桁车无线自动遥控装置的设计1.docx

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桁车无线自动遥控装置的设计1

XXXX

毕业论文（设计）材料汇编

桁车无线自动遥控装置的设计

所在学院

专业名称

年级

学生姓名、学号

指导教师姓名、职称

装订日期年月日

材料汇编目录

一、开题报告

二、任务书

三、论文

1.封面

2.中文摘要（含关键词）

3.英文摘要（含关键词）

4.目录

5.正文

6.参考文献

7.致谢

8.封底

四、成绩评定书

XXXX

本科毕业论文（设计）

桁车无线自动遥控装置的设计

所在学院

专业名称

年级

学生姓名、学号

指导教师姓名、职称

完成日期年月日

摘要

随着社会的不断发展，科技技术的不断创新与完善，自动化的工业生产正在逐渐代替纯手工制作。

无线遥控技术在工业生产中的应用也逐渐的发展开来，其中工业桁车运用无线遥控技术实现远程遥控，大大的节省了人力、物力，也为安全生产的完善提供了有利的条件。

无线遥控器是利用无线射频信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备，本文针对工业自动化生产，设计了一套能够无线电遥控工业桁车的遥控器。

此套无线电遥控器选取以AT89C51单片机为核心，以PTR2000为核心通信芯片，以单片机应用技术、无线收发技术为理论基础，通过无线电传输实现数据的无线收发及桁车各种功能的实现。

该系统由发射单元、接收单元、电源模块等构成，该无线遥控器可实现距离≤300米内，无需对准接收装置按一下遥控器按钮，即可实现工业桁车的前进、后退、升、降等功能。

关键词：

AT89C51；PTR2000；无线电；遥控器

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofsociety,withtheinnovationandperfectofscienceandtechnology,automaticindustrialproductionisgraduallyinsteadofpurehandmade.Wirelessremotecontroltechnologyintheapplicationofindustrialprodu-ctionisgraduallydeveloping,includingindustrialtrusscarusewirelessremotecont-roltechnologytorealizetheremoteremotecontrol,itdonotmoresavemanpowera-ndmaterialresources,butalsoprovidesfavorableconditionsfortheimprovementoftheproductionsafety.

Wirelessremotecontrolistouseradiofrequencysignaltothevariousinstitute-ionsforthecontrolofthedistanceoftheremotecontrolequipment,thispaperisdi-rectedatindustrialautomationproduction,itdesignesasetofwirelessremotecont-rolindustrialtrusscaroftheremotecontrol.ThissetofradioremoteselectAT89C-51asthecore,andselectPTR2000asthecorecommunicationmodulesonthesing-lechipcomputerapplicationtechnology,wirelesstransceivertechnologyasthethe-orybasis,throughradiotransmissionrealizedatawirelesstransceiverandthefunc-tionoftrusscar.Thesystemconsisitsofthereceivingmodule、thelaunchmodules、poweretc,whichcanrealizethewirelessremotedistancethanwithin300meters,w-ithoutreceivingdeviceclickontheremotecontrolbutton,itcanrealizetheindustrytrusscarfor-ward、backward、rise、fallandotherfunctions.

Keywords:

AT89C51,PTR2000,Radio,Remotecontrol

目录

1.绪论--------------------------------------------------------1

1.1课题的提出及意义------------------------------------------1

1.2课题现状综述-----------------------------------------------2

1.3课题研究的内容和预期目地-----------------------------------4

2.总体方案设计和工作原理----------------------------------------4

2.1设计方案的选择--------------------------------------------7

2.2设计方案总体结构--------------------------------------------4

2.3设计方案工作原理--------------------------------------------4

3.硬件的设计--------------------------------------------9

3.1硬件的选取---------------------------------------------------9

3.1.1单片机的选择------------------------------------------------11

3.1.2无线发收芯片的选择-----------------------------------------12

3.2控器外壳的设计--------------------------------------------14

3.3电路的设计-----------------------------------------------17

3.3发射端电路设计-----------------------------------------------17

3.3接收端电路设计-----------------------------------------------17

4.软件设计---------------------------------------------------18

4.1软件设计需要完成任务-------------------------------------------18

4.2系统软件主要程序的设计-----------------------------------------18

4.2.1发射部分控制程序设计----------------------------------------18

4.2.2接收部分控制程序设计---------------------------------------19

5.系统验证--------------------------------------------------21

5.1发射和接收--------------------------------------------21

5.2电路调试-----------------------------------------------23

6结论----------------------------------------------------26

参考文献-------------------------------------------------27

谢辞-------------------------------------------------------29

1.绪论

当今社会科学技术的发展与日俱增，人们生活水平、安全意识的不断提高，工厂、公司进一步减少员工的劳动强度，提高员工日常工作的安全性已经成为必然趋势。

其中在现代重型机械加工、运输场所中，工业桁车作为工程建设的主要起重机械设备,成为必不可少的工程器械，并且其应用领域也越来越广泛。

但它一般应用于高空、污染严重、高温等危险环境下，这样工业桁车运行的可靠性直接关系着工作效率和施工人员的生命安全,这就要求机械构建与控制系统具有很高的可靠性、安全性、便捷性。

本文介绍的桁车无线自动遥控装置，就是针对工业桁车在实际使用过程中可能存在的安全问题、便捷问题而设计的一种无线遥控器。

1.1课题的提出及意义

工业桁车在高温、污染严重等危险环境下，如电解业、冶炼矿山企业、大型结构件制作企业、轧钢业等，以及危险或有毒、有害气体工况环境场合，起吊领域的应用越来越广泛。

之前大多数公司企业使用的桁车,运用的控制方式是采用凸轮控制器或采用主令控制器与磁力控制，凸轮控制器和主令控制部分均安装在桁车顶部驾驶室内，操作时需攀登到操作室，具有一定危险性。

另外操作人员必须时刻观察地面的物体的方位，而控制室与物体之间有桁车本身及其他设备遮挡，故常常因为不能准确定位，甚至造成错误操作，甚至造成人员伤亡和财产损失。

与此相反，运用先进的科学电子技术、无线控制技术设计出来的无线遥控装置，能够使的操作人员不必攀爬到高处作业，只需要选择则适当的操作地点，使用手中的遥控器发出控制命令，很方便地控制起重机的工作。

并且随着社会的不断发展,无线遥控装置具有的超低功耗，节约人力成本和提高桁车运行的稳定性等特点，成为了控制装置领域比较普遍采用的方法。

采用无线自动遥控器对工业桁车进行控制优点具体如下：

（1）代替现有的控制室操作控制。

操作人员只需通过携带精致、小巧的遥控器，自由选择最佳操作位置进行操作，避免能见度差、危险的操作地点，使人身自由获得解放。

（2）避免指挥不当而引起的误解，使得操作安全性、可靠性、方便性、连贯性、工作效率大大提高，劳动强度则得到降低。

（3）简化控制系统的接线，克服电磁继电器动作时间长、触点抖动的缺点，使系统具有很强的适应能力、调试方便、维护简单、移植性。

（4）节省人力（操作、系缆、挂卸一人承担，无需指挥）。

（5）减低制造维护成本.

此外通过此次设计来巩固和加强所学的理论知识和锻炼自己的动手能力，熟悉和掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，熟悉传感器的使用，提高电子电路的设计和动手能力，加深对单片机软硬件知识的理解，获得初步的应用经验，也是培养和锻炼运用所学基本知识、理论和技能分析解决实际问题能力和科研创新能力，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

1.2课题现状综述

首先，桁车在各行各业中的应用已经非常广泛，并处于快速发展状态。

其次，单片机、无线发送、接收技术的不断发展与完善，为无线遥控提供了充分的条件。

从而提高了无线自动遥控的可行性和稳定性，进而取代中小型工业桁车采用现有的手动、操作室控制成为必然趋势。

其中，单片机的集成度很高，它具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。

所以特别适用与“电脑型产品”，它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品（家电、玩具）等各种领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

单片机特别适合于把它做到产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件。

可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。

伴随着单片机技术的发展与进步，包括数字单片机的工艺及技术，模糊单片机的工艺及技术，单片机的可靠性技术，以及以单片机为核心的嵌入式系统，使单片机即将迎来新的时代。

无线发送、接收芯片也同时在不断换代更新，使得无线遥控得到了飞速的发展。

无线遥控，即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号，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。

无线遥控技术发展只有几十年的历史：

本世纪20年代，才刚刚出现无线遥控的雏形。

那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。

二次世界大战以后，无线遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。

到现今，随着新的电子科技技术的出现，新的多功能大型无线遥控集成电路的不断发展，促进了遥控领域的飞速发展。

无线遥控装置的核心控制软件芯片从先前的分立的元件、小型集成电路慢慢发展到如今单片微型计算机，智能化程度也就不言而喻，得到了大大增强。

并且在如今社会生活中，遥控技术可以说已经运用到了各各方面，如工业日常生产、电器、安全、保卫等等。

无线遥控系统的种类和分类方法很多，主要几种方法有：

（1）按传输控制指令信号的载体分为：

无线电遥控、红外线遥控、超声波遥控；

（2）按信号的编码方式分：

频率编码和脉冲编码；（3）按传输通道数分为：

单通道和多通道遥控；（5）按同一时间能够传输的指令数目分为：

单路和多路遥控；（5）按指令信号对被控目标的控制技术分为：

开关型比例型遥控。

无线遥控装置的核心由发射部分和接收部分两大部分构成。

对于发射部分一般由按键、按键编码电路、调制电路、驱动电路、发射部分电路等构成。

按键编码电路编译出对应按键的编码信号，再由编码信号对控制体进行适当的调制，再传递给驱动电路，进行相应的放大功率，最后传递给发射电路，由它向外发射调制好的按键编码信号。

接收部分则由接收电路、放大电路、按键译码电路、驱动电路和执行电路灯几部分构成。

接收电路接收到发射器发射的已调制的编码信号后，便进行下一步的发大发送解调电路。

解调电路的作用就是把调制定编码翻译过来，变成编码信号。

按键译码器将编码指令信号进行进一步的译码工作，最后才将其传达到驱动电路，驱动相应部件实现各种按键的操作。

现在通过应用最先进的无线数据传输技术可以免去繁琐的设计和安装工作了。

工业的数据无线调制解调器可以双向传输数字、模拟、串行和CAN数据，传输距离可达到300m。

这种数据无线调制解调器的数据传输是在DECT和433Hz的基础上实现的。

采用微调控制装置可以快速和灵活地实现满足客户特定要求的应用。

成套配置的无线调制解调器可以灵活和安全地实现许多各种不同应用领域的数据传输任务。

1.3课题研究的内容和预期目地

课题研究的主要内容是基于单片机，并将数字电子技术、模拟电子技术和无线传、收模块、电学等相关知识相结合，设计一款可以实现工业桁车无线自动遥控的遥控器装置。

预期目的如下：

（1）设计出处理单元、发射模块、接收模块、外接电路等构成。

当发射模块发出信号时，接收模块对应的开关就会执行相应的操作，以LED灯的亮灭来显示开关的状态。

（2）采用单片机配合专用无线通讯模块实现对桁车的无线遥控。

（3）实现桁车的前进、后退、升、降等功能。

（4）对无线遥控器所需的硬件及软件进行设计。

（5）尽可能完成实物的设计。

2.总体方案设计和工作原理

目前在无线遥控领域中，遥控系统运用专门的将遥控编码和解码集成起来的电路板，这种做法具有加工简单、容易，使用方便等特点，但与此同时功能键的数量及功能受到各种因素的限制，只能够运用于某一个产品，应用的范围受到很大的制约。

而运用以单片机为核心的遥控系统，具有编程灵活多样、操作码个数可随意设定等优点。

除此之外单片机遥控可根据具体的应用情况，选取不同的遥控方式。

一般采用的两种方案:

方案一（利用红外遥控）

红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择实用性强。

发送部分：

图1单片机红外遥控器设计理框图

接收部分：

图2红外接收控制系统设计框图

当按下遥控按钮时单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出。

当红外接收器收到控制脉冲后，由控制方式选择开关是“互锁”还是单路控制，在由单片机处理后对相应的受控电器产生控制。

方法二：

（无线电遥控）

是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的技术。

这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械，去完成各种操作，如上升、下降、前进、后退等，之后再由这些机械进行需要的操作。

发射端：

发射

图3无线电法发送控制系统设计框图

接收端：

接受

图4无线电接收控制系统设计框图

2.1设计方案的选择

2.1.1红外遥控与无线电遥控的对比

红外遥控是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。

其中红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。

红外遥控就是运用了它的这种特性来完成相应的传输信号，达到控制功能。

常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。

日常生活中，一般由发射部分、接收部分构成红外遥控系统。

而红外发光二极管是发射部分的主要元器件。

它是一种性能特殊的发光二极管，特殊性在于他的内部材料与普通发光二极管相同，所以在两端施加一定的电压后，发出的就是红外线了，但这种光是不可见的。

现在红外发光二极管最多使用的波长为940nm上下。

接收部分的核心元器件同样是红外接收二极管，有圆形、方形等。

红外遥控的特点如下：

（1）几乎不影响周边其它电器设备；

（2）相对容易编解码，能够作为多路遥控。

（3）电路调试相对也简单，只要轻轻的按下给定的电路连接按键，基本上不需任何调试即可投入工作；

因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。

图2.1红外线遥控器

无线电遥控是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。

其中无线电是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一，在各种射频规范书，常见的有3KHz~300GHz（ITU－国际电信联盟规定），9KHz~300GHz，10KHz~300GHz。

无线电发射接收模块是无线电遥控系统必不可少的部分，一般分发射和接收两个部分。

发射部分一般分为两种类型，即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、。

接收部分利用间歇振荡状态下的再生检波电路工作的，就是设置一台设备的振荡电路，使其产生相应的振荡信号，再与接收到的信号混和后，产生中频信号，对中频信号进行放大和检验，解调出准确的控制信号。

图2.2无线电遥控器

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

并且红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性、不能有阻挡、距离一般不超过7米、不受电磁干扰，

而无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是无方向性、可以不“面对面”控制、距离远（可达数十米，甚至数公里）、容易受电磁干扰。

在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，好比工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决。

并且工业桁车一般使用在有电磁干扰、遮挡物比较多、遥控距离比较远的情况下，与此同时无线电遥控比无线电遥控还有一个优势，就是无需使用遥控器对准接收装置，就可以实现遥控功能，这样一来就方便了操作，故此次设计方案选取无线电遥控。

2.1.2影响无线电遥控距离的因素

（1）发射功率：

发射功率大则距离远，但耗电大，容易产生干扰；

（2）接收灵敏度：

接收器的接收灵敏度提高，遥控距离增大，但容易受干扰造成误动或失控；

（3）天线：

采用直线型天线，而且相互平行，遥控距离远，但占据空间大，在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离；

（4）高度：

天线越高，遥控距离越远，但受客观条件限制；

（5）阻挡：

目前使用的无线遥控器使用国家规定的UHF频段，其传播特性和光近似，直线传播，绕射较小，发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离，假如是钢筋混泥土的墙壁，由于导体对电波的吸收作用，影响更甚。

故在本次设计当中要尽量解决此类问题。

2.2设计方案总体结构

经过以上的调查和了解，无线电遥控实现此次设计要求是可行的，方案总体的框架图见图3、图4。

2.3设计方案的工作原理

遥控系统的工作原理如下：

（1）发射系统根据按键编址电路传输过来的控制位号，开启编码电路，生成脉冲信号，这种信号含有地址编码信息和开关信息，并且是编码的信号。

（2）通过无线电遥控系统中发射电路将编码好的脉冲信号发射出去。

（3）通过天线等设施，接收系统接收到信号，并将编码脉冲信号解码、编码地址确认。

（4）单片机电路产生相应的控制信号控制电路动作。

控制电路

信号识别

无线接收

无线发射

按键识别码

键盘

图5无线遥控工作原理图

下面具体介绍一下无线遥控装置各部分的工作原理原理。

无线电遥控设备由处理单元，发射模块，接收模块，外接电路等构成。

主要由编码电路和发射电路构成发射机。

编码电路由遥控器控制，使用者通过遥控器，按下相应功能键，让编码电路产生控制指令。

这种控制指令是特殊的、不同时产生干扰的电信号。

运用频率特征不是必须的，同样也可以用正弦信号的幅度及、脉冲信号的幅度、相位特征、宽度等特征等表达。

频率较低的电信号是不能够直接传送到遥控目标上去，而编码电路产生的指令信号都是这种信号，所以需要将指令信号如同用各种运载车辆运送货物一样，信号相当于货，高频信号相当于运载工具，也就是将信号载在高频信号。

把指令信号加载到高频上去的过程叫调制，调制功能就是运用发射电路的调制器将指令信号调制在载波上，由天线将已调制波发送出去。

接收机包括了接收电路、译码电路等。

而接收电路分成高频部分及解调器部分。

经过接收机高频部分对接收天线送来的微弱信号的选择和放大，发送到解调器。

就像运载工具到站后，卸货一样，从载波上“缷”下指令信号有用和无用的混和到了一块，需进行解调才能送到译码电路译码。

译码电路的工作就像把货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行鉴别，送到相应的执行放大电路。

执行放大电路把指令信号放大到具有一定的功率，用驱动执行机构。

执行机构将电能转变为机械动作，从而实现对被控目标的控制。