无线方式集中控制电源开关的管理系统的设计论文正文.docx
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无线方式集中控制电源开关的管理系统的设计论文正文
湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生
毕业设计诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
毕业设计作者签名：
2011年月日
目录
摘要1
关键词1
1前言2
1.1引言2
1.1.1无线电源的发展现状3
1.2方案论证3
1.2.1总体设计思路5
1.2.2设计方案52系统硬件设计5
2.1无线发射和无线接收模块6
2.1.1编码和解码原理62.1.2315MHz无线发射、接收原理9
2.1.3电路设计10
2.2控制及显示部分12
2.3电源控制部分15
3软件设计18
3.1开发软件介绍18
3.2软件实现方法18
3.2.1软件流程19
3.2.2软件清单及仿真19
4结论20
参考文献21
致谢21
附录21
学生：
皮全
指导老师：
刘旭红
（湖南农业大学东方科技学院，长沙410128）
摘要：
本设计是基于单片机实现的无线遥控系统。
分为无线发射模块、无线接收模块、电源开关及单片机控制部分。
本系统通过无线电实现控制信号的传递，单片机作为控制部件协调处理整个系统的工作。
本系统具有很强的通用性和实用性，可以将其用于各种电子电器设备中实现无线控制，也可以广泛应用于各种电器、机器人和各种自动化控制领域中的遥控装置。
本系统易控制，成本低，能提供较大的功率，适应各种自动化控制设备的大功率应用。
关键词：
单片机;无线收发系统;电源开关;PT2262/PT2272
CentralizedControlofWirerlessPowerSwitchManagementSystem
Student:
PiQuan
Tutor:
LiuXu-hong
（OrientalScience&TechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128）
Abstract:
Thedesignisbasedonthesingle-chipwirelessremotecontrolsystem.Itmakesupofthewirelesstransmittermodule,wirelessreceivermodul,powerswitchandmonolithicintegratedcircuitcontrol.Thesystemcontrolsthedeliveryofsignalbyradiotransmissionandsingle-chipmicrocomputerasthecontrolunittodealwiththeworkoftheentiresystem..Thesystemhasastrongversatilityandpracticality,canbeusedforavarietyofelectricalandelectronicequipmentinthewirelesscontrolandalsobewidelyusedinvariouselectricalappliances,robotsandvariousautomaticcontrolinthefieldofremotecontroldevices.Thesystemiseasytocontrol,lowcost,canprovidemorepower,adapttohigh-powerapplicationsofautomationcontrolequipment.
Keywords:
Monolithicintegratedcircuit;Wirelesstransceiversystem;Powerswitch;PT2262/PT2272
1前言
1.1引言
无线遥控采用无线电波或激光束传输主要用于活动的受控对象。
可以在远离设备操作盘的地方对设备进行操作控制，相当于把设备操作盘上的按钮（开关）移到操作人员手中的操作器上，而且无须使用导线连接。
操作人员活动范围大：
可以近距离观测目标，也可以远离危险场所。
无线遥控开关是以非接触的方式对电器的开启和关闭进行控制，其控制按键和被控制电器之间不需要连线，控制信号以无线电波为载体进行传输，距离可以从十几米到数公里。
与传统开关相比主要有以下特点：
1、非接触；2、远距离操控；3、控制及时；4、专人专控。
此外，它还有很多优点，如使用方便，遥控器可以随身携带。
操控精准，一个人既可以近距离观测目标，又可以远距离控制设备，无操作盲点，在目标前操作，无盲点。
提高生产效率，无须两个人之间的联系，安全，可靠。
连续信号，系统运行中，发射器与接收器之间始终保持联系，一旦信号中断，接收器立即自动停机，保证生产安全。
无线电信号没有方向性，能够跨越障碍物。
无线遥控技术，市场前景广阔，广泛应用于家用照明开关控制，老人、小孩使用安全，并可遥控家用电器，对此类产品，消费者反映较好，很受欢迎，市场潜力很大。
。
由于新型大规模遥控集成电路的不断出现，是遥控即使有了日新月异的发展。
目前在无线遥控领域常用的控制方式主要有超生波遥控和无线电遥控等，由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻物，而且可以传播到很远的距离，因此他的控制可以在大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式。
在遥控方面大多数的电路遥控距离都不远，一般是10米以内。
而且保密性不是很好或者根本不具有保密性，而本系统中的无线收发模块部分可以克服这些不足，遥控距离远，干扰小，功耗低，可以实现保密通信。
本系统具用很强的通用性，可以将其用于各种电子电器设备当中，比如：
洗衣机、电扇、机器人等。
还可以实现保密通信，遥控电路可以设置8位密码，在多系统同时使用时不会互相干扰。
本遥控控制系统使用315MHz无线电实现控制信号的传输，采用单片机来协调处理整个系统的工作，并产生相应的方向信号，实现对电源开关的无线控制。
通过对本系统的研究可以了解一般的遥控控制系统的工作流程，硬件设计，软件编写。
本设计只需根据需要稍加修改就可以应用于具体产品的遥控系统，还可以再加其他的外围电路实现更多的功能，具有可扩展性。
本系统的控制部分选用AT89C51单片机作为控制器，根据接收到的信号产生相应的方向信号。
本系统的设计与实现，采用了先进的技术，为无线电遥控提供了一种简易合理、低成本、高性能的实现方案，可以用来控制家庭楼道、卧室、走道各种照明以及装饰灯具、也可以控制各种家用电器电源的通断。
在此系统基础上，还可以实现更多路的遥控开关，若在加入单片机控制系统可实现智能化遥控。
1.1.1无线电源的发展现状
有关无线电源的想法由来已久。
早在19世纪30年代，迈克尔·法拉第就发现，周围磁场的变化将在电线中产生电流。
19世纪晚期，尼古拉·特斯拉有了一个伟大的构想，那就是将电传送到世界各地。
因为很难构建一个可以延伸到每座城市、每栋大楼和每个房间的基础架构，特斯拉将视线转向了无线传输。
他制定了一个发射塔规划，想以无线的方式在远隔数公里之外的地点间传输电力。
他的团队确实在此方面作了一些试验，但在发射塔建成之前，他们的经费就用完了。
后来，由于工业界接受了以有线的方式传输电力，无线电源的梦想也就随之搁浅。
无线遥控开关是以非接触的方式对电器的开启和关闭进行控制，其控制按键和被控制电器之间不需要连线，控制信号以无线电波为载体进行传输，据现代信息社会的发展和人们日益广泛应用的要求，无线电源控制系统扮演着越来越重要的角色，并满足人们舒适、快节奏的生活需要
开关电源在电子行业中,应用在通讯、计算机、自动化、军事、工业、农业等各个领域。
如今高精度数字开关电源得到了越来越多的关注,同时取得了长足的发展，在电子技术日益发展的今天，电源控制从有线开关控制方式，发展到今天有线与无线结合的控制方式，提高了我们的生活素质。
以单片机为核心设计一个用无线方式集中控制其电源开关的管理系统，这一课题，使工程设计开发能力得到提高，有利于理论和实践相结合，动手能力得到进一步加强，敢于接受新任务的挑战.
1.2方案论证
下面介绍各个模块的设计方案，根据设计要求和现实可行性分别进行理论论证，最后在各个方案中选出最佳方案。
无线发射与接收方案
无线收发方案的关键问题有两个:
一是信号的编码和解码;二是信号的发射与接收。
系统的原理框图如图1所示。
控制信控制信
号输入号输出
图1系统的原理框图
Fig1Systemblockdiagram
控制信号由设定的按键输入，然后对其编码，再将编码信号调制成适合发射的信号后发射出去；接收端接收到信号后解调产生原编码信号，最后由解码电路解码就恢复出了原控制信号，也就实现了控制信号的无线传输。
编码和解码
编码的目的就是让各个控制信号有所区别，以便收到编码信号后通过解码又可以独立的恢复出原控制信号来，各控制信号不会出现混乱。
具体实现是：
由编解码芯片实现。
此类编码与解码电路一般都是由两片配套的芯片。
PT2262/PT2272， PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码。
PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
对硬件的要求而言，需要两片芯片，电路简单。
其中编码解码芯片是无线遥控方面的专用芯片，使用方便。
发射与接收
部分电路是本遥控系统能够实现无线收发的关键所在，实现无线收发传输控制信号。
使用高频无线电通过天线发射出去，然后再由天线接收无线电信号，再对接收到的信号进行放大、解调等处理后，最后解码得到发送端传出的控制信号。
天线发射功率大，覆盖范围广，很适合远距离传输。
本方案将在下一章中做出详细的介绍。
系统控制部分方案
本部分是整个系统的核心，负责协调整个系统的工作，对传来的控制信号进行判断，然后发出相应的控制信号，控制执行部件实现具体的功能。
具有处理能力的芯片都可以完成本部分的功能，处理芯片有信号处理芯片如DSP，嵌入式芯片如ARM，单片机等。
本系统对处理芯片的要求不是很高，只要能对接收到的控制信号做出判断，能产生两个电机控制信号和数码管驱动信号就够了。
所以从成本和本电路的要求考虑，处理芯片采用一般的单片机芯片就行了。
为了资料的获取的方便，系统开发、程序设计的简单以及我对MCS-51单片机的熟悉。
决定选用最常用的MCS51系列单片机AT89C51。
AT89C51为ATMEL所生产的可电气烧录清洗的与8051相容的单片机，其内部程序代码容量为4KB.
1.2.1总体设计思路
为了实现遥控电路能够对控制信号进行较远距离的有效传送，接收到的控制信号能够被主控制系统识别并产生控制信号。
本系统将采用PT2262/PT2272编码解码芯片进行编解码；使用315MHz的发射、接收头实现无线传输信号；采用Atmel公司的AT89C51作为MCU控制处理整个系统；发射接收部分的关键问题是：
如何有效的实现控制信号的无线传输。
控制部分的关键问题是：
如何根据接收到的控制信号产生对应的输出信号。
1.2.2设计方案
发射系统主要由按键电路、编码电路、无线电发射电路组成。
发射系统的电路原理如图2（a）所示。
发射系统主要功能是将按键电路的信息进行编码后得到编码脉冲信号,此信号调制无线电发射电路并发射出去。
编码电路采用编解码芯片组PT2262/2272中的编码芯片PT2262。
该芯片内部有振荡器、系统定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路。
接收系统主要由无线电接收电路、解码电路、继电器电路、开关电路组成。
接收控制系统的电路接收控制系统主要完成的功能是对接收进来的信号解调后进行解码,解码后的数据控制相应的开关进行动作。
整个系统的设计方框图如图2示。
图（a）无线遥控发射器
Fig（a）Wirelessremotecontroltransmitter
图（b）无线遥控接收器
Fig（b）Wirelessremotecontrolreceive
图2无线遥控开关系统框图
Fig2Wirelessremotecontrolswitchsystemblockdiagram
2系统硬件设计
本章将根据上章选出的方案，详细的介绍各个单元电路的具体设计和电路的原理，电路中所使用元件的参数设置等。
最终将设计出具体的、可实现的硬件电路，为软件的设计和电路测试做准备。
最终能否实现所有的设计要求，完成所有的功能，本章的设计是否合理、是否可实现非常关键。
2.1无线发射和无线接收模块
本部分电路要完成的功能是：
按钮开关作为控制键发出控制信号，再对控制信号编码，最后把编码信号通过315M发射头以无线电波的形式发射出去。
2.1.1编码和解码原理
本系统选用的编码解码芯片是PT2262/PT2272。
编码解码的原理是：
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对地址一致后，VT脚才输出高电平，与此同时与PT2262相对应的数据脚输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片就会连续发射。
PT2262、PT2272的引脚图如图3所示。
图3PT2262、PT2272引脚图
Fig3PT2262、PT2272Pin
引脚说明：
表1PT2262的引脚功能
Table1PinFunctionPT2262
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于地址编码,可置为“0”,“1”,“悬空”
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc、Vss
18、9
电源正端（＋）、电源负端（－）或是接地
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1、OSC2
16、15
振荡电阻输入、输出端，振荡电阻决定振荡频率
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
表2PT2272的引脚功能
Table2PinFunctionPT2262
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,可置为“0”,“1”,“悬空”,与2262一致才解码
D0-D5
7-8、10-13
数据管脚，地址码与2262一致时,对应位输出高电平
Vcc、Vss
18、9
电源正端（＋）、电源负端（－）或是接地
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1、OSC2
16、15
振荡电阻输入、输出端，振荡电阻决定振荡频率
VT
17
解码有效确认输出端解码有效变成高电平（瞬态）
2262每次发射时至少发射4组码字，2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码后才会把数据码中的“1”相应的数据输出端置为高电平同时把VT端置为高电平。
因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以作丢弃处理。
PT2262发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。
由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码信号从输出端Dout输出。
其编码时序波形如图2-2所示。
OSC1、OSC2外接的电阻决定载波频率。
图4PT2262的编码时序图
Fig4PT2262timingdiagramoftheencoding
PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。
M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。
后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。
PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则无法有效解码接收到的信号，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片（例如：
SC2262/2272，CS5211/5212），在实际使用中只要对振荡电阻稍做改动就能配套使用，实现有效编码和解码。
本系统的振荡电阻使用的是4.7K/820K的组合，解码芯片PT2272的输入端是Din，信号从Din端输入解码。
编码和解码芯片的地址设置一致时才能解码，同时VT置为高电平。
PT2272的解码时序图如图2-3所示。
本系统中解码电路使用的是锁存型的解码芯片。
图5PT2272的解码时序
Fig5PT2272timingdiagramofthedecoding
编解码芯片PT2262/PT2272的工作电压范围是3～15V，收发数据最多可到6位。
地址编码为8位。
2.1.2315MHz无线发射、接收原理
本系统电路实现无线收发采用的是315MHz无线发射和超外差式无线接收。
315M无线发射电路
OOK调制尽管性能较差，然而其电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了广泛的应用，在汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及家庭保安系统中，几乎无一例外地使用了这样的电路。
早期的发射机较多使用LC振荡器，频率漂移较为严重。
声表器件的出现解决了这一问题，其频率稳定性与晶振大体相同，而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹。
无需倍频，与晶振相比电路极其简单。
以下两个电路为常见的发射机电路，由于使用了声表器件，电路工作非常稳定，即使手碰到天线、声表或者电路的其他部位，发射频率均不会漂移。
与图（a）相比，图（b）的发射功率更大一些，可达200米以上。
无线发射电路如图6所示。
图6315MHz发射电路
Fig6315MHztransmittercircuit
315MHz无线接收电路
接收机可使用超再生电路或超外差电路。
超再生电路成本低，功耗小可达100uA左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机差不多。
然而，超再生电路是用分立元件制作的，所以工作稳定性比较差，选择性也很差，从而降低了抗干扰能力。
所以本系统将采用超外差电路作为接收电路，超外差电路的灵敏度和选择性都可以做得很好，美国Micrel公司推出的单片集成电路可完成接收及解调，其MICRF002为MICRF001的改进型，与MICRF001相比，功耗更低，并具有电源关断控制端。
MICRF002性能稳定，使用非常简单。
与超再生产电路相比，缺点是成本较高，典型应用如图7所示。
图7315MHz接收电路
Fig7315MHzreceivercircuity
MICRF002使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆300-440MHz。
MICRF002具有两种工作模式：
扫描模式和固定模式。
扫描模式接收带宽可达几百KHz,此模式主要用来和LC振荡的发射机配套使用，因为，LC发射机的频率漂移较大，在扫描模式下，数据通讯速率为每秒2.5KB。
固定模式的带宽仅几十KHz，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可达每秒钟10KB。
工作模式选择通过MICRF002的第16脚（SWEN）实现。
另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或CPU，以最大限度地降低功耗。
MICRF002为完整的单片超外差接收电路，基本实现了“天线输入”之后“数据直接输出”，接收距离一般为200米。
2.1.3电路设计
本系统的发射电路采用图8的b图所示的方案。
这部分功能可以独立出来，我们可以把发射和接收电路单独制作成小模块：
发射头和接收头，然后再嵌入到发射、接收模块电路中去实现整个电路的功能。
根据频率计算需要使用大约25cm的漆包线绕制成天线。
发射头有三个接口，一个数据输入口，一个电源端，一个接地端。
接收头有四个接口，中间两个连接在一起为接收到的数据的输出端口，其他两个一个是接地，一个是电源端。
315MHz发射、接收头如图8所示。
图8315MHz发射接收头
Fig8315MHztransmitterreceiver
发射模块电路设计
发射电路由PT2262编码构成4路发射电路，振荡电阻选用的是1.2M的电阻，图中PT2262的18脚VDD是通过按键和二极管向芯片供电的，只有当按键按下时二极管导通才向PT2262芯片供电；没有键按下时，PT2262并不耗电，这种设计特别适合使用电池供电的场合。
如果使用的电源电压较低（如3V），则二极管应选用低压差的型号（如1N60等），若是工作电压较大（如5V）时，可以使用分压较大的IN4148。
地址编码由8位拨码开关的状态构成，可以分别置为“0”或“1”。
当按下K1、K2、K3、K4中的一个时，PT2262对应的数据输入端就由低电平被置为高电平，同时18脚也得到高电平PT2262工作，将数据码和地址码一起编码，从17脚输出编码信号。
17脚是编码信号输出端，在此我加上了个接线柱JC，用于和后级的315MHz发射头分隔开，方便测试所用。
当需要发射信号的时候，在JC上加一个跳线帽接通编码电路和315MHz发射头就可以了。
发射模块电路原理图如图9所示。
图9发射电路原理图
Fig9Transmittercircuitschematic
接收模块电路电路设计
接收电路：
315MHz接收头接收到信号后送入锁存型的解码芯片PT2272的数据输入端14脚解码，振荡电阻选用200K的电阻与PT2262匹配。
8位地址编码必须与编码芯片PT2262的地址编码一致才能实现解码，解码成功时第17脚将会输出高电平。
图中的J0是与控制模块的接口，本模块需要嵌入到控制模块中，所以需要做得特别小。
接收模块电路原理图如图10所示。
图10接收电路原理图
Fig10Receivercircuitschematic
2.2控制及显示部分
控制电路的主要元件是单片机，单片机在工业控制、电子产品、仪器仪表等行业中已得到广泛应用。
我们利用单片机进行开发应用时,都必须先了解单片机的硬件配置、软件编写、提供的内部资源等等资料。
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要器件。
通常利用单片机技术在各种系统、仪器设备或装置中，形成嵌入式智能系统或子系统。
本系统选用的是AT89C51，下面将介绍此单片机的基础知识。
AT89C5的主要功能列举如下：
管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
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