实验六 红外遥控系统设计
红外遥控与电视的遥控器原理一样，通过发射编码，接收解码的方式识别所发射的数据，
再对所解码的数据进行处理。
一、实验目的
1、了解红外砷化镓发光二极管与光电二极管的具体应用 2、了解锁相环的原理及应用 3、了解红外遥控电路的设计原理 4、设计红外遥控系统
5、对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力
二、实验仪器
1、光电报警综合应用实验箱 1个 8、示波器 1台 9、万用表 1台
三、实验原理(电路模块见32)
1、单路红外遥控电路设计原理
在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。 单通道红外遥控电路方框图如图6所示
光调制光发射光接收弱信号放大判决锁相环
图6 单路红外遥控原理图
（1）光调制与光发射：光调制部分采用555定时器构成多谐振荡器，用它产生占空比为1：1的方波信号，通过调整不同的电容值而产生不同频率的方波信号，即调制信号，设定不同频率的调制信号代表不同的意义，如设定1K频率的信号代表数字“1”，10K频率的信号代表数字“2”等等；通过红外发光二极管发射信号，由光敏二极管接收放大判决后得到原始的调制信号，再将调制信号送入锁相环电路。若输入的信号与锁相环设置的中心频率一致时，输出为低电平，从而实现了单路红外遥控的功能。可见，本实验的核心即为红外接收解调控制电路。
（2）光接收与若信号放大：光敏二极管把接收的红外光转换成微弱的调制电信号，OP07CP(运算放大器)构成一个放大电路，将光敏二极管所接收的电流信号放大。
（3）判决电路：判决电路即比较器，LM339N为四路电压比较器，判决电路应用其中
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的一个比较器；HD74HC04P为六反向器。信号经判决电路进行整形、变换成幅度较大的方波信号。
（4）锁相环电路：图7为红外接收解调控制电路。图中，IC1是LM567。LM567是一片锁相环电路芯片（音频解码器/锁相环），采用8脚双列直插塑封。其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。③脚是输入端，要求输入信号≥25mV。⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，这里仅将其基本功能概述如下：当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图7的电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后⑧脚电压由高变低这一特性，来形成对控制对象的控制。
图7 红外接收解调控制电路
弄清了LM567的基本工作原理和功能后，再来分析图7电路便非常简单了。IC1是红
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外接收头，它接收发射器发出的红外信号，其中心频率与发射器载波频率f0相同，在输出端OUT输出频率为f1的方波信号。我们调节LM567的中心频率f2使f2= f1。则当发射器发射信号时，LM567便开始工作，⑧脚由高电平变为低电平，利用这个变化的电平便可去控制各种对象。利用图7的电路，我们可以做成遥控开关，遥控家里的各种家用电器。 实际上，利用图7所示的电路，我们也可以较容易地将其改造成多路遥控电路。方法是：在发射器中将改变电阻和电容的值，使之产生若干种频率不同的调制信号；在接收电路中，设置若干只LM567，其输入均来自红外接收头，各个LM567的振荡频率不同但与发射端一一对应。这样当发射器按压不同的按钮，接入不同的调制信号时，在接收端对应的LM567的⑧脚的电平就会发生变化，由此形成多路控制。严格说来，这属于一种频分多路，与数字编译码多路控制相比，缺点是调试比较复杂。但在有些场合，如在多路报警中，也有其一席之地。因在报警应用场合中，需要解决两路以上同时报警的问题时，用时分多路存在复杂的同步问题，在频宽允许的情况下用频分多路则很容易解决。
2、注意事项
1、实验过程中，未经指导老师的许可，请勿随意拆开光通路组件，以免损坏光学器件。 2、实验过程中，请勿带电连线，以免烧坏电子元器件。
3、红外发射二极管组件及光敏二极管的结构组件中，P、N极分别与红和黑的接插件相连。
4、报警保持电路中的声音报警使用的是扬声器发声，发光报警是使用发光二极管发光，二者电路上是独立的，可并联使用。在实验调试过程中，建议使用发光报警模式，以免实验过程中影响其他人实验。
六、实验步骤
1、锁相环原理及应用测试实验
（1）调节光调制电路输出方波信号。打开电源开关以及直流开关，光源调制单元J2上的短路块与C9电容相连，调节光源调制电位器，并用示波器测试方波输出的信号TP1，直到信号输出为1：1的方波为止。将信号的幅度、频率计入表1。
（2）将光源调制模块的T53（方波输出）与锁相环模块T8（锁相环输入）相连。 （3）锁相测试
调节锁相环模块的电位器，用示波器测试锁相环芯片LM567的第5脚（该脚为锁相环本振信号输出端）的波形变化；同时用万用表测试锁相输出端电平；当本振信号与输入信号频率相等时，锁相输出由高电平变为低电平，则锁相成功。将本振信号数据计入表1。
（4）实验完成，关闭直流电源和交流电源，拆除各导线。 表1
输入信号 本振信号
信号频率（Hz）
信号幅度（V）
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2、单路红外遥控设计实验
（1）安装与电路连接：
a.安装好光发射装置和光接收装置，并且使红外发光二极管与光电二极管在同一水平线上。
b.将光源调制单元的T1（LED+）和T2（LED-）分别与光发射单元的P极和N极相连，光接收单元的P极和N极分别与T3（PD+）和T4（PD-）。光源调制单元J2上的短路块与473电容C9相连。
c.连接放大输出T5与判决输入T6，T7与T8相连，输出端T9接入下图中的接入端（其目的为将锁相环的输出信号反相），输出端接入报警电路T50。
R6=5.1KΩ R7=2.2KΩ
图9 红外遥控补充电路
（2）调节光调制方波信号：打开电源开关，再打开直流开关，用示波器测试光源调制单元的调制信号TP1，调节相应的电位器使得调制波形为1：1的方波信号。
（3）调节放大电路：调节放大模块电位器，并用示波器测试放大输出TP2，直到放大信号幅度调节到最大为止。
（4）调节判决电路：示波器CH1测试判决输出TP3，示波器CH2测试光源调制输出TP1,调节判决模块的电位器，直到TP3波形与TP1的波形一致为止。
（5）调节锁相环：调节锁相环模块的电位器，示波器CH1测试锁相环芯片的5脚, 观察调节过程中的波形变化，当方波重合时，锁相成功；用示波器CH2测试锁相环输出信号TP5，此时可以看到波形为低电平。
（6）改变光调制频率，实现锁相：关闭直流电源开关，改变调制信号的频率，将光源调制单元J2的短路块分别与电容C15和C13相连，分别得到两种不同频率的调制波形，打开直流开关，报警电路模块的发光二极管不发光，说明红外接收器不能识别其它频率的调制信号。此时需调节锁相环模块的电位器，才能使得锁相环再次锁相。从而实现了单路红外遥控实验的设计。
（7）实验完成：关闭直流电源和交流电源，拆除各导线，把实验箱还原。
3、自拟红外遥控系统实验（选作）
自拟一套红外遥控系统原理图，将所设计的原理图以及元器件的参数记录如下，并用实验证明之。
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实验七 光纤位移测试传感器实验
一、实验目的
1、了解光纤位移传感器工作原理及其特性。
2、学习并掌握光纤位移传感器测量微小位移的方法。
二、实验内容
1、发光二极管驱动及探测器接收实验 2、光纤位移传感器输出信号处理实验 3、光纤位移传感器输出信号误差补偿实验
4、利用反射式光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系 5、实验误差测量
三、实验仪器
1、光纤位移传感器实验仪 1台 2、反射式光纤 1根
四、实验原理(电路图见P33)
图1是光纤位移测量装置。
输入光纤光源输出光纤探测器adb被测物体
图1 光纤位移构成
反射式光纤位移传感器工作原理如图1所示，光纤为传光型，采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，由光源发出的光经输入光纤传到端部照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器件转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化，因此可用于测量位移。
下图为光纤位移传感器输出特性曲线，分为前坡Ⅰ和后坡Ⅱ。前坡Ⅰ工作范围较小，线性较好。后坡Ⅱ工作范围大但线性较差。因此平时用光线位移传感器测试位移时一般采用前坡特性范围。
电路原理：
1、稳压电路：R1D1组成稳压电路，C1滤波，VZ = 5.20V。 2、运算放大器：同相输入，Vi = 5.19V，Vo = 5.88V。
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