一種幾乎不耗電的無線遙控門鈴設(shè)計(jì)

在學(xué)校的電子科技興趣小組活動(dòng)和義務(wù)家電維修活動(dòng)中，我們接觸到大量損壞的遙控門鈴，發(fā)現(xiàn)幾乎都是門鈴接收部分的限流電阻過熱造成的。經(jīng)分析得知，這些遙控門鈴接收部分都是采用220V交流電供電，門鈴在發(fā)出音樂時(shí)約有大幾十至一百毫安的電流，所采用的降壓電容的容量都是1~2微法，結(jié)果不僅造成大部分時(shí)間白白耗電，而且所串聯(lián)的限流電阻發(fā)熱嚴(yán)重，很大程度影響了遙控門鈴的使用壽命。為此我們想到了如何設(shè)計(jì)出一種幾乎不耗電的長壽遙控門鈴。

一、工作原理

這種幾乎不耗電的遙控門鈴的核心是采用了一種新型綠色儲(chǔ)電元件--超級(jí)電容，通過DC/DC變換技術(shù)設(shè)計(jì)出來的。

通過采用微功耗無線發(fā)射與接收模塊和超級(jí)電容儲(chǔ)電，從而徹底解決現(xiàn)有遙控門鈴所存在的問題。通過采用DC/DC變換器解決超級(jí)電容在放電過程中兩端電壓不斷下降的問題;通過采用編碼、解碼技術(shù)解決電磁干擾以及鄰居間門鈴相互影響問題。

圖1是發(fā)射電路，除了按鈕AN,只有3個(gè)電子元器件，分別是微功耗發(fā)射模塊F05P、編碼集成電路HX2262以及電阻R.平時(shí)發(fā)射電路不耗電，按壓門鈴常開按鈕AN后，編碼集成電路HX2262編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)送到微功耗發(fā)射模塊F050P,再向空中發(fā)射。在信號(hào)發(fā)射期間，工作電流也很小，實(shí)測在6V電池作用下總電流只有6mA.所用的電池電壓可以在3~12V間選擇。

圖1 發(fā)射電路

圖2是接收電路。核心元件是超級(jí)電容C2、DC/DC變換器BL8530、微功耗遙控接收模塊J04V、解碼集成電路HX2272以及音樂集成塊TR95.交流市電經(jīng)容量特小的0.033μF的降壓電容C1、小功率限流電阻R2、橋式整流二極管D1~D4、穩(wěn)壓二極管DW、發(fā)光二極管LED后，向超級(jí)電容C2充電，平時(shí)電流很微小只有二點(diǎn)多毫安。超級(jí)電容中所儲(chǔ)的電能經(jīng)BL8530集成電路、電感L、肖特基二極管D5以及電容C3變換后，輸出穩(wěn)定的3V直流電供給微功耗遙控接收模塊J04V、解碼集成電路HX2272和音樂集成電路。當(dāng)發(fā)射電路發(fā)出電磁波信號(hào)時(shí)，接收模塊J042可以接收到信號(hào)，通過②腳送到解碼器的輸入(14)腳。只有解碼器中的解碼設(shè)置與編碼器中的編碼設(shè)置一致時(shí)，解碼器的(17)腳才有高電平輸出。此高電平經(jīng)電阻R4、電容C4、音樂選擇開關(guān)K2,加到音樂集成塊的觸發(fā)端，結(jié)果喇叭發(fā)出相應(yīng)音樂聲。門鈴在發(fā)出音樂時(shí)，所需要的大幾十毫安的電流由超級(jí)電容C2提供。由于BL8530可以把低至0.8V的電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的3V輸出，經(jīng)計(jì)算和實(shí)際使用，2F的超級(jí)電容就可以確保門鈴持續(xù)發(fā)聲20多秒，相當(dāng)于按壓門鈴十來次，可滿足一般家庭使用。而超級(jí)電容在持續(xù)發(fā)聲20多秒后充回3V左右的電壓，只要十幾分鐘。平時(shí)不用時(shí)，可以把整個(gè)門鈴從交流電插座中拔下，同時(shí)把電源開關(guān)K1斷開。

圖2 接收電路

有關(guān)發(fā)射部分電路板見圖3所示，接收部分電路板見圖4所示。所用核心元件見圖5所示。外殼見圖6所示。

圖3 遙控發(fā)射電路

圖4(a) 遙控接收電路板(正面)

圖4(b) 遙控接收電路板(側(cè)面)

圖5 所用核心元件：(左起)接收模塊、超級(jí)電容、DC/DC變換器、發(fā)射模塊

圖6 遙控門鈴?fù)鈿?/center>

二、元件選擇

發(fā)射電路中微功耗發(fā)射模塊選用河南省安陽市新世紀(jì)電子研究所生產(chǎn)的F05P,這種模塊有315MHz和433MHz兩種工作頻率，工作電壓3~12V,電流2~10mA,只有四個(gè)引腳，1腳接電源正極，2腳接地，3腳數(shù)據(jù)輸入，4腳接天線。編碼集成電路采用微功耗的HX2262,有18個(gè)引腳，(17)腳編碼輸出。振蕩電阻R為3.3M.

接收電路中超級(jí)電容C2選用2F,耐壓為5.5V,也可選擇容量更大的，對(duì)應(yīng)門鈴持續(xù)發(fā)出的音樂時(shí)間可以更長。DC/DC變換器選用BL8530,輸出電壓為3V,這是一種開關(guān)型升壓穩(wěn)壓芯片，效率可達(dá)85%,最低輸入電壓只要0.8V,最大輸出電流達(dá)200mA,靜態(tài)電流小于5.5μA.微功耗遙控接收模塊選用同廠家配套的J04V,工作電壓2.6~3.5V,工作電流0.15~0.3 mA,有6個(gè)引腳，①腳接天線，②、③腳數(shù)據(jù)輸出，④腳測試，⑤腳接地，⑥腳接電源正極。遙控距離可達(dá)100m.

解碼集成電路采用微功耗的HX2272,有18個(gè)引腳，振蕩電阻R3為680kΩ。音樂集成塊為TR95.三極管選用9011.降壓電容為33nF即0.033μF,耐壓400V以上。限流電阻R2為100Ω，泄放電阻R1為22MΩ，4個(gè)整流二極管為1N4007,穩(wěn)壓二極管5V,發(fā)光二極管選用小型普通的，電感為47μH,D5為1N5819,電容C3為220μ16V電解，抗干擾電容C5、C6為0.01μF瓷片。

三、電路特點(diǎn)

1、門鈴接收部分幾乎不耗電，經(jīng)測算，大約9年才耗1度電。

2、使用壽命特長，徹底解決電阻、穩(wěn)壓管發(fā)熱等問題。

3、所采用的超級(jí)電容充放電次數(shù)長達(dá)數(shù)十萬次，使用壽命長達(dá)30多年，不像電池那樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

4、發(fā)射、接收電路都非常簡單，性能非?？煽俊?/p>

5、通過采用DC/DC變換器解決超級(jí)電容在放電過程中兩端電壓不斷下降的問題。

6、通過采用編碼、解碼技術(shù)解決電磁干擾以及鄰居間門鈴相互影響問題7、體積小巧，成本低廉。

8、可用于各種平時(shí)工作電流不大、短時(shí)間需要大電流工作的無線遙控場合，例如在工礦企業(yè)中通過繼電器控制的無線遙控操作。

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