1、畢業設計(論文)題 目：繼電器驅動電路設計系：專業班級：學生姓名：指導教師：20XX年X月II 內蒙古電子信息職業技術學院畢業設計（論文） 繼電器驅動電路設計繼電器驅動電路設計摘要近年來，隨著電子信息產業的快速發展，繼電器已經滲入到生活的各個領域，它是很難找到哪些領域沒有繼電器的痕跡。繼電器，廣泛應用于家電，通訊，汽車，儀器儀表，機械設備，航空航天自動化和控制領域。最近的統計數據顯示，繼電器已經成為不可缺少的開關控制器件。本設計研究繼電器的驅動原理，并據此設計出繼電器驅動電路。關鍵詞：繼電器 驅動 電路I目錄第1章 緒論21.1項目背景31.2 紅外遙控的發展51.3 項目背景和建設意義5第二

2、章 幾種常用紅外遙控器協議62.1 NEC 協議62.2 Nokia NRC1協議72.3 Philips RC-5 協議82.4 ITT協議92.5 Sharp協議10第三章 紅外遙控發射電路123.1 HT6221芯片介紹123.2 HT6221應用電路133.3 HT6221鍵碼生成方式143.3.1 HT6221鍵碼的形成143.3.2 代碼格式15第1章 緒論1.1 項目背景近年來，隨著電子信息產業的飛速發展，作為基礎元件的繼電器被廣泛應用在家電、通信、汽車、儀器儀表、機器設備、航空航天等自動化控制領域。最近的統計數據顯示，在電子元件產品中，繼電器已經成為第一大產品。單片機控制繼電器

3、的電路在生活中隨處可見，小的元件但是作用無窮。在機電控制系統中，雖然利用接觸器作為電氣執行元件可以實現最基本的自動控制，但對于稍復雜的情況就無能為力。在極大多數的機電控制系統中，需要根據系統的各種狀態或參數進行判斷和邏輯運算，然后根據邏輯運算結果去控制接觸器等電氣執行元件，實現自動控制的目的。這就需要能夠對系統的各種狀態或參數進行判斷和邏輯運算的電器元件，這一類電器元件就稱為繼電器。 繼電器實質上是一種傳遞信號的電器，它是一種根據特定形式的輸入信號轉變為其觸點開合狀態的電器元件。一般來說，繼電器由承受機構、中間機構和執行機構三部分組成。承受機構反映繼電器的輸入量，并傳遞給中間機構，與預定的量（

4、整定量）進行比較，當達到整定量時（過量或欠量），中間機構就使執行機構動作，其觸點閉合或斷開，從而實現某種控制目的。 繼電器作為系統的各種狀態或參量判斷和邏輯運算的電器元件，主要起到信號轉換和傳遞作用，其觸點容量較小。所以，通常接在控制電路中用于反映控制信號，而不能像接觸器那樣直接接到有一定負荷的主回路中。這也是繼電器與接觸器的根本區別。 繼電器的種類很多，按它反映信號的種類可分為電流、電壓、速度、壓力、溫度等；按動作原理分為電磁式、感應式、電動式和電子式；按動作時間分為瞬時動作和延時動作。電磁式繼電器有直流和交流之分，它們的重要結構和工作原理與接觸器基本相同，它們各自又可分為電流、電壓、中間、

5、時間繼電器等。下面介紹幾種常用的繼電器。1.2繼電器種類 1.2.1 中間繼電器 中間繼電器是用來轉換和傳遞控制信號的元件。他的輸入信號是線圈的通電斷電信號，輸出信號為觸點的動作。它本質上是電壓繼電器，但還具有觸頭多（多至六對或更多）、觸頭能承受的電流較大（額定電流5A10A）、動作靈敏（動作時間小于0.05s）等特點。中間繼電器的圖形符號如圖1-1所示，其文字符號用KA表示。 中間繼電器的主要技術參數有額定電壓、額定電流、觸點對數以及線圈電壓種類和規格等。選用時要注意線圈的電壓種類和規格應和控制電路相一致。 圖1-1 中間繼電器的圖形符號1.2.2 電壓繼電器電壓繼電器是根據電壓信號工作的，

6、根據線圈電壓的大小來決定觸點動作。電壓繼電器的線圈的匝數多而線徑細，使用時其線圈與負載并聯。按線圈電壓的種類可分為交流電壓繼電器和直流電壓繼電器；按動作電壓的大小又可分為過電壓繼電器和欠電壓繼電器。對于過電壓繼電器，當線圈電壓為額定值時，銜鐵不產生吸合動作。只有當線圈電壓高出額定電壓某一值時銜鐵才產生吸合動作，所以稱為過電壓繼電器。交流過電壓繼電器在電路中起過壓保護作用。而直流電路中一般不會出現波動較大的過電壓現象，因此，在產品中沒有直流過電壓繼電器。對于欠電壓繼電器，當線圈電壓達到或大于線圈額定值時，銜鐵吸合動作。當線圈電壓低于線圈額定電壓時銜鐵立即釋放，所以稱為欠電壓繼電器。欠電壓繼電器有

7、交流欠電壓繼電器和直流欠電壓繼電器之分，在電路中起欠壓保護作用。電壓繼電器的圖形符號如圖1-2所示，其文字符號用KV表示。圖中左邊線圈符號為過電壓線圈符號，右邊線圈符號為欠電壓線圈符號。圖1-2 電壓繼電器的圖形符號 1.2.3 電流繼電器 電流繼電器是根據電流信號工作的，根據線圈電流的大小來決定觸點動作。電流繼電器的線圈的匝數少而線徑粗，使用時其線圈與負載串聯。按線圈電流的種類可分為交流電流繼電器和直流電流繼電器；按動作電流的大小又可分為過電流繼電器和欠電流繼電器。對于過電流繼電器，工作時負載電流流過線圈，一般選取線圈額定電流（整定電流）等于最大負載電流。當負載電流不超過整定值時，銜鐵不產生

8、吸合動作。當負載電流高出整定電流時銜鐵產生吸合動作，所以稱為過電流繼電器。過電流繼電器在電路中起過流保護作用特別是對于沖擊性過流具有很好的保護效果。對于欠電流繼電器，當線圈電流達到或大于動作電流值時，銜鐵吸合動作。當線圈電流低于動作電流值時銜鐵立即釋放，所以稱為欠電流繼電器。正常工作時，由于負載電流大于線圈動作電流，銜鐵處于吸合狀態。當電路的負載電流降至線圈釋放電流值以下時，銜鐵釋放。欠電流繼電器在電路中起欠電流保護作用。在交流電路中需要欠電流保護的情況比較少見，所以產品中沒有交流欠電流繼電器。而在某些直流電路中，欠電流會產生嚴重的不良后果，如運行中的直流他勵電機的勵磁電流，因此有直流欠電流繼

9、電器。電流繼電器的圖形符號如圖6.30所示，其文字符號用KA表示。圖中左邊線圈符號為過電流線圈符號，右邊線圈符號為欠電流線圈符號。圖1-3 電流繼電器1.2.4 時間繼電器時間繼電器是一種從得到輸入信號（線圈的通電或斷電）開始，經過一個預先設定的時延后才輸出信號（觸點的閉合或斷開）的繼電器。根據延時方式的不同，可分為通電延時繼電器和斷電延時繼電器。通電延時繼電器接受輸入信號后，延遲一定的時間輸出信號才發生變化。而當輸入信號消失后，輸出信后瞬時復位。通電延時繼電器的圖形符號，其文字符號用KT表示。斷電延時繼電器接受輸入信號后，瞬時產生輸出信號。而當輸入信號消失后，延遲一定的時間輸出信號才復位。斷

10、電延時繼電器的圖形符號如圖1-4所示，其文字符號用KT表示。圖1-4 通電延時繼電器的圖形符號時間繼電器按工作原理分為電磁式、電動式、空氣阻尼式和電子式等。電磁式、電動式、空氣阻尼式是傳統的時間繼電器，在早期的機電系統中普遍采用，但其存在著定時精度低、故障率高等問題。電子式時間繼電器是新型的時間繼電器，發展非常迅速。由于電子技術的飛速發展，使得電子式時間繼電器的制造成本與傳統的時間繼電器相當，但其性能大大提高，功能不斷擴展，所以是現在和將來時間繼電器的主流。1.2.5 數字式時間繼電器 與晶體管式時間繼電器相比，數字式時間繼電器的延時范圍可成倍增加，定時精度可提高兩個數量級以上，控制功率和體積

11、更小，適用于各種需要精確延時的場合以及各種自動化控制電路中。這類時間繼電器功能特別強，有通電延時、斷電延時、定時吸合、循環延時4種延時形式，十幾種延時范圍供用戶選擇，以及數字顯示，這是晶體管時間繼電器所無法比擬的。1.2.6 固態繼電器 固體(態)繼電器(簡稱SSR)是采用固體半導體元件組裝而成的一種新穎的無觸點開關。固體繼電器通常為封裝結構，它采用絕緣防水材料澆鑄，如塑料封裝、環氧樹脂灌封等。由于固體繼電器的接通和斷開沒有機械接觸部件，因而具有控制功率小、開關速度快、工作頻率高、使用壽命長、很強的耐振動和抗沖擊能力、動作可靠性高、抗干擾能力強、對電源電壓的適應范圍廣、耐壓水平高、噪聲低等一系

12、列優點。現在，固體繼電器已經在許多自動化控制裝置中代替了常規電磁式繼電器，尤其在動作頻繁、防爆、耐潮和耐腐蝕等特殊場合。固態繼電器按切換負載性質分為直流和交流兩種，現以使用最為廣泛的帶有電壓過零觸發的交流型固態繼電器AC-SSR為例進行介紹。如圖1-5所示，當無信號輸入時，光電耦合器中的光敏三極管是截止的，電阻R2為晶體管V1提供基極注入電流，使V1管飽和導通，它旁路了經由電阻R4流入可控硅V2的觸發電流，故V2截止，這時晶體管V1經橋式整流電路而引入的電流很小。不足以使雙向可控硅V3導通。圖1-5 固態繼電器典型應用電路圖有信號時，光電耦合器中的光敏三極管就導通，但只有當交流負載電源電壓接近

13、零時，電壓值較低，經過整流，R2和R3分壓點上的電壓不足以使晶體管V1導通。而整流電壓卻經過R4為可控硅V2提供了觸發電流，故V2導通，這種狀態相當于短路，電流很大，只要達到雙向可控硅的導通值，V3便導通。一旦V3導通，不管輸入信號是否存在只有當電流過零時才能恢復關斷。 第二章 繼電器驅動方案介紹2.1 三極管驅動繼電器方案晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對于NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半

14、導體所組成，發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結,而集電區與基區形成的PN結稱為集電結。對于NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結,而集電區與基區形成的PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發射極e、基極b和集電極c。三極管是一種很常用的控制和驅動器件，在數字電路和模擬電路中都有大量的應用，常用的三極管根據材料分有硅管和鍺管兩種，原理相同，壓降略有不同，硅管用的較普遍，而鍺管應用較少，以下以硅管為例進行講解。三極管有2種類型，分別是 PNP型和NPN型。先來認識一下，如下圖所示。三極管一共有3個極，橫向左側的引腳叫做基極(ba

15、se)，中間有一個箭頭，一頭連接基極，另外一頭連接的是發射極e(emitter)，剩下的一個引腳就是集電極c(collector)。  三極管有截止、放大、飽和三種工作狀態。放大狀態主要應用于模擬電路中，且用法和計算方法也比較復雜，我們暫時用不到。而數字電路主要使用的是三極管的開關特性，只用到了截止與飽和兩種狀態，所以我們也只來講解這兩種用法。三極管的類型和用法有個總結：箭頭朝內 PNP，箭頭朝外NPN，導通電壓順箭頭過，電壓導通。電流控制。三極管的用法特點，關鍵點在于b極（基極）和e級（發射極）之間的電壓情況，對于PNP而言，e極電壓只要高于b級0.7V以上（硅

16、三極管的PN結道導通電壓，如果是鍺三極管，這個電壓大概為0.3V），這個三極管e級和c級之間就可以順利導通。也就是說，控制端在b和e之間，被控制端是e和c之間。同理，NPN型三極管的導通電壓是b極比e極高0.7V，總之是箭頭的始端比末端高0.7V就可以導通三極管的e極和c極。這就是關于“導通電壓順箭頭過，電壓導通”的解釋。晶體管主要由PNP和NPN兩種。由于兩種三極管的內部構造不同，因此在驅動繼電器時，電路也是不同的。具體電路如下圖所示：圖2-1 NPN三極管驅動繼電器電路圖圖2-2 PNP三極管驅動繼電器電路圖NPN晶體管驅動時：當晶體管T1基極被輸入高電平時，晶體管飽和導通，集電極變為低電

17、平，因此繼電器線圈通電，觸點RL1吸合。當晶體管T1基極被輸入低電平時，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點RL1斷開。PNP晶體管驅動電路目前沒有采用，因此在這里不作介紹。電路中各元器件的作用：晶體管可視為控制開關，放大倍數一般選擇在120240之間。電阻R1主要起限流作用，降低晶體管T1功耗，阻值為1 K。電阻R2使晶體管T1可靠截止，阻值為5.1K。二極管D1反向續流，抑制浪涌，一般選1N4148即可。  2.2 光耦驅動繼電器方案光耦的基本作用，是將輸入、輸出側電路進行有效的電氣上的隔離；能以光形式傳輸信號；有較好的抗干擾效果；輸出側電路能在一定程度上得以避免強電壓的引

18、入和沖擊。主要有下面幾點應用。 1.電氣隔離的要求。A與B電路之間，要進行信號的傳輸，但兩電路之間由于供電級別過于懸殊，一路為數百伏，另一路為僅為幾伏；兩種差異巨大的供電系統，無法將電源共用；2. A電路與強電有聯系，人體接觸有觸電危險，需予以隔離。而B線路板為人體經常接觸的部分，也不應該將危險高電壓混入到一起。兩者之間，既要完成信號傳輸，又必須進行電氣隔離；3. 運放電路等高阻抗型器件的采用，和電路對模擬的微弱的電壓信號的傳輸，使得對電路的抗干擾處理成為一件比較麻煩的事情從各個途徑混入的噪聲干擾，有可能反客為主，將有用信號“淹沒”掉；4. 除了考慮人體接觸的安全，又必須考慮到電路器件的安全，

19、當光電耦合器件輸入側受到強電壓（場）沖擊損壞時，因光耦的隔離作用，輸出側電路卻能安全無恙。光電耦合器件的一般屬性：1、結構特點：輸入側一般采用發光二極管，輸出側采用光敏晶體管、集成電路等多種形式，對信號實施電-光-電的轉換與傳輸。2、輸入、輸出側之間有光的傳輸，而無電的直接聯系。輸入信號的有無和強弱控制了發光二極管的發光強度，而輸出側接受光信號，據感光強度，輸出電壓或電流信號。3、輸入、輸出側有較高的電氣隔離度，隔離電壓一般達2000V以上。能對交、直流信號進行傳輸，輸出側有一定的電流輸出能力，有的可直接拖動小型繼電器。特殊型光耦器件能對毫伏，甚至微伏級交、直流信號進行線性傳輸。4、因光耦的結

20、構特性，輸入、輸出側需要相互隔離的獨立供電電源，即需兩路無“共地”點的供電電源。下述一、二類光耦輸入側由信號電壓提供了輸入電流通路，但實質上輸入信號回路，也是有一個供電支路的；而線性光耦，則輸入側與輸出側一樣，是直接接有兩種相隔離的供電電源的。典型的光耦驅動繼電器電路，如下圖所示：圖2-3 光耦驅動繼電器電路圖2.3 ULN2003驅動繼電器方案ULN2003內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅動繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅動電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達林頓管組成驅動電路。ULN是集成達林頓管IC,內

21、部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。圖2-4 ULN2003驅動繼電器電路圖左圖17是信號輸入（IN），1016是輸出信號（OUT），8和9是集成電路電源。右圖是集成塊內部原理圖。根據集成電路驅動器2003的輸入輸出特性，有人把它簡稱叫“驅動器”“反向器”“放大器”等。當2003輸入端為高電平時，對應的輸出口輸出低電平，繼電器線圈通電，繼電器觸點吸合；當2003輸入端為低電平時，繼電器線圈斷電，繼電器觸點斷開；在2003內部已集成起反向續流作用的二極管，因此可直接用它驅動繼電器。 第

22、三章 繼電器驅動電路設計3.1 輸入信號放大電路設計本設計中，紅外遙控發射端發送遙控指令，接收端接收到之后，相應輸出引腳會輸出高電平。但是由于該電平驅動能力有限，因此需要進行適當放大。因此，首先將該信號經過NPN三極管進行方法。具體電路如下所示：圖3-1 三極管信號放大電路圖上述電路中，三極管的基極串聯1.5K的限流電阻，防止輸入電流過大，燒壞三極管。通過，在三極管的發射級串連一個270歐姆的電阻，為了防止集電極和發射級過電流太大，燒壞三極管。3.2 光耦信號隔離電路設計本設計中，為了防止繼電器線圈反向放電，對紅外遙控接收端造成損傷，特別添加了光耦隔離電路。光耦的基本作用，是將輸入、輸出側電路

23、進行有效的電氣上的隔離；能以光形式傳輸信號；有較好的抗干擾效果；輸出側電路能在一定程度上得以避免強電壓的引入和沖擊。具體電路如下所示：。圖3-2 光耦隔離電路圖3.3 繼電器線圈保護設計因為繼電器線圈在斷電的一瞬間會產生一個很強的反向電動勢，對其它元件有影響，在繼電器線圈兩端并聯電阻和反向并聯二極管是用來消耗這個反向電動勢的，通常叫做消耗二極管和消耗電阻；直流繼電器一般采用二極管，并聯電阻的比較少見。關斷的時候線圈通過二極管泄放儲存的磁場能，不會對其他元器件造成影響。 繼電器斷開(相當于電感斷開)時,產生一個感生電動勢.并聯的二極管會在這個電動勢的作用下沿著電感與二極管形成的回路繼續

24、向電感(線圈)供電.因此會有一定的關斷延時。并一個二極管的意義在于保護繼電器的線圈不被斷開時產生的高電壓所損壞.(絕緣擊穿,線間短路.)一般來說繼電器都有一定的滯后.通常在毫秒級或十毫秒級,加上二極管后雖然有時延,但通常也是可以忽略不計的.圖3-3 繼電器保護二極管電路圖3.4 繼電器聯動控制設計本設計中，為了能實現電機正反轉控制，采用4個繼電器組成了H橋驅動電路。電路如下圖所示。其中，K1和K3繼電器，以及K2和K4繼電器，分別兩兩組成聯動電路，兩路分別使用一個觸發信號，即可實現繼電器同時打開，驅動電機單方向運轉。由于紅外接收電路一次只輸出一個驅動信號，所以一次只能導通一個回路，繼而電機一次只能向一個方向單向運動。圖3-4 繼電器整體控制電路圖致謝(致謝內容)參考文獻1楊恢先.單片機原理及應用.北京：人民郵電出版社，2006 2湯蘊璆.電機學(第2版）.北京:西安交通大學出版社，19933楊渝欽.控制電機(第2版）.北京:機械工業出版社，19984李仁定電機的微機控制.北京：機械工業出版社，1999.105倪忠遠.直流調速系統.北京：機械工業出版社，1996.9