电力机车弯道速度遥控-信号接收系统论文

1电力机车弯道速度遥控-信号接收系 统摘 要电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。本文简要介绍了目前的电力机车弯道速度遥控技术的发展概况，分析了电力机车弯道速度遥控系统的基本原理。该项技术以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、 单片机接收控制系统和接收报警系统。本课题着重对其中的信号接收系统进行了详细的介绍说明。信号接收系统是利用无线电电子技术，在电力机 车运行接近轨道弯道时，接收由弯道速度遥控信号发射系统发出的信号， 识别后作相应控制以适当的速度，以便安全通过弯道。关键词：电力机车，弯道速度遥控，AT89S52 单片机，信号发射，信号接收，报警Electric locomotive curve speed remote control2-Signal receiving systemAbstractTurn the speed of electric locomotive remote control technology is an important railway sector development technologies, which restricts the development of direct electric locomotive speed and running efficiency. In recent years, with electrical, electronic technology, electric locomotive has developed by leaps and bounds. This paper introduces the current turn speed electric locomotive remote control technology development, analysis of the electric locomotive speed curve of the basic principles of remote control system. The latest technology to turn the speed of the electric locomotive remote control system of the heart - single-chip microcomputer control system for the center to receive in order to send and receive signals and alarm system for prompt assistance, designed to turn the speed of electric locomotive remote control signal launch system, signal receiving system, single-chip control system to receive and receive alarm system. The topic focused on the signal receiving system in which a detailed briefing notes. Signal receiving system is the use of radio-electronic technology, in the electric locomotive running close to the track curve, the curve from the speed of the remote control receiver - the signal transmitting system signals to identify the corresponding control after the appropriate speed in order to secure the adoption curve. Key words: electric locomotive, turn the speed of the remote control, AT89S52 microcontroller, signal transmission, signal reception, alarm目 录31 绪论11.1 国内外研究综述.11.2 设计理论基础.12 电路主要元器件介绍12.1 AT89S52 单片机.12.1.1 功能特性描述.12.1.2 引脚结构.22.1.3 管脚说明.22.2 CD4511.42.2.1CD4511 概述42.2.2CD4511 特点52.2.3CD4511 外引线排列52.3 继电器52.3.1 继电器原理.52.3.2 继电器的特征.52.4 4N35 光电耦合器.63 系统设计及其工作原理63.1 红外遥控技术概要63.1.1 红外遥控技术.63.1.2 红外技术的发展历史.63.1.3 红外遥控的基本遥控原理.73.1.4 红外遥控系统基本框图.83.1.5 遥控发射及其编码.83.1.6 遥控信号接收.83.2 系统硬件电路的设计93.2.1 发射系统.93.2.2 接收系统.1043.2.3 系统功能实现方法.123.3 程序设计.123.3.1 程序设计方法.123.3.2 具体程序流程图和程序设计.134 其他部分电路.134.1 信号发射系统.134.2 接收报警系统.134.3 单片机控制系统.145 结论.14致谢.15参考文献.15附录 1.16附录 2.231 绪论随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导， 电力机车的发展取得了巨大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复杂的地区，弯道运行容易出现脱轨事故。因此，列 车安全问题被摆在了首要位置。在综合安全和效率的同时，弯道速度遥控技 术便被提上日程。1.1 国内外研究综述电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。根据网络资源以及相关资料调查，类似本课题 的项目在国内外有一定的研究成果。弯道速度遥控是以 AT89S52 系列单片机芯片为核心。根据接收发送信号以及当前电力机车弯道速度遥控的新要求，设计了电力机车弯道速度遥控的信号接收系统，以便于电力机车 能够顺利通过弯道，并且更能准确的确定电力机车现时的行程情况。1.2 设计理论基础5EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 10VCC40GND2089S52 U1红外光是电磁波的一种，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的肉眼看不到的光线。红外技术的 环境适应性好，在夜 间和 恶劣天气下的工作能力优于可见光， 红外系统的功耗低、成本低、速度快，而且带宽几乎不受限制。红外发射系统对一个红外辐射源调制后发射，红外接收系统通过光电转换器接收，对信号进行放大、检波、解调、整型等后输出。红外信号接收是一体化的组件为了更有针对性地接收所需要的编码，就设计成以载波为中心频率的带通滤波器，只允许指定频率的载波信号通过，这样以来就很好的解决了以前提到的防止现实环境中的其它红外线干扰的问题。2 电路主要元器件介绍2.1 AT89S52 单片机2.1.1 功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储 器。使用ATMEL公司高密度非易失性存 储器技术制造，与工业89C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz 33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符2.1.2 引脚结构6图 2-1 AT89S52 引脚图2.1.3 管脚说明VCC : 电源GND : 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向 I/O口。作 为输出口，每位能 驱动8个TTL 逻辑电 平。对P0 端口写 “1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作 为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在flash编程时， P0口也用来接收指令字 节；在程序校验时， 输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉 电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电 平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作 为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/ 计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和 时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX ），具体如表 2-1 所示。在flash 编程和校 验时，P1 口接收低 8 位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉 电阻的8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作 为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR,A ）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX Ri,A）访问外部数据7存储器时，P2 口输出P2锁存器的内容。在 flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。表 2-1 P1 口引脚及功能表引脚号 第二功能P1.0 T2（定 时器/计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定 时器/计 数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI(在系统编程用)P1.6 MIOS(在系统编程用)P1.7 SCK（在系统编程用）P3 口：P3 口是一个具有内部上拉 电阻的8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作 为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 2-2所示。在flash 编程和校验时， P3口也接收一些控制信号。RST: 复位 输入。晶振工作时， RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用表 2-2 P3 口引脚及功能表引脚号 第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD(串行输出)P3.2 /INT0(外部中断 0)P3.3 /INT0(外部中断 1)P3.4 T0（定 时器 0 外部输入）P3.5 T1（外部 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）作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次 访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 8“1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC 指令时有效。否则， ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标 志位（地址为8EH的SFR 的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。/PSEN: 外部程序存储器选通信号（/PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时， /PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存 储器时， /PSEN将不被激活。/EA/VPP: 访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，/EA 必须接GND。 为了执行内部程序指令， /EA应该接VCC。在 flash编程期间，/EA也接收12伏VPP 电压。XTAL1: 振荡 器反相放大器和内部 时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡 器反相放大器的 输出端。2.2 CD45112.2.1 CD4511 概述CD4511 是 BCD7 段锁存/译码/驱动器，具有 CMOS 结构和 NPN 双极型晶体管输出的 BCD7 段锁存/译码/驱动器。由一个 4 位锁存器、一个8421BCD 码 7 段译码器和 输出驱动器组成， 输出驱动电流为 25 mA 。有灯测输入端（LT ）,消隐输入端（BI）和选通输入端（LE）来控制显示亮暗。2.2.2 CD4511 特点 驱动电流 25 mA 低功耗 输入 BCD 码可存入锁 存器中 输入 BCD 码大于 1001 时输出消隐2.2.3 CD4511 外引线排列示意图如图 2-2图 2-2 CD4511 引脚图2.3 继电器9本设计中我采用的继电器的型号为 HKE 的 HRS4HSDC 5V。2.3.1 继电器原理继电器是利用电磁原理使触点闭合或断开来实现电路中联结点控制的执行部件。它实际上是一种用低 电压、小 电流来控制高 电压、大 电流的自动开关。是在自动控制系统，遥控遥 测系统，通信系 统等的控制装置和保护装置以及继电器一体化设备中不可缺少的开关控制元件。2.3.2 继电器的特征 继电器不同于一般的开关，它具有自动控制功能。一般的开关、插接件的 动作需借助人力，不具备自动控制的功能。 继电器的动作是依靠输入的各种物理量（包括电量），当输入量达到规定值时， 继电器的输出状态就会发生变化。 继电器不同于一般的电子开关，它的输出与输入机构都是严格电隔离的，两者之间的绝缘电阻不小于 100 M。 继电 器的 输出量的变化必须是跳跃的，或通或断，或呈高电平或呈低电平，并且能对其他电器电路进行控制、保护或调节。 继电器有逻辑功能，可以方便地实现对电路的逻辑控制。将多个继电器合理地进行组合、排列，可构成较复杂的逻辑电路和时序电路。2.4 4N35 光电耦合器光电耦合器是以光为媒介，用来传输电信号的器件，通常把发光器（发光三极管）与受光器（光电管）封装在同一管壳之内，当输入端加入电信号时，发光器产生光线，受光器接受光照之后就产生了光电流，并由输出端引出，从而实现了“电 光电” 的 转换。其管脚图和内部结构图见图 2-3 与图 2-4。图 2-3 管脚图 图 2-4 其内部 结构图ANODE-正极CATHODE-负极NC-NO CONNECTION 没有连接BASE-基极COLLECTOR-集电极10EMITTER-发 射极3 系统设计及其工作原理3.1 红外遥控技术概述3.1.1 红外遥控技术红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。红外遥控的基本硬件构成是：通用的红外遥控系统的硬件由发射和接收两大部分组成。3.1.2 红外技术的发展历史红外光又称红外辐射或红外线。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度就存在分子和原子的无规则运动，其表面就会不断地辐射红外线，温度越高辐射红外线的强度也越大。自从 1800 年英国天文学家 FWHerschel 发现红外辐射至今，红外技术发 展经历了两个多世纪。从那时起， 红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但是 发展速度比 较缓慢，直到 1940 年前后才真正出现现代红外技术。当 时，德国研制成硫化 铅 和几种红外透射材料，利用这些元件制成了一些军用红外系统。红外技术发展的先导是红外探测器。1800 年 FWHerschel 发现红外辐射时使用的是水银温度计，这 是最原始的热敏型红外探测器。1830 年以后，相 继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在 1940 年以前，研制成的 红外探测器主要都是热敏探测器。 19 世纪，科学家 们使用 热敏型红外探测器认识了红外辐射的特性及规律，证 明了红外线与可见光具有同样的物理特性，遵守相同的规律。它们是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速，波长是它们的参数并可以测量。20 世 纪初， 测量了大量的有机物 质和无机物质的吸收、 发射和反射光谱，证明了红外技 术在物质分析中的价值。20 世纪 30 年代，首次出现红外光谱仪后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40 年代初，光 电型红外探测器问世，以硫化 铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良，结构牢靠。50 年代，半导体物理学、量子力学等科学的迅速 发展，许多可用于红外探测的物理现象和效应，使光电型红外探测器得到新的推动。到 60 年代初期，对 于 13、35 和 813 微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术 在军、民两用方面都得到了广泛应用。红外技术的优点： 环境适应性好，在夜间和恶劣天气下的工作能力优于其他信号； 隐蔽性好，不易被干扰； 红外系统的体积小、重量轻、功耗低、成本低、速度快，而且带宽几乎不受11限制。3.1.3 红外遥控的基本遥控原理从介绍的原理和我们平时的使用经验知道，当按下某个键时，发送电路就产生对应的编码，经过调制后，在输出端产生串行编码 的脉冲， 这些脉冲经过驱动电路后由红外二极管发射出去。当接收端接收到光信号后，先经过光放大器再经过专用解码芯片将其还原(解调)为串行编码脉冲，然后由接收电路按照编码和解码的协议转换为相应的控制电平，最后由执行电路驱动开关等完成要求的操作。遥控系统中传输的数据是一串编码脉冲，也就是一组连续的串行二进制码，只是该脉冲是用调制过的载波表示的。对于一般的遥控系统，此串行码由红外接收头解调后，作为微控制器的遥控输入信号，由其内部CPU 完成对遥控指令的解码， 设计人员通常利用 红外编码解码专用芯片或者单片机研制各种红外遥控系统， 对各种电气设备进 行遥控。遥控器发出的串行二进制编码信号只需要持续数十个毫秒的时间，大多数是十多毫秒或一百多毫秒重复一次，根据数字示波器观察到的信号，最短的是45ms,最 长的是 179ms,也就是 说一串编码也就包括十位左右到数十位二进制编码，换言之，每一位二进制编码的持续时间或者说位 长在 2ms 左右（根据示波器显示的情况看，绝大多数 时 1.125ms 和 2.25ms，频率大概在 500KHZ 这个量级，一般是以 480KHZ 或者 455KHZ 居多）,要发射更远的距离必须通过载波，将这些信号调制到数十个 KHZ，用得最多的是 38KHZ。因为大多数普通红外遥控器的载波频率是所用的陶瓷振荡器的振荡频率的 1/12,最常用的陶瓷振荡器的频率规格是 455KHZ,故最常用的载波频率就是 :455KHZ/ 12=37.9KHZ，简称 38KHZ 载 波。此外 还有 480KHZ(40KHZ),440KHZ(37KHZ)，432KHZ(36KHZ)等规格，也有 200KHZ 左右的载波，用于高速 编码。 红外信号接收器是一体化的组件为了更有针对性地接收所需要的编码，就设计成以载波为中心频率的带通滤波器，只允许指定频率的载波信号通过，这样以来就很好的解决了以前提到的防止现实环境中的其它红外线干扰的问题。家用电器绝大多数都用 38KHZ，并且很多 红外线接收器也能很好地接收 频率相近的 40KHZ或 36KHZ 的遥控编码，本系 统涉及到的遥控器都是家 电遥控器，包括白家电和黑家电，二者在编码方式和 传送方式上有众多的不同点，但它们的载波频率都使用的是 38KHZ。3.1.4 红外遥控系统的基本框图通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。如图 3-1 所示红外遥控器键盘 编码和调制一体化红外接收头光电放大 解调解码单片机12图 3-1 红外线遥控系统框图3.1.5 遥控发射及其编码遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明。当 发 射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控 编码也不同。 这种遥控 码具有的特征为：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 0.565ms、间隔 0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“ 0”；以脉宽为 0.565ms、间隔 1.685ms、周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”。上述“0”和“1”组成的 32 位二进制码经 38kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。遥控器在按键按下后，周期性地 发出同一种 32 位二进制码，周期约为 108ms。一组码本身的持 续时间随它包含的二 进制“ 0”和“1” 的个数不同而不同，大约在 4563ms 之 间。3.1.6 遥控信号接收接收电路可以使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到 输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。接收器对外只有 3 个引脚：Out、GND、 Vcc 与单片机接口非常方便，如图3-2 所示。1 脚：脉冲信号输出接，直接接单片机的 IO 口2 脚：GND 接系统的地线（0V）3 脚：Vcc 接系统的电源正极（+5V）1 2 313图 3-2 接收器示意图3.2 系统硬件电路的设计3.2.1 发射系统近红外光可以通过红外发光二极管 (LED)获得。红外发光二极管是一种由 PN 结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。 发光二极管有交流电流、直流电流和脉冲电流等驱动方式。交流电流驱动方式主要用于红外测量、 检测 以及较简单的红外光通信中。直流电流驱动方式，如图 3-3（发射方式示意图）左图所示，也被称为平图 3-3 发射方式示意图均发射方式，是指通过启动直流电源驱动发光二极管发出恒定的红外光。一般用这种驱动方式的红外光电二极管功率较小（大都小于 100mV）、功耗较大、抗干扰能力也很差。为了提高红外遥控系统的工作距离，而又不使红外发光管过载，一般不采用这种方式，而是采用如图 3-3 右图所示的脉冲式发射方式或调制载波脉冲发射方式，红外遥控系统的工作有效作用距离取决于发光二极管辐射的峰值功率，而峰值功率是由驱动发光二极管的电路峰值所决定的。在相同的平均电流下，脉冲宽度越窄，峰值功率越大，传输的速度就越快，发光的效率也就越高，遥控的有效距离也就越远。这种 发射方式也大大提高了系统的抗干扰能力。3.2.2 接收系统在红外遥控系统中，与红外发射器相对应的是红外接收系统。接收部分通常由遥控接收器( 包括光电转换放大器、接收电路、解调电路)、解码电路以及执行电路等组成。遥控接收器主要完成对遥控信号的放大、检波、整形并解 调出遥控编码脉冲，而这些功能的完成一般是一个器件红外接收头执行的。也就是将如图 3-4 所示的几个部分是集成到一个简单的电子器件红外接收14头中的。在市面上，生产红外接收头的厂家很多，常见的欧洲产品主要有Siemens 的 SFH506-xx 系列、 Telefunken 的 TFMS5xxO 和 TK18xx 系列、Vishay 的 TSOP12xx, TSOP48xx 和 TSOP62xx 系列等几种，其中型号表示中的 XX 表示的是调制信号的载波的频率，一般有 33KHZ, 36KHZ, 38KHZ, 40KHZ 四种。而在亚洲(我们国家使用的主要型号)主要有如下几个公司的产品:Sharp,厦 门华联和日本电子，像 sharp 的 GPIUD26xK , GPIUD27xK , GPIUD28xK 等型号，厦门华联 的 HRMxx00 系列，日本电子的 PIC-1204XLM系列等，X 都是 对应不同的 调制频率。本系统所使用的红外接收头的型号是HRM3800，即其载波的频 率是用 38KHZ(37.9KHZ)。在红外接收器中，光电转换器件（一般是光电二极管或光电三极管，我们这里用的是 PIN 光电二极管）将接收到的红外光指令信号转换成相应的电信号（电压或电流）。此时的信号非常微弱而且干扰特别大，为了实现对信号准确的检测和转换，除了高性能的 红外光电转换器件， 还应 合理地选择并设计性能良好的电路形式。最常用的光电转换器件是光电二极管，当光电二极管 PN 结的光敏面受到光照射后，PN 结的半导体材料吸收光能，并将光能 转换为电能。当光电二极管上加有反向电压时，二极管中的反向电流将随入射光照强度的变化而变化，光的辐照强度越大，其反向电 流越大。也就是 说，光电 二级管的反向电流随入射的光脉冲作同频率的变化。U2LimiterU3integratorB.P.FU4comparatorC2 C3C1U1AmplifierD3demodulator图 3-4 遥控接收原理示意图15图 3-5 为该系统遥控接收电路原理图，其中 P1.1P1.2 口作为数码管的二进制数据输出，显示数字为 07，7 代表最亮， 0 代表最暗，采用 4511 集成块图 3-5 遥控接收电路原理图硬件译码显示数值；P0.0 P0.7 以及 P2.0P2.6 口作 为 15 个电器的电源控制输出。接口可以用继电器或可控硅，在本电路中，P2.0 口控制一个电灯的亮灭；P2.7 口为可控硅 调光灯的 调光脉冲输出；第 10 脚 P3.0 口为 50Hz 交流市电相位输入，第 12 脚为中断输入口；P3.1 口用于接收红外遥控码输入信号。3.2.3 系统的功能实现方法 遥控码的编码格式该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的码，最小为 2 个脉冲，最大为 17 个脉冲。为了使接收可靠，第一位码宽为 3ms, 其余为 1ms, 遥控码数据帧间隔大于 10ms。 遥控码的发射当某个操作按键按下时，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 方波由红外线发光管发射出去。 数据帧的接收处理EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 10. 4511a470ABCD8.2K10K39010K20k10U+5v+5v.+5V12+5V.+5V16当红外接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平启动中断程序，实时接收数据帧。在数据帧接收 时，将 对第一位（起始位） 码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉宽小于 2ms, 将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉宽大于 3ms 时，结束接收，然后根据累加器 A 中的脉冲个数，执行相应输出的操作。图 3-6 为红外 线接收器输出的一帧遥控码波形图。图 3-6 红外线接收器输出的一帧遥控码波形图3.3 程序设计3.3.1 程序设计方法程序设计就是用计算机所能接受的语言把解决问题的步骤描述出来，也就是编制计算机的程序，在设计应用系统时， 软件的编 制是重要环节。 软件的质量直接影响整个系统功能的实现。应用程序的设计因系统而异，但程序设计总是有共同特点及其规律的。在 编写程序时， 设计人员 可以采取如下几个步骤： 分析 问题 ，明确所要解决问题的要求，将软件分成若干个相对独立的部分。根据功能关系和时序关系，设计出合理的软件总体结构。 定程序框图，即根据所选择的计算方法制定出，这不仅是程序设计的一个重要组成 ，而且是决定成败的关键部分。 合理分配系统资源，包括定时器/计数器，中断，堆栈等。确分配好单元，进一步将程序框图画成详细的操作流程。 根据程序的流和图和指令系统编写出程序。注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。 程序调试。通过编辑软件编辑出的源程序，必须用编译程序汇编后生成目标代码。如果源程序有语法错误，需修改源文件后 继续编译，直到无 语法错误为止之后，利用目标码通过仿真器进行程序调试，排除设计和编程中的错误直到成功。 程序优化。使各功能程序模块化，子程序化， 缩短程序的长度，加快运算速度和节省数据存储空间，减少程序执行的时间。3.3.2 具体流程图和程序设计(详见附录)174 系统其他部分4.1 信号发射系统对于红外通信，除了红外遥控距离外，调制频率、调 制带宽也是发光二极管的两个重要参数。调制频 率关系到红外发光二极管在光通信中的传输速度的高低，红 外发光二极管因受到注入 PN 结有源区内少数 载流子寿命的限制（一般只有几十兆赫兹），从而限制了红外发光二极管在高比特速率系统种的应用。通过合理的脉冲编码和优化驱动电路，可使发光二极管有可能用于高速光通信系统。调 制带宽定义为：在保 证一定的调制频率下，当发光二极管输出的交流光功率比参考频率下降dB 时，所对应的频率值。它是衡量发光二极管调制能力的重要参数。红外遥控发射器由键盘矩阵、遥控专用集成电路、激励器和红外发光二极管组成。遥控专用集成电路 (采用 AT89S52 单片机 )是发射系统的核心部分，其内部由振荡电路、定时电路、扫描信号发生器、键输 入编码器、指令译码器、用户码转换器、数码调制电路及 缓冲放大器等组成。它能产生键位扫描脉冲信号，并能译出按键的键码，再经 遥控指令编码器得到某键位的遥控指令(遥控编码脉冲) ，由 38KHZ 的载波进行脉冲幅度调制，载有遥控指令的调制信号激励红外二极管发出红外遥控信号4.2 接收报警系统随着大规模集成电路技术的发展及语音合成技术的进步，出现了很多类语音芯片。报警装置的发射传感器经编码设置后安装在弯道处，供电电源取自电网，发射传感器功率应足够大，保 证发射信号辐射范围 100 公里。接收 传感器有效接收范围半径 1 公里。当电机车行驶到弯道 10 公里处时，安装于电机车上的接收传感器就可接收到无线电编码信息，经控制器处理后接通相应的语音通道，发出触发信号，使相应的语音信息由喇叭播放出来，通知 电机车司机，而电机车司机采取相应措施，保证电机车的安全运行。18图 4.1 接收报警系统框图4.3 单片机控制系统随着电子技术的飞速发展，单片机在各种领域中的应用越来越广泛。对那些指令少、功能单一的单片机，用其开发出来的硬件系 统其电路结构庞大而复杂、成本高、经 常容易发生电路方面的故障，且系 统 今后的升级和功能扩展都非常困难， 显然这样的单片机已经不能再满足要求了。于是，一种新型的 单片机出现了， 这就是嵌入式单 片机。 这种新兴单片机与上述单片机相比，它的芯片内集成了 RAM、可下载 的 Flash 程序存储器、可 电擦写的 EEPROM、键盘扫描电路、甚至还具有可下载 程序的 SPI 串行接口，同时其指令也更加丰富。可见用这种单片机进行开发设计时，只需要增加少量的外围电路并结合丰富的指令集合，就可以获得功能强大的控制系统，由于这种芯片内含有可下载程序的 SPI 串行接口和 EEPROM、Flash，因此，开 发出来的系统具有可升级性，用户可以根据需要对其进行功能扩展。由于单片机与控制对象联系密切，所以不但对单片机的性能要求高，而且对设计者的要求也很高，他 们不但要熟练掌握单片机，而且还要了解控制对象，懂得传感器技术，具有一定的控制理论知识等。5 结论本设计报告主要介绍了用单片机实现信号的接收的设计方法。系统介绍了该电路的硬件构成和软件工作过程，系统以单片机 AT89S52 为核心，主要采用 D/A 转换系统，结合所学的 单片机的知识， 实现系统的功能要求。设计中很好的使软、硬件相结合，虽然还存一些问题但产品基本上达到了设计的要求。在设计过程中，通过大量的 查阅资料， 认真研究教材，并向指导老师请教很多问题，使自己对单片机有了更 为深刻的理解，在做 软 件时，仔 细的分析硬件电路，画出程序流程图，培养了我的耐性和刻苦钻研的精神。弯道集成无线遥控发射 系 统电源 单片机 AT89S52无线遥控接收系统555 芯片发射电路功放电路和喇叭19致谢在这四年中，河南科技学院的各位领导、老 师和同学对我的学习给予了很大的支持和帮助，我在这里不 仅体会到了学习的乐趣，而且也感受到了集体给我的关怀，在此谨对各位表示衷心的感谢。论文结束之际，首先感谢我的指导老师， 杨老师在本次设计中给予了殷切指导，在写 论文的过程中，老师给我做了全程的分析与引导。 杨老师知识渊博、治学严谨。他的认真与细致 让我佩服。另外，在我设计期间，同组同学也给了我很多的帮助，在此我也向他 们表达我真诚的谢意。最后，对所有在我学习生活中给予帮助和关心的人表示衷心的感谢！参考文献1刘春明，梁晋电力机车远程实时监控系统的研究2005 年第 12 期2杨金岩，郑应强，张振仁8051 单片机数据传输接口扩展技术与应用实例人民 邮电出版社20053楼然苗，李光飞51 系列单片机设计实例北京航空航天大学出版社20064李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社20055张毅刚，彭喜元等新编 MCS-51 单片机应用设计(第二版) 哈尔滨工业大学出版社20066朱勇机原理与应用技术清华大学出版社20067王庆有光电传感应用技术 机械工业出版社20078荆文芳，史忠科计算机测量与控制 2006 年第 11 期9李炎清毕业论文写作与范例厦门：厦门大学出版社2006.10 10潭博学，苗江静集成电路原理及应用北京： 电子工业出版社2003.9 11李志强，彭友云基于单片机的红外通信接口的设计200712何立民MCS-51 单片机应用系统设计航空航天大学出版社 200113朱定华单片机原理及接口技术 电子工业出版社2001 14刘瑞新单片机原理及应用教程 机械工业出版社200320附录1：接收部分程序十五路遥控接收A P1.0 1 40 VCC B P1.1 2 39 P0.0 LED0 C P1.2 3 38 P0.1 LED1 P1.3 4 37 P0.2 LED2 P1.4 5 36 P0.3 LED3 P1.5 6 35 P0.4 LED4 P1.6 7 34 P0.5 LED5 P1.7 8 33 P0.6 LED6 100HZ RST 9 32 P0.7 LED7 P3.0 10 MCS-51 31 EA VDD P3.1 11 30 ALE REMOTEIN P3.2 12 29 PSEN P3.3 13 28 P2.7 调光脉冲 P3.4 14 27 P2.6 LED8 P3.5 15 26 P2.5 LED9 P3.6 16 25 P2.4 LED10 P3.7 17 24 P2.3 LED11 XTAL2 18 23 P2.2 LED12 XTAL1 19 22 P2.1