无线遥控电子门铃的设计方案

无线遥控电子门铃的设计方案

1 无线门铃设计方案分析与论证

1.1电路整体分析

无线的电子门铃主要包括以下几个主要部分：触发开关，信号发射端，信号接收端，音频功放电路。

当客人来到家门口时，按下触发开关时，会使信号发射端发射出一个调频信号，通过信号接收端对调频信号解调，经过解调后的信号通过音频功放电路发出声音，提醒主人有客人来访，主人做出抉择：开门与否。原理框图如图1所示。

客人触动开关

图1无线门铃原理基本框图

信号 信号发射端信号 信号接收端信号 音频功放

1.2 各模块分析

根据题目要求以及上部分的初步分析，可知此门铃分两大模块，即发射模块与接收模块。在发射模块中，开关被按下之后，调制振荡电路开始工作，产生的32.768KHz的信号波形输入到稳频电路中进行稳定；接着信号又输入到高频振荡电路中进行调制，达到约250MHz后，由天线将信号以电磁波的形式发射到空气中。而在接收模块中，天线连接到振荡接收电路中，信号进入之后，通过解调电路和信号放大电路、选频整形电路可以得到较准确的和发射端按键状态相同的高低电平信号；接着可以利用此电平触发音乐芯片，音乐芯片即可发出音乐的电平信号，最后将此信号通过推挽功放电路连接扬声器播放门铃音乐。

发射模块的工作原理框图如图2所示：

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按下开关 调制振荡 稳频 高频振荡 发射信号 图2 无线门铃发射端框图

接收模块的工作原理框图如图3所示：

振荡接收电路 解调 信号放大 选频整形 推挽功放

图3 无线门铃接收端框图

1.3 设计与调试要点分析

在设计无线控制产品时，由于无线电信号容易受环境因素的干扰，在没有专

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业设备的前提下，很难制作成功。另外无线数据传输和有线不同，传输的数据只在短时间内是稳定的，时间稍长便会受到干扰，因此在对数据进行传输时必须采用编码进行传送。在本电路的设计中，高频部分选用了专用的发射和接收模块，同时数据的编码和解码也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率。

2 设计方案选择与分析

2.1方案设计

方案一：运用集成电路组成主要部分电路 将电路切割成以下部分： （1）信号发射端

运用CD4069芯片，NPN管和晶振产生一个特定的调频信号及其外围电路组成信号发射端。该信号发射端能够根据晶振的筛选频率产生一个特定的调频信号，发射比较稳定，不易受干扰。

（2） 信号接收端

运用基本的NPN管和一个晶振及其外围电路组成信号接收端。在里面加一个晶振后会由信号发射端的晶振的筛选频率做出筛选，选出特定的信号频率，进行放大和输入下一级的音频功放电路里面！

（3） 音频功放电路

运用常用的音乐IC芯片及功放组成音频功放电路。对输入进来的信号产生音乐IC里面所存储的音乐声音。

方案二：运用收音机的原理做主要电路 电路可分为以下几个部分： (1)信号发射端

运用4069芯片和NPN管及其外围电路组成一个信号发射端，能产生调频信号，再加上NPN管组成的射频信号振荡器，使发出去的信号抗干扰能力加强。

(2)信号接收端

运用TDA7201T作为信号接收端的主要芯片，本芯片为收音机里面常用芯片，具有抗干扰能力强，波动小，信号稳定等特点，在选频方面很出色！

运用NPN管和其外围电路进一步使信号稳定和精确，使送入下一级的信号比较好。

(3)音频功放电路

运用飞利浦公司生产的先进的微型片状表面封装集成电路—TDA7052芯片。此芯片具有双音门铃。

2.2方案比较

通过上面的方案设计可以看出两个方案都是很不错的方案。

方案一：优点:电路简单，符合现阶段的知识的运用，而且芯片都比较常见，易买，易操作。特别是电路里面加入晶振筛选调频信号，使的发射出去的信号频率确定，易于接收端的选定。在接收端运用NPN管组成的超再生接收电路，接收

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到的信号经次电路再加上后面的晶体振荡管，使得频率的选定很方便。无线的传输距离比较理想。

缺点：在集成度上不够高。

方案二：优点：电路选用集成度较高的TDA7021T和TDA7052芯片，使得整体的电路比较精巧。芯片的规格比较高，使得在信号筛选上表现出色，精确度比较高。在做实物时，焊接比较方便，便于大批量生产。

缺点：电路的集成度高使得电路的制作成本比较高，在信号的调制时，由于采用的收音机的原理，在信号的筛选上存在一定的不确定。

经过综合分析与比较，我们最终选择了电路较为简单的方案一。

3 系统原理分析

3.1接收模块原理分析

如下图4是我们接收模块的电路原理图。电路由接收解调、放大整形和音响发声电路组成。VT1、C4、C5、C6、L1等组成超高频接受解调电路。接收到的32768Hz信号经R6送到VT2进行放大，再经C13送入4069的非门F1和F2，做进一步的整形、放大，输出的信号送到由VT3、JZ、R13等组成32768Hz频率的选频电路，与接收信号的频率一致，使得32768Hz信号能够顺利输出，其他频率的信号在此不能通过。输出信号经过D1、D2限幅、整流后，将32768Hz振荡频率信号变换成电位变化信号，再送到F6、F5和F4组成的缓冲放大、整形电路，最后通过R19送到音乐芯片的触发端，音乐芯片受触发后，通过VT4驱动扬声器发出音乐声。接收电路使用2节5号电池作为电源。

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图4 无线门铃接收端原理图

3.2发射模块原理分析

如下图5是发射电路的原理图。发射电路由多谐振荡器和高频振荡器组成。4069是内含六个非门集成电路，F1、F2两个非门与R2、JZ等组成的多谐振荡器，振荡频率为晶振的频率，即32768Hz。振荡器输出的方波信号经F3非门缓冲整形后，送入F4-F6并联组成的非门电路，再经R1送入由VT、C2、L1等组成的高频振荡器，对脉冲信号进行调制，其工作频率大约在250MHz左右。其中L1是印刷线圈，已直接在印版上做好，呈环形状，已调制后的信号就通过印刷线圈L1向外发射信号。调整可变电容C3，可以改变发射频率，使发射频率与接收电路的频率相匹配。LED是发光二级管，用于工作指示。发射电路使用1节9V点会作为电源。

图5 无线门铃发射端原理图

信号发射过程：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，左正右负，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，为32.768kHz。上面解说的过程在电路实际工作时完成得极快。

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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。

Q1、L1、C3和6P电容组成高频振荡器，振荡频率由印刷电感L1和JC3及三极管的集电结电容决定。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32.768KH振荡信号调制，通过印刷电感发射信号。按键每按一次就发射一次。

4 设计内容

4.1 CD4069芯片介绍

在本次设计当中，我们选用具有6个反相器的的集成电路4069芯片。如图6所示：

图6 CD4069芯片的管脚图

4069芯片的功能，如图:7所示：

图7 4069芯片功能

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4.2 发射部分缓冲级

它由四个反相器组成，将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。并且使进入的电流在经过它后扩大成原来的四倍。另外它与前面两个反相器可以共用成一个CD4069的六反相器的芯片。其电路图如图8所示：

图8 发射部分缓冲级

5 仿真结果

把各个模块的电路原理图分别在Multisim软件中仿真，其中发射部分的电路仿真如下图所示：

图9 发射模块电路仿真图

由仿真图可以看出，整个电路的耗电量比较低，电流在7~8mA之间。另外，在信号的发射端，即电感L2初，外接了一个示波器，下图10即为模块在工作时，发射天线端的波形。

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图10 发射信号时天线端处的波形

下图11即为接收模块的仿真电路图，由于在Multisim软件中，没有音乐芯片，所以无法将电路画得较为完整；又由于在Multisim软件中无法仿真电磁波的传输，所以此接收部分的电路仿真失败了。

图11 接收模块电路仿真图

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6 焊接与测试

6.1焊接时的注意事项

（1）焊接之前应先将被焊元件加热，为了便于热传导，烙铁头上沾上少许焊料，同时要掌握好烙铁头的角度。尽可能增加与被焊元件的接触面积。

（2）当焊接点达到适当温度时，利用焊料由低温到高温流动特点，焊料应填充在焊点上距电烙铁加热部位最远的地方。切忌直接接触烙铁头来熔化焊料，将焊料简单的堆附在焊接点上。这样做有可能掩盖了因被焊工件温度不够或氧化严重而造成的虚、假焊。有些导线和元件看上去较光亮，实际上表面仍有一层氧化层，直接焊上后形成焊锡包住引脚，看上去是一个封闭的焊点，也很可能形成虚焊。

（3）在焊接点上的焊料熔化后，应将紧靠在焊接点上的烙铁头根据焊接点的形状移动，以使熔化的焊料在助焊剂的帮助下充分浸润被焊工件表面，渗入被焊面的缝隙。

（4）在焊接时，有人习惯用烙铁头作为运载焊锡的工具，这是不正确的。因为手工焊接通常是用有焊剂的焊料，若烙铁头先接触焊料，并作为运载工具，那么焊剂在高温下早就分解挥发，使焊接时已处于无焊剂状态，容易产生焊接缺陷。焊接时要一手拿烙铁，一手拿焊锡丝，边加热边提供焊料。

（5）如果停止填充焊料后仍继续加热，就会使已形成的焊料流淌，助焊剂完全挥发，从而造成焊点面积太大、表面粗糙、拉尖，失去光泽；如果填充焊料时过早离开电烙铁，加热时间太短，则温度不够，焊点不能充分浸润，造成松香焊，虚焊等不完全焊接。

（6）当烙铁离开焊点后，应让其自然冷却，严禁用嘴吹或其它强制冷却方法，以免发生焊锡烫伤的危险或被焊物因外力而改变位置。

6.2焊接发射端

图12 发射端元件及外壳

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如上图12所示，为发射端所需要的元件，对照元件清单来清点元件，看看装好后的电路板在机壳中的位置，做到心中有数。

下图13、14是焊接好的发射电路板，由此看LED微触开关 需要装在焊接面。

图13

图14

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6.3焊接接收端

图15 即将焊好的接收模块电路板

在焊接稍大面积的电路板时，要遵循先小后大，元件先低后高的原则。对于此电路板，应先焊接电阻，再装二极管，然后瓷片电容-IC-晶振-电感-电解电容-音乐IC-喇叭线-喇叭-电源线-电池架的顺序。如图16，为已经焊接好的电路板。

图16 已经焊好的接收模块电路板

6.4调试过程

发射电路调整：装上 9v 电池，用万用表测发射电流（电流表跨接再 s 两端），应在 3 到 8mA间，若用手触摸 C2 两端时电流应大幅升高，说明已起振。

接收电路调整：装上2节 5 号电池，测量接收整机电流小于 lmA ，按下发射机开关 S 不放，将发射机放在待调的接收机附近，用无感起子微调 L2 如果调到某点，门铃发出声音，就说明接收机和发射机的频率大致相同；反复微调 L2 直到距离最远即可。

6.5测试结果

无线门铃主要的指标即为遥控距离，所以进行测试时的主要测试内容也为发射、接收端有效传输距离的测试。如下表1为测试结果记录表。

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距离 1M 2M 3M 4M 5M

是否有效 是 是 是 是 是 表1 门铃测试结果记录表 连通率 100% 100% 90% 70% 50% 由上表可以看出，随着距离的增大，门铃的发射端、接收端的连通率在不断降低，在5米外的距离时，效果已经不是很稳定。对于本题目所要求的5米的传输距离，可基本上满足要求。

7 心得体会

通过对无线门铃的设计，我们小组的成员都各有收获。在这次的课程设计中，我们首先在网上搜索到了自己需要的信息，之后对检索到的信息最效率的方式进行处理、整合。其次我们召开小组的会议，一起讨论最初的方案，明确各自的分工。最后我们将我们各自的工作进行整合，再最后讨论在电路选择、电路仿真以及焊接安装过程中出现的问题。

在查找资料的时候遇见一些元件自己没有接触过的，通过自己去图书馆和网上搜索相关的资料，把元件的原理和用途搞明白，在这个过程中，锻炼了自己的应对新元件的处理能力和自己的自学能力，锻炼了自己，同时也掌握了知识。在这次的课程设计中，由于许多课程的考试已经结束，自己的时间比较充分，在时间的分配上锻炼了自己的学习能力和如何有效的利用时间，在最短的时间里完成自己的任务。在运用Multisim时，也出现了一些问题，例如将元件库封装等操作，我们自己通过在网上搜索一些资料通过自己的实践把问题弄懂，直到变为自己的知识。

在做课程设计的这段时间内，同组的同学大家在一起讨论如何设计出更有效率、传输距离更远的无线门铃，如何解决一些关键性的问题，大家一起讨论，一起解决问题，增强了团队合作的意识，也理解了团队合作的精神。大家互补自己的不足，我们都提高了自己的能力，也在做这个课程设计中体验到了快乐。

最后，通过这个课程设计，我们对事物的认识又上升了一个层次，看事物不要停在表面，要深入了解它内在的原理，才能真正的把握事物。看似简单的一个无线门铃，其内部复杂的结构和原理有很多使我们忽略的。同时，在一些东西出现问题时，我们也学到了很快的分析问题出现的原因和问题的所在，快速的定位问题和解决问题。最后感谢老师的指点和解疑，让我们顺利地完成了这次的创新课程设计任务。

实践出真知。通过这周的实训我受益匪浅，发现自己书本上的知识还不是很牢靠，而且书本上的知识绝不能少，尤其是在调试时，不能只对照别人的进行查错，主要是根据原理来进行一一排查，所以在会以后的学习中好好掌握书本上的知识。

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8 元件清单

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9 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

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课程设计评分记录表

电子信息与电气工程系通信技术创新课程设计

评分记录表

姓名： 学号： 班级：

项目 内容 设计方案等陈述情况 作品完成情况演示 回答教师提问 合计 分值 10 20 20 50 10 10 20 10 10 5 5 30 100 得分 陈述和演示 分析、寻找和排除故障的能力 主动联系指导教师情况 设计过程 合计 设计方案（含理论分析与计算） 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告 设计报告结构及规范性 合计 总分 评价记录和教师评语： 成绩： 教师签字： 日期： 优秀:90分以上；良好:80－89分；中等:70－79分；及格:60－69分；不及格:59以下

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