程变得极为简单，而且成本很低。 2.4小信号谐振放大 小信号放大电路作用就是将微弱的线性放大，放大后，对不需要的噪音和干扰信号剔除。它分为窄频带放大电路和宽频带放大电路。窄频放大电路的放大范围是频率在几百赫兹，频谱宽度在几千赫兹到几兆赫兹的微弱信号；而宽频放大电路则是对频带宽度在几兆到几十吉兆甚至更高范围内的微弱信号进行放大。它们都有工作频率高和工作在线性范围内的特点。而高频小信号谐振放大电路属于窄频带放大电路，它由双极型晶体管、场效应管或集成电路等有源器件提供电压增益，由LC谐振回路、陶瓷滤波器或者声表面滤波器等器件实现选频功能。它由两种主要类型：以分立元件为主的谐振放大器和以集成电路为主的集中选频放大器。宽频带放大电路也是由晶体管、场效应管或集成电路提供电压增益。为了展开带宽频带，不但要求有源器件的高频性能好，而且在电路结构上采取了一些改进措施。 3 接收板原理 接收板主要用的是带反相器的集成电路，反相器是由一个P沟道增强型MOS管和一个N沟道增强型MOS管串联组成。本例使用的集成电路是HD140696反相器。内部结构如图4所示。1脚和2脚为第一个反相器，本文称反相器1，3脚和4脚称反相器2，之后称反相器3、4、……，HD14069共有六个反相器。接收，如图2-5所示。 图3-1接收电路系统框图 接收电路系统由高频接收电路、解调电路、放大电路、选频整形和音乐门铃电路等五部分组成。 高频接收电路和解调电路采用了超再生接收电路，这是一个很古老的电路。超再生接收具有灵敏度极高，元器件少的特点。缺点是要求晶体管截止频率fT较高，限于历史的局限性，当时晶体管较为昂贵，截止频率fT较高的晶体管更为昂贵，因此，超再生接收没有被应用。但历史发展到今天，fT为500MHZ的小功率管很为普通，价格相当便宜，因此，超再生接收得到了广泛的应用，尤其在遥控领域。 超再生接收本身就具有解调功能，放大电路、选频整形和音乐门铃电路都是较为普通的电路。下面一一做以说明。图2-6为具体的接收板电路。 图3-2接收板电图 超再生很像是一个振荡电路，但其振荡受外来信号控制。超再生接收电路中，由超高频三极管Q1、谐振线圈T1、谐振电容器C9、反馈电容器C10等组成了三点式振荡器，它的振荡频率主要取决于谐振线圈、谐振电容器和反馈电容，振荡强度由反馈电容的电容量大小而定，改变谐振电容器可以改变接收频率。建立在超高频振荡的时候，谐振线圈、谐振电容振荡回路中的高频电流，经过反馈电容器和三极管极间电容向电容C4充电，电容

C4上的电压升高，产生了反相偏置电压，反向偏置电压加在超高频三极管的发射极上，三极管直流工作点迅速下移，使高频振荡减弱，直到超高频三极管截至、振荡器停止振荡为止。此后电容C4充有的电荷通过电阻器R6放电，超高频三极管反向偏置电压减小，直接发射结正向偏置满足高频振荡条件时，建立下一个振荡过程，由此形成受间歇振荡调制的超高频振荡，这个间歇振荡就是淬熄振荡。振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短与所接收超高频信号的振幅有关，振幅大时起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡的间歇时间也短，由于三极管工作在接近截止的非线性区，检波后形成的发射极电流也大，在电阻器R4上产生的压降也大。与之相反，当接收的超高频信号振幅较小时，检波后在电阻R4得到与调制数码信号一致的音频电压，这就成为超再生检波。由于超再生检波器处在间歇的振荡状态，具有很高的接收及检波灵敏度，有上万倍的放大增益。在图2-6中，L1为高频阻流圈，阻止高频振荡电流直接入地，并能通过直流信号建立振荡器的工作点。偏置电阻器R5及旁路电容器C1为Q1基极提供一个稳定的静态工作点。由Q1集电极输出的信号，通过滤波电容器C8虑去超高频成分，在集电极负载电阻器R4上产生数据信号压降，通过滤波电阻器R3及滤波电容器C7除去超再生检波器产生的热噪音及残存的淬熄振荡信号，并通过耦合电容器C6输入到集成电路IC1的反相器1的输入端。通过电阻R2的作用，反相器1被形成一个放大器，数据信号经反相器1放大后送入反相器2，反相器2放大后送入反相器3。反相器2，3均是一个放大倍数极大的放大器，数据信号经反相器3放大输出后，经32．768MHZ晶体SAW滤波选频后，送入Q2基极，此时的数据信号与发射端(低频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，输出等幅方波信号，送至反相器4的输入端。R8、R9是Q2的偏置电路，C11是滤波电容，R1的作用与R2同。等幅方波信号经反相器4和反相器5放大整形后，经D1检波后形成触发脉冲，C1R7是其滤波元件。该触发脉冲经反相器6整形后，加到音乐选择开关SW上。通过SW控制音乐芯片发声IC2。音乐芯片电路的型号为OY8，它有三种声音可选择，双音叮咚，西敏寺，爱丽斯。经乐曲选择开关SW选择后，音乐信号经音乐芯片内部放大器放大后推动喇叭发出优美的门铃音乐声。 4总结 这一次的毕业设计极大地增强了我对书本内容的理解和运用，对现今社会的发展趋势也有了相当的了解，无线技术是一门很值得深入研究的课题。随着研究的深入会开拓出越来越多的运用方法，为科技生活的发展提供动力。 这个无线遥控门铃采用先进的脉码调制发射及石英晶振稳频技术，接收器由解调电路、放大电路、整形电路、声响电路组成，具有性能稳定、控制距离远、使用寿命长等特点。现今社会无线技术飞速发展，无线可视门铃技术正逐渐被广泛应用。我们可以在无线门铃技术基础上进行扩展，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，还可以将单片机技术应用于无线遥控门铃行业，使门铃的功能更加广泛。 致 谢 在我的学习生涯将要结束之际，我在这里对老师们表示衷心的感谢!感谢我的老师们给予我的细心教育和指导，使我的知识得到丰富，拓宽了我的视野。我要特别感谢我指导老师，老师对我毕业论文的选题、写作思路、写作提纲到论文的修改、成文都给予了我悉心的指导，使我受益匪浅!还要感谢的是我的同学们，从同学们的身上我学到了很多课堂上学不到的知识，感谢你们给予我的无私的帮助!由于时间仓促，水平有限，本文不可避免地存在着一定的疏漏或错误，恳请各位评委批评指正。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入选题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 参考文献 [1]张素文．高频电子线路［M］．北京:高等教育出版社，2008． [2]邱关源．电路［M］．北京:高等教育出版社，2006． [3]杨华中，汪蕙．电子电路的计算机辅助分析与设计方法［M］．北京:清华大学出版社，2009． [4]福田务．电子电路［M］．北京:科学出版社，2009． [5]张志勇．精通MATLAB［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2003． [6]李昌福，黄翔东，马长坤．我用Visio制图［M］．北京:国防工业出版社，2006． [7]

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