低成本智能无线水塔水位控制器的设计论文.doc

湖南涉外经济学院毕业论文（设计）任务书（全日制本科生）初定课题名称 低成本智能无线水塔水位控制器的设计 课 题 类 别 毕业设计 课 题 来 源 教师科研题 专 业 班 级 电子信息工程0602 学 生 杨 中 兴 学 号 20064000070 指 导 教 师 高 金 定 学部主任（系主任） 乌 书 跃 二00 九年 九 月一、任务目的与要求：1、设计水塔水位控制器，要求控制器能根据水塔及水井水位情况自动控制水泵的关停，同时具备相关工作状态指示、报警、及过压、过流保护等功能；2、采用集成无线收发芯片+89S51单片机，完成水塔水位监测及发送装置（下位机）与水泵智能控制与接收装置（上位机）设计与制作。3、具备手动操作与自动运行两种模式，尽可能降低控制器成本； 4、在湖南高校数字图书馆网站上查阅与相关科研论文不少于15篇，提出自己的设计方案，独立完成开题报告；5、写出符合要求的毕业设计论文；二、主要参考资料（参数）：1、湖南高校数字图书馆：2、相关器件手册3、单片机原理教材4、模拟电子技术基础教材5、教师给定的其它资料三、进度安排第1-2周：查阅资料；第3-4周：提出解决方案，完成开题报告，熟悉相关软件的使用，；第5-8周：项目设计、焊接、仿真、调试；第9-11周：论文撰写与修改；第12周：毕业答辩；四、其它：教研室主任（学术小组组长）审核意见： 签章：目 录第一章 引言 1第二章 任务目的与要求 12.1设计水塔水位控制器22.2 采用集成无线收发芯片22.3 具备手动操作与自动运行两种模式32.4 在湖南高校数字图书馆网站上查阅32.5写出符合要求的毕业设计论文 3第三章 课程设计说明内容 33.1 片原理简介:PT2262/2 33.2 PT2262/2272特点83.3 PT2262引角图 103.4 PT2272 引脚图 103.5 PT2262 性能参数表103.6 PT2262 编码格式103.7 PT2262/2272地址码的设定10第四章 电路图应用114.1 用PT2262的电路图应用 114.2 用PT2272的电路图应用 114.3只有两根探测线的自动抽水控制器 12第五章 无线收发芯片简介125.1 F05P简介125.2 J04V简介 13第六章 电路的调试与整体电路图146.1发送装置元器件 146.2接受装置元器件 156.3水塔装置元器件 156.4 整体装置电路图 15第七章 结论 16参考文献 16致谢17第一章 引言 本无线遥控水塔水位自动控制装置属于电子技术领域。本装置设置于水塔与装于供水管路中的水泵之间，是由设于水塔上的发射器和设于水泵处的控制器两大部分所组成，发射器包括水位探头、信号比较电路、信号发射电路和电池，水位探头所检测的信号通过信号比较电路进行比较后，经信号发射电路向外发射；控制器包括信号接收放大电路、解码电路、中央控制电路和电源，接收放大电路用于接收上述发射器所发出的无线信号，经解码电路进入中央控制电路，通过中央控制电路来控制水泵电机的运转，电源对整个控制器供电。本装置由于通过无线的形式联系，安装和使用均十分方便，实用性较强， 特别适合于高层楼房的水塔使用。第二章 任务目的与要求2.1设计水塔水位控制器设计水塔水位控制器，要求控制器能根据水塔及水井水位情况自动控制水泵的关停，同时具备相关工作状态指示、报警、及过压、过流保护等功能；2.2 采用集成无线收发芯片采用集成无线收发芯片，完成水塔水位监测及发送装置（下位机）与水泵智能控制与接收装置（上位机）设计与制作。2.3 具备手动操作与自动运行两种模式具备手动操作与自动运行两种模式，尽可能降低控制器成本； 2.4 在湖南高校数字图书馆网站上查阅在湖南高校数字图书馆网站上查阅与相关科研论文不少于15篇，提出自己的设计方案，独立完成开题报告；2.5写出符合要求的毕业设计论文写出符合要求的毕业设计论文；第三章 课程设计说明内容3.1 片原理简介:PT2262/2PT2262/2272 是一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，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。编码芯片PT2262 编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从17 脚输出到射频发射模块的数据输入端发射出去。射频接收模块接收后送到解码芯片PT2272，其地址码经过三次比较核对后，PT2272 的VT 脚才输出高电平，与此同时与PT2262 相应的数据脚也输出高电平，如果PT2262 连续发送编码信号，PT2272 第17 脚和相应的数据脚便连续输出高电平。PT2262 停止发送编码信号，PT2272 的VT 端便恢复为低电平状态。高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅。 3.2 PT2262/2272特点1、CMOS 工艺制造，低功耗2、外部元器件少3、RC 振荡电阻4、工作电压范围宽：2.6-15v5、数据最多可达6 位6、地址码最多可达531441 种应用范围:1、车辆防盗系统2、家庭防盗系统3、遥控玩具4、其他电器遥控3.3 PT2262引角图PT2262 管脚说明:名称管脚说明A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(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 18 电源正端（）Vss 9 电源负端（）TE 14 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC1 16 振荡电阻输入端，与OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端；Dout 17 编码输出端（正常时为低电平）3.4 PT2272 引脚图PT2272 管脚说明：A0-A11 1-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262 一致,否则不解码D0-D5 7-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262 一致,数据管脚才能输出与2262 数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc 18 电源正端（）Vss 9 电源负端（）DIN 14 数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC1 16 振荡电阻输入端，与OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端；VT 17 解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）3.5 PT2262 性能参数表参数符号参数范围单位电源电压Vcc -0.315 V输入电压Vi -0.3Vcc+0.3 V输出电压Vo -0.3Vcc+0.3 V最大功率（Vcc=10V） Pa 300 mW工作温度Topr -20+70 储存温度Tstg -40+125 参数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源电压Vcc 2 15 V电源电流Icc Vcc=10V 振荡器停振A0A11 开路0.02 0.3 ADout 输出驱动电流IOHVcc=5V,VOH=3V -3 mAVcc=8V,VOH=4V -6 mAVcc=10V,VOH=6V -10 mADout 输出陷电流IOLVcc=5V,VOL=3V 2 mAVcc=8V,VOL=4V 5 mAVcc=10V,VOL=6V 9 mA输出高电平VIH 0.7Vcc Vcc V输出低电平VIL 0 0.3Vcc V3.6 PT2262 编码格式地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。每组字码之间有同步码隔开，如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。一个字码由12 位AD 码（地址码加数据码，比如8 位地址码加4 位数据码）组成，每个AD 位用两个脉冲来代表：两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。PT2262 每次发射时至少发射4 组字码，PT2272 只有在连续三次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT 端同步为高电平。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，所以程序可以丢弃处理。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)，对应的地址编是6 位。3.7 PT2262/2272地址码的设定在通常使用中，一般采用8 位地址码和4 位数据码，这时编码电路PT2262 和解码PT2272 的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3 的8 次方为6561，所以地址编码不重复度为6561 组，只有发射端PT2262 和接收端PT2272 的地址编码完全相同，才能配对使用，例如将发射机的PT2262 的第2 脚接地第3 脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272 只要第2 脚接地第3 脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V 互锁高电平控制信号，同时VT 端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级三极管放大，便可驱动继电器等负载进行遥控操纵。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。第四章 电路图应用4.1用PT2262的电路图应用4.2用PT2272的电路图应用振荡电阻:PT2262 和PT2272 除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收，在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。相对来说PT2262 用1.2M，2272 用200K 配套发射效果比较好。其他品牌的振荡电阻如何配套请参照各厂家提供的技术资料，目前2262 和2272 品牌比较多，振荡电阻配套也比较混乱。还有2272 解码芯片的工作电压的最小值和最大值也标注不同，有的标注在2.4-6V 有的是2.4-15V 有的是4-18V 使用时请注意查阅各厂家提供的技术资料。根据我们多年的的试验情况，各种品牌的2272 工作电压在3-5V 比较可靠，最低工作电压2.4V 没有问题，最高工作电压超过5V 易烧毁。特别需要注意2272 的地址端高电平不得超过18 脚的工作电压。配套参考表：编码芯片解码芯片PT2262 PT2260 SC2260 SC2262 CS5211 PT2272/SC2272/CS52121.2M 无3.3M 1.1M 1.3M 200K1.5M 无4.3M 1.4M 1.6M 270K2.2M 无6.2M 2M 2.4M 390K3.3M 无9.1M 3M 3.6M 680K4.7M 1.2M 12M 4.3M 5.1M 820K4.3只有两根探测线的自动抽水控制器电路如附图所示。图中继电器J用来控制水泵的电源，电容C1的作用是消除信号线上的干扰。IC（NE555）接成施密特触发电路，利用其回差特性而达到保持的目的。自动抽水：当水位下降低于C点时，C点悬空。IC第脚电压低于1/3Vcc，其第脚输出高电平，继电器得电吸合，启动水泵抽水，水位逐渐上升。中间保持：当水位上升至A点到B点之间时，稳压二极管D1被串联电路，此时P点电位控制在1/2Vcc左右，初触发器保持原来的状态不变。抽水自停：当水位上升至A点时，由于水电阻较小，P点电位高于2/3Vcc，IC第脚输出低电平，继电器断电，水泵停止抽水，从而可以达自动抽水的目的。该电路简单、制作容易，一般不需调试就可以工作。 第五章 无线收发芯片简介5.1 F05P简介F05P 是一款低成本、小体积、低功耗ASK 无线发射模块；采用SMT 工艺，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，无数据时休眠，并具有较宽的工作电压范围。适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路J04V、J04T 为第2 脚）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路J04V、J04T 为第3 脚）。性能参数：发射频率：315MHz 433MHz工作电压：DC+3V-12V发射电流：2-10mA发射功率：10mW传输速率：10Kbps频率稳定度：10-5声表稳频调制方式：ASK外形尺寸：9215mm(宽X 长X 厚)工作温度：-40-+60 引脚功能：F05P引脚功能： F05P+引脚功能：1-正电源3-12V2-地3-数据信号输入平时为低电平4-外接天线1-正电源3-12V2-地3-数据信号输入平时为高电平4-外接天线型号定义：定义：1、F05P-315M为无线发射模块F05P ;发射频率为315MHz。2、F05P-433M为无线发射模块F05P ;发射频率为433.92MHz应用说明：F05P性能与F05C基本相同，更稳定，是05年产品。引脚功能与F05T相同，可直接替换。F05P 采用SMT 工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P 具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK 方式调制。F05P 不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入F05P 的数据输入端。F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路J04V、J04T 为第2 脚）； F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路J04V、J04T 为第3 脚）。F05P 需要输入数据才能发射，数据信号停止，发射电流为零。F05P 对0.1-1ms 的数据脉冲发射效果较理想，过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降，过调制或调制不足使收发距离变近。F05P 对直流电平及模拟信号不能发射。如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰。若采用通用编码器2262，发射效果比单片机好，因为2262 的数据无论怎么变但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。而单片机则会出现数据错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。F05P 有4 个功能引脚，因为体积小，功耗底无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用，天线能否匹配也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度应取发射频率的1/4 波长，可以用一根直径0.5-1 毫米，长度（433M）18 厘米；（315M）24 厘米的漆包线代替。但天线必须拉直，指向无所谓。短于1/4 波长或弯曲的天线效果会很差。F05P 应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm 以上，以免受分布参数影晌而停振。FO5P 发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及发射环境有关。在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离，F05P 最佳有效工作距离为100M 左右。F05P 对应接收电路根据需求可选用J04V、J05R、J05P、3400、3100 等同频率接收模块配套。应用电路：电路说明：图1、图2、图3 为F05P 外型图，图5 为最基本的由单片机来控制收发的一则典型应用电路，需要注意PT2262 的14 脚TE 端低电平维持的时间必须大于2262 连续发送三组码的周期，2262 发码的周期与2262的振荡电阻有关，周期的计算详见PT2262 资料，各种品牌的2262 振荡电阻配套有区别，频率的计算参见厂家提供的资料。2262 的TE 端置高后2262 停止发码，17 脚变为低电平，F05P 进入休眠状态。如果不需要单片机来控制可以将14 脚接地或者用按纽开关来控制，也可以从4 个数据端用4 个4148 控制2262 的18脚电源，需要将14 脚接地。2262 的1-8 脚为三态地址编码。悬空状态码型比较好，如果没有特别要求最好不要把地址码全部置高或置低，这样容易误码。10-13 脚为数据码只有二种状态置高或置低，可以任意设置，2272 的10-13 脚就有对应的输出。2262 与2272 的地址编码必须一致。5.2 J04V简介J04V是一款低功耗小体积超再生接收模块，采用SMT工艺，性能稳定具有较好的灵敏度及性价比。是电池供电产品的理想选择。可以广泛应用于需要长期处于接收状态的遥控报警及单片机数据传输系统。主要特点：（1）输出无噪声干扰(零电平）（2）极低功耗（工作状态3V/0.2 mA）（3）特小体积（不需要外接天线）性能参数:接收频率：315MHz 433MHz工作电压：DC3V(2.6-3.5V)工作电流：0.15-0.3mA调制带宽：10K输出电平：TTL 电平接收灵敏度：-90dBm电路结构：超再生外形尺寸：10235mm(宽X 长X 厚)工作温度：-40-+60引脚定义:型号定义:1-外接天线2-数据输出端3-数据反向输出端配F05P+使用4-工厂测试端悬空5-地6-正电源（DC+3V）说明：1、J04V315M为无线接收模块J04V 接收频率为315MHz。2、J04V433M为无线接收模块J04V 接收频率为433.92MHz。安阳市新世纪电子研究所产品手册J04V315MHz 433MHzTel：J04V 工作频率为315MHz 及433MHz，可以定做300470MHz之间与声表面波谐振器对应的频率。J04V 性能与J04P 及J04E 基本相同，是J04P 及J04E 的改进型低功耗产品，但引脚不兼容。J04V 与J04T性能有区别但引脚兼容可直接替换。为方便后级电路的电平接口J04V、J04T 增加了数据反相输出端，无数据时2 脚输出为零电平，3 脚为高电平,可输出2mA 的驱动电流。若驱动低阻抗负载会引起J04V 及J04T工作电压的不稳定。J04V 工作电压范围：2.63.5V；2.6V 时工作电流在0.15mA；3V 时约0.2mA；3.5V 时约在0.3mA。J04V 适合电池或线性电源，可采用3.7K4.7K电阻从5V 取得33.5V，再加220UF 电解电容滤波，电解电容的接地点必须靠近J04V 的地，J04V 输出能力可驱动一支发光二极管。如果从6V 以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定。也可以从220V 用电容降压整流滤波后用7805 取得5V 再用3.7K4.7K电阻降压滤波取得3.3V。不适合用稳压管串联分压。接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性，也是接收电路的主要干扰源，J04V 不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做试验。J04V 不适合与发射用同一电源做试验。J04V 顶部镀银电感不要碰压，否则会引起频率偏移距离变近。J04V 内部具有放大整形电路，只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。J04V 在A 处点可根据需要接一支470K1M的电阻可使J04V 输出更干净，但接收灵敏度会降低。J04V 应按装在印板边部并离开周围器件5mm 以上，要垂直于线路板，否则会引起频率偏移。如果器件较多还必须注意地线布局合理，如果有晶振或其他信号源必须远离J04V，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。J04V 可外接天线提高接收灵敏度，天线长度不限应用电路:电路说明:由于J04V 是低功耗低电压超再生接收模块，只消耗0.2mA 的电流，图4 采用4.7K 电阻从5V 取得3.2V再加220UF 电解电容滤波给J04V 供电，虽然J04V 具有较宽的工作电压范围但电压在3-3.2V 时才具有最佳的经受灵敏度。图4 电路J04V 和PT2272 都是低功耗低电压器件当然也可以直接采用二节1.5V 电池供电。如果2272 驱动的负载功率较大需要采用小体积高容量的锂-亚硫酰氯电池，见图6，否则会引起接收电路的不稳定。PT2272 的D0-D3 可以直接与单片机连接。也可以去掉PT2272，由单片机直接解码。接收电路不适合使用纹波系数大与50mV 的开关电源，因为接收模块对电源的纹波很敏感。电源直接影响到接收电路的稳定性，不干净的电源就是接收电路的主要干扰源。J04V 应按装在印板边部并离开周围器件5mm 以上，要垂直焊在线路板上，否则会引起频率偏移。220UF 电解电容要靠近J04V 的地。如果采用电池供电，电源线要尽可能短。做测试收发不可以使用同一电源也不适合用试验室直流电源。收发要离开一米以上做测试。地线布局要合理，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。 第六章 电路的调试与整体电路图6.1发送装置元器件1.一个LED发光2极管和4个2极管2.FO5P3.PT2262芯片4.电阻12M一个5.4个10K的电阻6.4个开关7发送天线8.3态编码开关6.2接受装置元器件JO4VPT2272M4芯片电阻200K一个5个3K的电阻5个LED发光2极光接受天线7.4.7K电阻一个8.220UF电容一个9.2个100UF的电容和4个104电容和2个10UF的电容10.3态编码开关11.78L05芯片12.7132芯片6.3水塔装置元器件1.4.7U电容3个2.二极管一 个3.22K电阻一个4.0.1U电容一 个5.3.3K电阻一个6.470电阻一个7.220U电容一 个8.LED发光二极管一 个9.J中间继电器10.三极管一 个（9013）11.470U电容 一个12整流桥一个13.NE555芯片6.4整体装置电路图水塔装置电路图：接受装置电路图2发送装置电路图：接受装置电路图：第七章 结论 通过本次设计，让我很好的锻炼了理