毕业设计说明书论文标准格式范文《无线遥感技术设计》.docx
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毕业设计说明书论文标准格式范文《无线遥感技术设计》
1前言
1.1无线遥控技术的现状
无线遥控，即在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于发送的信号，通过无线传输，在受控端经解码等处理形成相应的控制操作。
目前国内外都在对遥控技术进行着广泛的研究，已取得一定的成绩和研究成果。
而红外遥控技术是目前研究的主要方向，是实现自动控制的主要手段。
一般的红外遥控一般是由发射和接受两个部分。
发射部分的主要结构是红外发光二极管，它实际上是一支特殊的发光二极管，其所发射的不是可见光而是红外线。
红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。
由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。
红外技术的研究开发是自动化控制的主要方向。
它的研究针对国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在工业自动化、生产控制过程、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、环境监测、红外育种安全防范、家用电器控制及日常生活（如节能灯控制、自动门控制、节水节能控制、红外医疗与美容、智能玩具、空调、彩灯遥控以及VCD、SVCD和DVD机录放等）各个方面都在进行红外研究开发和控制［1］。
1.2课题研究的意义
遥控技术的发展只有几十年历史，但是随着遥控技术的高度发展，人们逐渐试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰艇上，由于技术的不够完善，一直未能获得成功，也促使人们加快了研究的脚步。
随着科技技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了崭新的发展方向。
目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外遥控、无线电遥控等等。
由于红外遥控具有保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性等优点，因此选定红外遥控的设计方案。
红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。
它一般由红外发射和接收系统两部分组成。
发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。
针对国内外的发展情况，可见红外遥控系统是我国未来智能化发展方向之一。
本课题要设计的红外多路遥控系统，主要红外发射和红外接收这两部分，本设计依托市面上常见的红外发射和红外接收元器件，使设计具有传输距离一般、硬件简单、安装方便、价格便宜的优点。
本文所介绍的红外多路遥控系统，是采用码分制多通道红外遥控系统装置。
早期的码分制的脉冲指令编码多采用分离元器件及小规模数字集成电路，编码、译码电路弄得很复杂，可靠性也差。
但随着大规模数字集成技术的发展和日趋成熟，各种大规模专用集成编、译码集成器件的层出不穷，使外围元器件很少，电路简单，功能完善。
红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。
由于红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机、音响设备、空调机等其他小型电器装置上也纷纷采用红外遥控。
工业设备忠，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外遥控不仅完全可靠而且有效的隔离气体干扰。
在讲红外遥控之前，首先讲一讲什么是红外线。
我们知道，人的眼镜能看到的可见光安波长从长到短的排列，依次为红橙黄绿青蓝紫。
其中红光的波长范围为0.62~1.5um；紫光的波长范围为0.38~0.46um。
比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光脚红外线。
红外遥控就是利用波长为0.76~1.5um之间的近红外线来传送控制信号的。
红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。
发射部分的主要元件为红外发射二极管。
它实际上是一支特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出红外线而不是可见光。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右。
红外发光二极管一般有黑色、深蓝色、透明三种颜色。
红外遥控的特点是不影响周边环境，不干扰其他电器设备。
由于无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器；电路调试简单，只要按给定电路来连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。
多路遥控的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。
当发射端按下某一按键式，相应地接收端有不同的输出状态。
接收端地输出状态大致可分为脉冲、点评、自馈、互锁、数据五种形式。
“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。
“电平”输出是指按发射端按键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效、如静态时为高，则“低”为有效，大多数情况下“高”为有效。
“自锁”输出是指发射端每按一次某个键，结合搜段对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来低电平边为高电平。
此种输出适合用作电源开关、静音控制等。
有时亦称这种输出形式为“反相”。
“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。
电视机的选台就属于此种情况。
“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端地几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。
一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。
这种输出形式一般用于与单片机或为接口。
红外遥控的原理是一个由“1”、“0”组成的指令串，被调制成38KHz的脉冲段，经放大后，由红外发射管发射。
接收端由红外接收管、选频在38KHz的放大电路等组成。
把接收到的红外信号还原成指令串红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。
发射机一般由指令键（或操作杆）、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。
当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。
接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路（机构）等几部分组成。
接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。
指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制［2］。
2系统总体方案的设计
总体机构
无线遥控系统由发射和接受控制系统两部分组成［3］。
发射部分如图2.1所示：
图2.1无线遥控发射系统
接收部分如图2.2所示：
图2.2无线遥控接收系统
无线遥控的整体系统如图2.3所示：
图2.3线遥控系统
遥控系统的工作原理首先通过按键编制电路输入所需控制的电路的信号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，在通过无线电发射电路讲该信号发射出去。
而无线电接收电路讲接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址。
如果是执行指令，受控系统工作。
如果不是，责备空对象无任何动作。
红外遥控的整体设计结构如图2.4示：
图2.4系统的总体结构及工作原理
键盘及其代码产生电路：
它产生表示控制信号的BCD代码；
编码电路：
对控制信号代码和地址代码进行编码，并转换成串行发送数据;
调制振荡电路：
它产生频率约为40KHz的振荡信号，并有发送的数据对齐进行脉冲调制，形成发射电路；
红外发射电路：
它将发射信号放大，并转换成红外光信号;
红外接收电路：
它将接收到的红外光信号转换成电信号，并放大、借条出串行数据；
解码电路：
它将接收到的串行数据转换成控制代码。
2.1方案的比较
方案一：
采用码分制多通道红外遥控发射和接收系统。
码分制的遥控指令信号是由编码脉冲发生器（一般由数字集成电路和少量外围元件组成）产生的。
码分指令是用不同的脉冲数目或不同宽度的脉冲组合而成的。
指令编码器由基本脉冲发生电路和指令编码开关组成。
当按下S1—Sn中的某个指令键时，指令编码器将产生不同编码的指令信号。
该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号，再经驱动电路功率放大后加至红外发射级，驱动红外发射管发出红外编码脉冲光信号。
工作原理如图2.5所示：
图2.5方案一的工作原理图
方案二：
采用频分制多通道红外遥控发射和接收系统。
频分制的频率编码一般采用频道编码开关，通过改变振荡电路的参数来改变振荡电路的振荡参数和频率。
当按下不同的编码键时，振荡器就会输出不同频率的指令信号。
这些指令信号经驱动级放大后对高频载波进行调制，并驱动红外发光管发出红外光脉冲信号。
红外接收控制电路的组成框图包括红外接收光电转换器、前置放大器、频率译码电路、驱动级和执行机件等。
当红外光电检测器接收到发射器发来的红外编码指令后，光电检测管随即将其转换成相应的电信号，再经过前置电压放大器放大后，加至频率译码电路和选频电路，选出不同指令的频率信号，并加至相应的驱动级及执行机件。
对应每一频率的指令信号，应有一个相应的选频电路。
在频分制红外遥控电路中，代表控制指令信号的频率一般为几百赫兹至几十千赫兹。
发射电路中的频率编码开关的位号应与接收电路中的选频电路的位号相对应，以选出不同频率的指令信号。
红外接收、译码电路由红外接收器、前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级组成。
红外光电二极管将接收到的红外光信号转变成相应的电脉冲信号，再经高倍数电压放大后加至解调器进行解调，然后由指令译码器解码出指令信号。
指令译码器是与指令编码器相对应的译码器，用于脉冲指令信号译出。
译出的指令信号加至相应的记忆和驱动级，驱动执行机件动作，实现红外光遥控。
工作原理如图2.6示：
图2.6方案二的工作原理图
2.2方案论证
方案一：
采用码分制多通道红外遥控系统。
主要用在多通道的红外遥控系统中，遥控系统抗干扰强。
能够形成一个无线的中距离的遥控系统。
主要由发射和接收并执行两部分组成。
用户根据需要按下功能键，先是指令编码器进行编码，在进行信号调制，在由红外发光二极管发射出信号，经过无线传输后，接收部分接收到发射信号，先经过信号处理，在通过单片机软件译码，查表控制对应遥控路上的发光二极管发光。
方案二：
采用频分制多通道红外遥控系统。
理论上讲，电磁波的频谱是从0……∞HZ，任何一路电信号都占有一定的“带宽”，如果想在同一时刻传输更多的“多路的”信号，那么只要采用一定的技术手段，使各路信号在频谱上互不重叠“互不干扰”，就可以在同一回路上传输更多的电信号“即信息组”，它们的识别，是靠频率的不同来实现的。
如：
在收音机中，在一个“波段”里，某电台占用某个频率，这样便可容纳多个电台，这就是一种具体的应用。
有线电视信号的传输也是这个道理。
在实际应用中，带宽仅用到一个有限的范围，即没有用到∞HZ，现在的光纤通信只是用到可见光的某一频率“频段”上，即使部分应用涉及到非可见光频段也是非常有限的。
频分制主要用在单通道或者几通道的红外遥控系统中。
能够形成一个无线的短距离的遥控系统。
主要由发射和接收并执行两部分组成。
先是发射部分，用户根据需要按下功能键，在经过编码后通过红外发光二极管发射出信号。
经过无线传输后，接收部分接收到发射信号，然后经过芯片内部译码并执行对应遥控路上的发光二极管发光。
2.3方案选择
频分制红外光遥控电路比较简单，通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。
当频道数目较多时，选频电路和相应电路的数目加多，电路复杂，且各频道间的相互干扰加重，导致误控或误报。
采用高品质因数的LC振荡器或选频回路，可提高选频精度和稳定度，但会使LC回路的体积加大，电路便得复杂，调试困难，也加大。
因此，这次我们设计的是16路遥控，遥控数目较多，所以不宜采用频分制而采用码分制遥控方式。
3电路的设计与计算
3.1发射控制系统的设计
此部分设计要求：
用数码管显示所控制的路数，即
按下“1”键----显示数字“1”，表示对设备“1”进行控制；
按下“2”键----显示数字“2”，表示对设备“2”进行控制；
按下“3”键----显示数字“3”，表示对设备“3”进行控制；
按下“4”键----显示数字“4”，表示对设备“4”进行控制；
按下“5”键----显示数字“5”，表示对设备“5”进行控制；
按下“6”键----显示数字“6”，表示对设备“6”进行控制；
按下“7”键----显示数字“7”，表示对设备“7”进行控制；
按下“8”键----显示数字“8”，表示对设备“8”进行控制；
在所有被控制对象处于停止状态时，数码管熄灭［4-5］。
3.1．1独立式按键电路
图3.1独立式按键电路
独立式按键电路是指直接用I/O线构成的单个按键电路，每个独立式按键占有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响到其他I/O口线上的工作状态，其结构简单，但I/O口涎浪费较大。
独立式按键配置灵活，软件结构简单，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线确定的高电平，其电路原理图如图3.1。
采用的是89C2051芯片。
用PI口组成键盘，获得键值，用内部的定时器1产生一个40Hz的软件定时中断，当做红外线的调制基波，当某个按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成40KHz的方波由红外发射管发射出去。
3.1.2红外发射电路
根据红外发射管本身的物理特性，必须要有载波信号与即将发射信号相“与”，然后将“与”后的信号送发射管，才能进行红外信号的发射传送，二在频率为38KHZ的载波信号下，发射管的性能越好，发射距离越远。
因此本设计采用38HKz的晶体产生载波信号与发射信号逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。
红外发送电路由4001MOS或非门38KHz振荡器，单片机发送控制电路和红外发送管驱动输出电路组成，当单片机P3.4输出为“0”时，发射管不发光，当单片机P3.4输出为“1”是，红外发送管发出38KHz调制红外线。
其发射波形如图3.2
图3.2红外发射波形图
其发射电路如图3.3：
图3.3红外发射电路图
如图3.4为整个红外发射部分的完整电路图：
图3.4红外发射电路的整体框图
3.2红外接收电路设计
接收控制部分的设计要求：
用8个LED的亮、灭表示相应设备的开关状态
某个LED亮----该被控对象处于开启状态
某个LED灭----该被控对象处于停止状态
接收控制部分主要有红外接收、解调电路，解码电路，控制电路三部分。
红外接收电路通常由一片专用集成电路和少量外围器件组成。
红外接收管将光信号转换为电信号，经前置放大器、先幅放大器放大后送至带通滤波器，对接收信号进行解调；解码电路的功能是将解调后的串行数据进行解调，使其成为BCD控制代码，并使控制代码进行输出；译码控制电路输出的是4为二进制，还要经译码控制电路变换为发射装置对应的8个控制信号去驱动8个被控设备［6］。
主要设计发射系统部分，因此接收系统在此稍稍带过。
4软件的设计
4.1发射系统的软件设计
软件设计有两种方法：
一种是自上而下，逐步细化；一种是自下而上，先设计出每一个具体的模块（子程序），然后再慢慢扩大，最后组成一个系统。
在本设计中我用自下而上的设计方法。
首先设计出一个显示子程序，最后组成一个按键查询程序。
当然在编程之前要先画出程序流程图。
画程序流程图是程序设计的一个重要组成部分，而且绝对成败的关键部分。
画程序流程图的过程就是进行程序，的逻辑设计过程，这中间的任何错误或忽视均将导致程序出错或可靠性下降。
因此，真正的程序设计过程是流程图设计，而上机编程是将设计好的程序流程图转换成程序设计语言而已［7-9］。
发射部分的软件设计有两种方案。
第一种方案是在发射部分从编码程序着手，从而设计出整个发射部分。
下面是两种方案的比较。
（1）方案一：
编码程序的设计
课题要求用数字显示所遥控的路数，即将发送的键值与数码管显示相对应的字符码。
键盘的每一键均表示一种控制，并赋予了键值，因此，编码程序的作用是控制单片机读键盘，然后生成与键值一致的编码，并用串行数据方式发送编码，编码程序流程图如图4.1所示：
图4.1方案一的编码程序流程图
其中，置波特率子程序用于设定数据传送速率。
（2）方案二的程序框图
下面是程序框图的一部分，是通用的独立式按键查询程序框图。
此程序的功能：
查询有无按键按下，没有转下一次查询，有则调用延时子程序，作用是消除按键的抖动，确定此键确实按下。
然后调用显示子程序将此键值送显示电路，其思维BCD码送编码电路进行编码。
最后半段此按键是否释放，调用延时子程序直到按键被释放。
图4.2是方案二的程序流程图：
图4.2方案二的编码程序流程图
方案二的程序设计：
主控程序的设计思路：
发射控制程序主要用到了独立式按键查询程序、延时程序和查表显示程序。
用89C51单片机的P1口作为按键的输入，P2口作为显示输出，P3口作为键值的BCD码输出和控制输出。
用寄存器R0作为计数器，初值为0。
在每次测试有无按键之前加1，直到加到7为止，然后再从0开始加，是为了显示查表子程序中查表的目的。
显示电路的设计思想是，当测试到是哪一路信号输入时，将其对应的十六进制数送到P2口输出。
其对应情况为：
信号通道P2口输出P3口输出
按键“1”0F9H0D1H
按键“2”OA4H0D2H
按键“3”0B0H0D3H
按键“4”99H0D4H
按键“5”92H0D5H
按键“6”83H0D6H
按键“7”0F8H0D7H
按键“8”80H0D8H
4.2接收系统的软件设计
在接收部分主要有译码即解码程序设计和控制程序设计。
主要程序流程图如图4.4：
图4.4译码程序流程图
在此稍微带过。
5器件介绍
5.1AT89C51的介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图5.1所示［9-12］
图5.1AT89C51外形及引脚
5.1.1主要特性如下：
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
5.1.2管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
5.1.3振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
5.1.4芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口
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