基于单片机的无线遥控定时开关.docx
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基于单片机的无线遥控定时开关
基于单片机的无线遥控定时开关
【摘要】本系统主要应用了无线遥控发射及接收原理，控制开关的闭合。
无线电波遥控是使用无线电作为载体来传送遥控命令的，即有较强的辐射能力。
使用无线电波频率传送命令与红外或超声遥控相比，具有无方向性，可以向四周辐射，能穿墙壁和障碍物，遥控距离远等特点。
应用单片机对开关进行定时关的控制。
具有显示开关用时时间的功能，包括年、月、日、时、分、秒及星期，可以通过按钮来调整时间并设置开关关断时间。
它具有使用方便快捷、安全等优点。
本系统实现了通过弱电来控制强电，避免了人与强电的直接接触而达到安全用电的效果。
第１章．前言2
第2章．基本原理概述3
2.1.无线电遥控的特点3
2.1.1.无线电遥控的频率范围3
2.1.2.无线电波段的划分和主要用途3
2.2．无线电遥控器的组成4
2.2.1.遥控发射器的组成4
2.2.2.遥控器接收器的组成5
2.3.3.主振级6
2.3.4.中级放大级6
2.3.5.高频功率放大器6
2.3.6.调制电路6
第3章．硬件电路设计7
3.1．遥控电路7
3.1.1.遥控发射电路7
3.1.2．遥控接收电路7
3.2.继电器驱动动电路8
3.3.LCD1602的使用8
3.3.1．LCD接口引脚功能8
3.3.2.HY系列电特性9
3.4.单片机外围电路9
3.5.综合电路设10
第4章.软件设计11
4.1.编程内容和思路11
4.2编程流程图12
4.2.1程序总体流程12
4.2.2.主程序流程图13
4.2.3.定时T0中断子程序14
第5章.调试及性能测试15
5.1.遥控接收电路的调试15
5.2．定时测试15
5.3.遥控距离测试15
第6章.设计总结16
致谢词16
附录17
元器件清单17
程序18
第１章．前言
开关，在我们的日常生活中无所不在。
一个性能优越、使用方便的开关会给我们的生活带来很多的方便。
随着人们生活水平的提高，对开关的要求也越来越高，特别是在安全性能，远程遥控的方面也有了进一步的要求。
无线遥控在抗干扰上也可以很好的使用，一个开关只接受一个遥控器的控制，抗干扰能力好。
此装置的遥控距离8米以上，对于一个家庭来讲是够用了，定时时间精确到秒，让你的电一秒也不浪费。
显示时间具体可当万年历来使用，并可以报时功能，可以当闹钟使用。
！
此装置其实用到的就是弱电控制强电的原理，通过小小的一对1.5V电池便可以控制220V的电压，起到安全隔离的效果，让我们避免直接和强电打叫道，达到沟通无需接触的效果，让你用电更安全、更方便。
许多时候由于忘记把电源开关关掉而导致了以外的发生。
遥控开关的使用大大的方便了人们的生活、也就减少了由于忘记把电源开关关掉而导致了以外的发生。
无线遥控器具有穿透能强、遥控距离远、无方向性、制造简单等优点，因此无线遥控开关被广泛的使用。
本开关有一特定的接收和发送频率，不同遥控器不会互相干扰，停电时处于关闭状态，并有手动和遥控两个功能，用电器不必拔下，因而能对某些带遥控而不切段电源的高档电器起到保护作用。
使用在220v交流电，可长时间通电。
本系统的主流程如图1-1所示，当遥控器ON/OFF按键按下时，遥控接收模块输出24伏电平，使常开继电器闭合，用电器得电。
单片机进行定时控制，当设定时间到时，单片机输出一高电平，使常闭继电器打开，用电器关闭。
其中这两个继电器串联在一起。
手动控制即
图1-1遥控开关总体方案
控制一开关直接关闭电源即可，当手动开关关闭时一切动作无效。
在系统中遥控器主要应用调频发射电路，由于遥控器只要应用到一个键值既可，所以遥控器可用简单的单管发射电路。
遥控接收为调频接收电路调频接收机接收到经过音频调制的高频调幅信号以后，通过检波级将音频信号截下送往后级放大电路。
单片机选用AT89S51，应用1602LCD液晶显示屏显示时间，应用单片机的定时中断功能进行定时控制，当定时时间到时控制继电器闭合。
第2章．基本原理概述
2.1.无线电遥控的特点
无线电波遥控是使用无线电作为载体来传送遥控命令的，即有较强的辐射能力。
无线电波频率一般在几百千赫以上，通常也称为“高频”，使用无线电波频率传送命令与红外或超声遥控相比，具有无方向性，可以向四周辐射，能穿墙壁和障碍物，遥控距离远等特点。
无线遥控的缺点是，容易引起互相干扰。
为避免互相干扰造成误操作，也为避免其他众多的无线电发射装置所发射的无线电波对遥控装置的干扰，在实际应用中，必须采取用编码技术。
2.1.1.无线电遥控的频率范围
了防止无线电波遥控装置发射的无线电频率对其他无线电装置（如收音机、电视机等）造成干扰，无线电管理委员会专门划拨出一些频率供无线电业余爱好者使用。
常用的业余频率范围27~38MHZ、40~48.5MHZ、72~74.5MHZ等。
因此在设计我们的无线电装置的时候，也应该把它的发射频率控制在这些频率范围内，以免影响广播、通信部门的正常工作。
2.1.2.无线电波段的划分和主要用途
（1）.无线电波按波长不同分为长波、中波、短波、超短波等。
不同的波段有不同的用途，如表2-1所示。
表2-1.无线电波段的划分和主要用途
符号
频率
波段
波长
传播特性
主要用途
VLF
3-30KHz
超长波
1KKm-100Km
空间波为主
海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离导航
LF
30-300KHz
长波
10Km-1Km
地波为主
越洋通信；中距离通信；地下岩层通信；远距离导航
MF
0.3-3MHz
中波
1Km-100m
地波与天波
船用通信；业余无线电通信；移动通信；中距离导航
HF
3-30MHz
短波
100m-10m
天波与地波
远距离短波通信；国际定点通信
VHF
30-300MHz
米波
10m-1m
空间波
电离层散射（30-60MHz）；流星余迹通信；
UHF
0.3-3GHz
分米波
1m-0.1m
空间波
小容量微波中继通信；（352-420MHz）
SHF
3-30GHz
厘米波
10cm-1cm
空间波
大容量微波中继通信（3600-4200MHz）
EHF
30-300GHz
毫米波
10mm-1mm
空间波
再入大气层时的通信；波导通信
2.2．无线电遥控器的组成
2.2.1.遥控发射器的组成
（1）.发射电路框图
发射电路一般由主振电路、中间放大、射频功放输出、编码和调制等部分组成，如图2-1
图2-1发射器组成框图
（2）.主振环节
主振电路是一个高频正弦振荡器，用来生成载波信号。
主振电路必须采用正弦振荡器。
正弦振荡器有放大电路、正弦反馈电路、选频电路等组成。
高频振荡器必须用LC回路为选频元件，但LC正弦振荡器稳定性不能满足要求，使用石英晶体稳定,而且不易受人体感应及分布电容影响，因此在使用射频遥控装置中必须使用晶体振荡器。
（３）.中间级放大环节
中间级放大器是对载波进行放大，然后去推动高频功率放大器。
中间级放大器根据发射功率需要，可以由一级，也可以由多级电路组成。
把高频功放输出与主频级之间的电路统称为中间级。
（4）.功放输出环节
功放输出是对载波信号进行功率放大，并用LC槽路滤除谐波成分，尽量保持载波信号为完美的正弦波送到天线发射。
（5）.高频功率放大环节
由于主振级输出的高频载波功率很小，一般不能满足遥控距离的要求，需要进行功率放大后从天线送出，才能发射较远的距离。
高频功率放大器的工作原理及调试方法与低频功率放大器差异较大，如果设计不和调试不当，会使工作效率很低，难以输出有效功率，甚至完全不能工作并可能烧坏功率输出三极管。
（6）.编码环节
编码器有二进制，五进制及优先编码制等。
常用的是二进制编码。
现于二进制编码为例，假设一个电路有A、B、C、D4路输出线，其中对应电压值分别为3V、0V、0V、3V。
其中逻辑状态为高、低、低、高，即1、0、0、1，用二进制表示为1001。
由此可见编码可以实现多通道控制，具有电路结构简单、高可信度及很强的抗干扰能力。
由此广泛应用于遥控电路中。
（7）.调制环节
调制电路是把编码信号调制到高频载波上去，以便传输多种遥控命令内容，根据调制方法不同，可以在中间级、主振级或功放输出实现。
2.2.2.遥控器接收器的组成
无线电遥控接收装置的组成和作用如图2-2
图２-2遥控器接收器的组成
（1）.接收天线
接收天线将所感应到发射器发射发出的微弱的载波信号接收过来，然后对从天线上感应的各种频率信号的选择，在空中充满了各种频率的电磁波，他们都能在天线上感应出微弱的信号，接收电路应能选择出我们所需的信号。
（2）.放大环节
因为天线上得到的载波信号十分的微弱，必须对其进行多级放大和功率放大，并要求有足够的放大倍数，才能满足执行电路的要求。
（3）.解码电路
将控制命令信号（调制信号）从载体上调制出来，也就是对调制了的载波进行解码。
即将接收天线所感应到的微弱的载波信号放大后，恢复成遥控命令信号（即调制信号），并进行相应的译码得到控制信号去执行驱动机构。
（4）.驱动执行环节
根据遥控信号命令，执行对负载的各种控制与操作。
（5）.负载
负载即被控对象，可以是家用电器，也可以是不同的电气设备和装置等。
无线电遥控发射器
2.3.对发射器要求
2.3.1.对载波频率稳定性要求
载波频率稳定性是无线遥控发射器重要指标之一。
与红外线和超声遥控相比，要求发射器的载波频率具有更高的频率稳定性，如果偏离接收装置的选频段，将会导致“差之毫厘，失之千里”，使遥控器失灵。
由于接收部分是在遥控接收器中安放的。
遥控对象是在地面上空运行的，会受到空中相邻频道和周围地理环境因素的干扰，因此，接收器的接收频率带不能设计得太宽，以保证载波频率的稳定性和发射器的可靠性运行。
2.3.2.对发射器的输出功率的要求
输出功率是遥控发射器的另一个重要技术指标。
设计时应根据遥控距离的远近，保证输出功率略大于发射器实际输出功率。
如果输出功率过小，则发射不到接收器的接收距离；过大则造成浪费，使电路设计复杂化，同时也提高成本。
所以，在设计发射电路时，把多方面的因素考虑进去，使发射器的输出功率达到理想化，满足实际要求。
在设计时，要根据具体要求的输出功率，灵活掌握。
如，经常见到儿童玩具遥控汽车、飞机，发射距离仅有几十米，发射功率10~20mW即可，电路设计可以节省掉某个放大环节，就可以满足要求了；对于航模、海模比赛，其活动范围在300~500M内，发射功率为100~200mW范围即可，必须有功放级等电路。
2.3.3.主振级
主振电路一般采用石英晶体振荡器，正弦波振荡器由放大电路、正反馈电路、选频电路等组成。
如图2-3为串联型，图2-4为并联型。
2-3串联型发射电路2-4并联型发射电路
石英晶体振荡器是利用石英晶体固有谐振频率及其稳定而构成的一种高稳定度的正弦波振荡器，其频率高达e（-10）量级，因而是一种应用十分广泛的正弦波振荡器。
2.3.4.中级放大级
中频放大器的任务是对载波信号进行放大，然后去推动高频功率放大器。
中间放大不一定就是一级，根据对发射功率要求的不同，中间级也可以有一级以上的电路组成。
中频放大器是保证整机灵敏度、选择性和通频带的主要环节，它是超外差接收机中的关键部件。
对中频放大器的基本要求：
合适而稳定的频率，即中频；适当的通频带；足够大的增益。
2.3.5.高频功率放大器
由于主振级输出的高频载波功率很小，一般不能满足遥控距离的要求，必须进行功率放大后从天线送出去，才能发射较远的距离。
主振电路是一个高频正弦波振荡器，用来生成载波信号。
高频放大电路即可采用分立元件的功率放大电路，也可采用集成功率放放大器。
2.3.6.调制电路
调制电路是把编码信号加装到高频载波上去由天线发射出去的电路。
它包括调幅、调频两中。
调幅的目的是让载波的振幅随调制信号的变化而变化，频率终
始终不变。
调频电路中，使载波频率随调制信号变化而变化，而振幅始终不变。
与调幅相比，调频具有抗干扰能力强、性能稳定、频率偏移小等优点。
调频信号本来应该是等幅的，由于在传输过程中受到各种干扰，使振幅产生起伏。
为了消除干扰的影响，在鉴频器之前常用限幅进行限幅，使调频信号恢复成等幅状态。
第3章．硬件电路设计
3.1．遥控电路
3.1.1.遥控发射电路
图3-1无线遥控发射电路
每按一次按扭，BG7和BG8组成一个脉冲振荡电路，该振荡信号通过BG9放大后由L4
回路对外辐射出去。
3.1.2．遥控接收电路
无线接收电路如图11所示以BG1为核心的接收电路把电感L2上的无线电信号放大，从集电极输出一脉冲电压，通过R4、C4加到BG2的基极进行再放大，然后又由R8送到L3、C8、
BG3组成的选频放大电路选频整形，再经BG4放大成开关信号。
图3-2遥控接收电路
每按发射器AN一次，接收电路BG4集电极输出一次开关信号，经C11触发BG5和BG6组
成的双稳态电路，使BG6导通（或截止）状态改变，继电器J吸合（或释放）状态改变，实现了遥控开关的目的。
3.2.继电器驱动动电路
继电器就是电子机械开关，它是用漆包铜线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈，当线圈中流过电流时，圆铁芯产生了磁场，把圆铁芯上边的带有接触片的铁板吸住，使之断开第一个触点而接通第二个开关触点。
当线圈断电时，铁芯失去磁性，由于接触铜片的弹性作用，使铁板离开铁芯，恢复与第一个触点的接通。
因此，可以用很小的电流去控制其他电路的开关。
整个继电器由塑料或有机玻璃防尘罩保护着，有的还是全密封的，以防触电氧化。
当控制电路中的开关闭合时，电磁铁便具有磁性，将衔铁吸下，使继电器触点接触，与触点相连接的电源电路便接通；当控制开关断开时，电磁铁的磁性被撤消，继电器触点弹开，电源电路亦随之断开。
如图4-3，三极管8550的基极B接到单片机的P2.4，三极管的发射极E接到继电器线圈的一端，线圈的另一端接到＋5V电源VCC上；继电器线圈两端并接一个二极管IN4148，用于吸收释放继电器线圈断电时产生的反向电动势，防止反向电势击穿三极管T5及干扰其他电路。
当AT89S51单片机的P2.4引脚输出低电平时，三极管8550饱和导通，＋5V电源加到继电器线圈两端，继电器吸合，继电器的常开触点闭合，相当于开关闭合。
当AT89S51单片机的P2.4引脚输出高电平时，三极管8550截止，继电器线圈两端没有电位差，继电器衔铁释放，继电器的常开触点释放，相当于开关断开。
注：
在三极管截止的瞬间，由于线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，线圈产生的感应电动势则可以通过二极管IN4148释放，从而保护了三极管免被击穿，也消除了感应电动势对其他电路的干扰，这就是二极管D1的保护作用。
图3-3继电器驱动电路
3.3.LCD1602的使用
3.3.1．LCD接口引脚功能
表3-1 LCD接口引脚功能表
引脚号
符号
状态
功能
1
Vss
电源地
2
Vdd
+5V逻辑电源
3
V0
液晶驱动电源
4
RS
输入
寄存器选择1：
数据；0：
指令
5
R/W
输入
读、写操作选择1：
读；0：
写
6
E
输入
使能信号
7-14
DB0
三态
数据总线（LSB-HSB）
15
LEDA
输入
背光+5V
16
LEDK
输入
背光地
3.3.2.HY系列电特性
（1）.绝对最大值范围如表4-2
表3-2 HY系列电特性绝对最大值范围表
项目
符号
最小值
最大值
备注
电路逻辑电压
Vdd-Vss
0
7.0V
液晶驱动电压
Vdd-V0
0
13.5V
输入电压
VI
Vss
Vdd
工作温度
0
-20
-30
+50
+70
+80
常温型
宽温型
超宽温型
存储温度
-10
-30
-40
+60
+80
+80
常温型
宽温型
超宽温型
（2）.HY系列供电电路
HY系列供电带电路如下图3-4、3-5所示：
图3-4单电源（字符型模块）图3-5双电源（字符和图形型模块）
3.4.单片机外围电路
本系统的单片机控制电路如图4-6所示，液晶显示LCD1602的DO~D7接单片机的P1脚，用于数据的传输。
RS、Ｒ/Ｗ、Ｅ控制脚接单片机的Ｐ３.４、Ｐ３.４、Ｐ３.６脚，用于控制ＬＣＤ的读、写功能等。
单定时到时，Ｐ２.３由低电平变我高电平，光电偶合器（或５Ｖ继电器）导通，继电器RSS得电，继电器常闭开关打开，从而切断电源。
按钮K1用于功能选择，每按一此在显示时间、显示时间的设定、定时时间的设定之间转换。
K2为加值键，K3为减值键。
图3-6单片机外围电路
3.5.综合电路设
本系统的总电路如图3-7所示，图中IN1为遥控接收电路，用于控制继电器K1，单遥控按钮打开时，继电器K1闭合，若定时未到RL（表示用到负载）得电，IN2为定时控制电路，当定时时间到时，继电器K2打开，RL断电。
在所有过程中，定时时间未到或关闭与遥控键打开时，开关打开。
定时时间到或遥控键关闭，开关闭合。
图3-7遥控开关总电路
第4章.软件设计
4.1.编程内容和思路
在本系统中，单片机主要要完成的任务是
（1）.时间的显示，包括年、月、日、星期和时、分、秒。
其中年份为2000-2099年。
可用定时中断来实现。
（2）.显示时间的调整和定时时间是设置，显示用LCD1602来实现。
4.2LCD1602液晶显示模块指令集
（1）.清屏
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
00000001
运行时间（250Khz）:
1.64ms;
功能：
清DDRAM和AC值。
（2）.归位
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
0000001*
运行时间（250Khz）:
1.64ms;
功能：
AC=0，光标、画面回HOME位。
（3）.输入方式设置
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
000001I/DS
运行时间（250Khz）:
40us;
功能：
设置光标、画面移动方式。
（3）.显示开关控制
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
00001DCB
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
设置显示、光标及闪烁开、关。
（4）.光标、画面位移
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
0001S/CR/L**
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
光标、画面移动，不影响DDRAM。
（5）.功能设置
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
001DLNF**
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
工作方式设置（初始化指令）。
（5）.CGRAM地址设置
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
01A5A4A3A2A1A0
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
设置CGRAM地址。
A5~A0=0~3FH。
（6）.DDRAM地址设置
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
00
1A6A5A4A3A2A1A0
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
设置DDRAM地址。
（7）.读BF及AC值
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
01
BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0
功能：
读忙BF值和地址计数器AC值。
其中：
BF=1：
忙；BF=0：
准备好。
此时，AC值意义为最近一次地址设置（CGRAM或DDRAM）定义。
（8）.写数据
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
10
数据
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
根据最近设置的地址性质，数据写入DDRAM或CGRAM内。
（9）.读数据
RSR/W
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0
11
数据
运行时间（250Khz）：
40us;
功能：
根据最近设置的地址性质，从DDRRAM或CGRAM数据读出。
4.2编程流程图
4.2.1程序总体流程
图4-1程序总流程图
本程序应用了定时嵌套原理，定时中断T0的优先级高于T1.
4.2.2.主程序流程图
图4-2程序主流程图
在主程序中，主要完成时间的设定。
在设定时间时时钟停止，即禁止中断。
4.2.3.定时T0中断子程序
图4-3定时中断T0程序流程图
定时中断T0子程序主要完成时间的处理，每10MS中断一次，每秒钟时间变化一次。
第5章.调试及性能测试
5.1.遥控接收电路的调试
检查各元件焊接无误后，将接收器通电，用万用表测各关键点对地电压：
R6两端电压分别为24V和6.2V，BG1C极1.5V，BG2C极7.1V，BG3C极0V，BG4C极23V，BG5C极24V（或0V），BG6C极0V（或24V），
当表笔触及BG1（9018）B极时能听到继电器工作的“嗒”声，则接收器工作基本正常。
各点电压基本相符时，一手按发射器，另一只手用非金属起子细调C2（2/7P），使遥控距离最远（反复调整C2）。
用万用表笔瞬间短路BG4的E、C极，继电器应有工作的声音，则BG5、BG6组成的双稳态电路工作正常，故障在BG1-BG4组成的接收选频电路；继电器没有工作的声音，说明双稳态电路有故障应检查排除。
各关键点对地电压和参考电压偏差不能很大，基本上应相等。
5.2．定时测试
遥控接收电路无误后，把程序写入单片机，并用秒表对单片机定时进行测试。
表5-1定时时间测试误差表
设置时间（分）
10
30
60
90
实测
时间
（分）
1
10.02
30.10
60.15
90.21
2
10.02
30.08
60.13
90.19
3
10.04
30.11
60.17
90.23
4
10.01
30.07
60.11
90.20
平均定时误差T=+135ms/min
5.3.遥控距离测试
表5-2遥控距离测试
遥控距离（M）
遥控灵敏度
遥控距离（M）
遥控灵敏度
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