毕业设计（论文）-家庭照明智能遥控开关设计.doc

延安大学西安创新学院本科毕业论文设计 单位代码： 005 分 类 号： TN 延安大学西安创新学院 本科毕业论文（设计）题 目： 家庭照明智能遥控开关设计 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称： 教 授 毕业时间： 二零一三年六月 21家庭照明智能遥控开关设计摘要：设计了一种家庭照明智能遥控开关，该设计由单片机AT89C51、315M稳频无线电遥控组件及外围驱动设备构成，介绍了315M无线发射模块、无线接收模块及芯片PT2262/PT2272，制作出的电子遥控可控制四路电子开关自锁、非锁、互锁三种状态。关键词：AT89C51；PT2262/PT2272；遥控开关；设计Home lighting intelligent remote control switch designAbstract: a home lighting intelligent remote control switch is designed, the design of single chip microcomputer AT89C51, 315 m frequency wireless remote control components and peripheral driving equipment, introduced the 315 m wireless transmitting module, the wireless receiving module and chip PT2262 / PT2272, and produce electronic remote control electronic switch can control four road since the lock, un lock, lock each other three states.Key words: AT89C51; PT2262 / PT2272; Remote control switch; design目录1引言12无线遥控概述12.1无线遥控概述12.2无线遥控的发展史12.3无线遥控的分类22.4无线遥控的应用23芯片介绍33.1 AT89C51单片机介绍33.2 PT2262芯片介绍43.3 PT2272芯片介绍64设计方案84.1设计思路84.2设计组成94.2.1发射模块94.2.2接收模块94.3驱动系统设计105系统原理图116程序设计126.1程序流程图126.2系统主程序127系统制作与调试137.1实物的制作137.2程序调试137.3实物调试137.3.1实物状态选择说明137.3.2实物的调试及结果138总结15参考文献16谢辞17附录18一.PCB图18二.实物图19三.系统主程序201引言 随着人民生活水平的提高，现代家庭的居住条件得到了很大的改善，居住面积越来越大，而对于家庭照明电灯、电器设备等依然采用传统的的手动机械开关，不仅从在机械开关易磨损的缺点而且在比较大的房子里夜间要去启动开关非常麻烦。并且电子科学技术迅猛发展，各种新型器件，智能化电器及产品在国民经济各个领域和人民生活各个方面得到了日益广泛的应用。为了给家庭照明提供更多的方便，使得家庭照明也能实现智能化。本文设计了一种成本低廉、工作可靠适合多室式家庭照明的控制。利用单片机AT89C51，采用315M稳频无线电控制组件及PT2262/PT2272模块，通过无线电磁的方式实现对家庭所照明点灯、电器设备的控制，使用安全方便、简单可靠。2无线遥控概述2.1无线遥控概述无线遥控器顾名思义，就是一种用来远程控制机器的无线装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电路板和用来产生不同信息的按钮所组成。到目前，无线遥控器已经在生活中得到了越来越多的应用，给人们带来了极大的便利。随着科技的不断进步无线遥控器也扩展到了不同领域和多种种类，简单来说常见的有两种，一种是红外遥控模式，另一种是防盗报警设备、门窗遥控、汽车遥控、开关遥控等等常用的无线电遥控模式。两者各有不同的优势，应用的领域也有所区别，本课题要研究的是无线电遥控模式。2.2无线遥控的发展史无线电遥控技术发展已经有几十年的历史：本世纪20年代才刚出现无线电遥控的雏形。那时，人们想将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但是由于 技术还不够完善而未能成功。二战以后，无线电遥控技术发展迅速，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。时至今日，随着电子技术的迅猛发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。 由于无线电波发射是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。为此，在前人研究的基础上设计出了一种集成芯片无线电遥控多通道开关系统的设计方法。研究表明，采用该方法设计出的遥控开关系统控制更加方便，适用于含有较多受控电器场合，可实现多路多功能控制。无线电遥控器是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的无线遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收以后，可以指令或驱动其它相应的机械或者电子设备，去完成所要达到的机械进行操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机。作为一种性能良好的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制、防盗报工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。无线电遥控常采用的载波频率为315mHz或433mHz，使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。我国的开放频段规定为315mHz和433mHz。2.3无线遥控的分类目前无线遥控技术相对比较成熟，有专业人士把它分为： 红外无线遥控、声波触发遥控、无线电遥控、无线网络远程遥控。下面就让我们一起来分析它们的优缺点吧！.红外无线遥控：红外无线遥控技术由于通过红外光信号传递数据，因此不易受到电磁干扰，其频率的使用也不像其他无线遥控技术那样受到许多限制，而且通讯的可靠性高。因此，短距离遥控领域，更多地应用红外遥控技术，它广泛应用于各种家用电器设备；但是，它容易受到障碍物的影响。.无线电遥控：无线电遥控是通过数字信号来传递信号的，虽然它在复杂电磁环境中容易受到干扰，但是它不受空间环境、障碍物的影响，而且传输距离可近可远；在无线控制中具有很高的地位。.声波触发遥控：声波触发遥控常常用于声控电路。它的电路简单，但是，遥控距离近，且不能实现多点控制。2.4无线遥控的应用近年来，遥控技术在国防、军事、工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用的越来越普遍。无线的数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。3芯片介绍3.1 AT89C51单片机介绍AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含有4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器和128的随机存取数据存储器，器件采用AEMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大,可灵活应用于各种控制领域。图3-1为AT89C51外部引脚图。图3-1 AT89C51引脚图89C51是一种带4k字节可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器。1).主要特性： 兼容MCS51指令系统4K字节可编程闪烁存储器 寿命：2k可反复擦写（1000次）FLASH ROM15个双向I/O口全静态工作：0Hz-24Hz 可直接驱动LED128*8bit位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 两个外部中断；两个串行中断低功耗休眠功能片内振荡器和时钟电路 2).管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位双向I/O口，每个脚可吸收8TTL门电流。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P3口：P3口管脚是8个上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。RST：复位输入。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。XTAL1：反向振荡放大器输入及内部时钟工作电路输入。 XTAL2：反向振荡器的输出。3.2 PT2262芯片介绍编码芯片PT2262是台湾普城公司生产的CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路。PT2262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，最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码在17脚串行输出。图3-2为编码集成PT2262引脚图。图3-2 PT2262引脚图编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成的一个完整码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码要经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，此时相应的数据脚输出的也是高电平，如果发送端按键一直按住，编码芯片就会连续发射。当发射机按键没有按下时，PT2262不会接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当按下按键时，PT2262接通并开始工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起起振作用并且发射等的幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全由PT2262的17脚输出的数字信号控制，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。PT2262管脚功能如下表3-1表3-1 PTZZ62管脚功能名称 管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空)D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； Dout17编码输出端（正常时为低电平）3.3 PT2272芯片介绍解码集成PT2272也是台湾普城公司生产的CMOS工艺制造的低功耗低价位通用解码电路， 它与编码集成PT2262配对使用。 下图3-2图为解码集成PT2272的引脚图。PT2272管脚功能下表3-2图3-2 PT2272引脚图表3-2 PT2272的管脚功能名称管脚说 明A0-A111-8、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-D57-8、10-13 地址或数据管脚,当作为数据管脚时,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Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）PT2262PT2272的地址码和数据码都用宽度不同的脉冲表示，两个窄的脉冲表示“0”；两个宽的脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。下图3-3部分是放大的一组字码：一个字码由12位AD码（地址码和数据码组成，如8位地址码加4位数据码）组成，每个AD位用两个脉冲来表示：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” 图3-3 脉冲放大字码图PT2262发射时每次至少发射4组字码，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码与数据码时才会把数据码中的“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。PT2272有不同的后缀，它表示不同的功能，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一直保持对应电平状态，直到下次遥控数据发生变化时才改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的并且和发射端是否发射相对应，可以用于类似的控制。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)，对应地址编码是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应地址编码是6位。4设计方案4.1设计思路编码发射驱动电路接受解码照明系统按键本设计由四个按键的遥控器和接受组件四个继电器驱动三部分组成，电路采用高稳定无线电收发模块和遥控专用解码电路，不受方向限制，具有保密度高，遥控距离远，性能稳定可靠和静电功耗低等特点，实现对四路灯的开关控制。下图4-1为对应系统框图 图4-1系统框图4.2设计组成本设计主要由发射部分、接收部分、单片机AT89C51及三极管驱动继电器电路构成，该设计使用DF无线数据收发模块和编解码集成PT2262/PT2272 。 4.2.1发射模块按键编码发射首先，发射部分采用了编码器PT2262和无线电发射模块F05B，无线电发射部分采用的是新型的5V干电池提供的工作电压。组成框图如下4-2图。图4-2 发射部分组成框图315M无线发射接收模块（如图4-3）的参数介绍及主要技术指标： 图4-3无线发射接收模块1）、通讯方式：调幅AM2）、工作频率：315MHZ/433MHZ3）、频率稳定度：75KHZ4）、发射功率：500MW5）、静态电流：0.1UA6）、发射电流：350MA7）、工作电压：DC 312V4.2.2接收模块接收部分采用了与发射部分配套的译码器PT2272与接收模块J05B。其电源由变压器220V转变成9V，通过整流桥整流，电容滤波，稳压管稳压得到直流的5V电压。接受部分组成框图如下4-4图。接收解码控制驱动照 明设 备图4-4接受部分组成框图该部分电路由315MHz无线数据接收模块和解码集成PT2272构成。当无线接收模块接收到空间的315MHz信号时，经放大、变频、滤波等处理后输出控制信号，送到解码集成IC1第14脚进行处理。 图4-5 315M超再生接收模块315M超再生接收模块的体积：30x13x8毫米（如图4-5）其主要技术指标： 1）、通讯方式：调幅AM 2）、工作频率：315MHZ/433MHZ 3）、频率稳定度：200KHZ 4）、接收灵敏度：106DBM 5）、静态电流：5MA 6）、工作电流：5MA 7）、工作电压：DC 5V 8）、输出方式：TTL电平接收模块工作电压为5V，静态电流4MA，它为超再生接收电路，接收灵敏度为105dbm，接收天线最好为2530厘米的导线，最好能竖立起来。4.3驱动系统设计方案一：采用晶闸管直接进行驱动。其优点是体积小，电路简单，外围元器件少，但控制电流小，大电流晶闸管成本高，且隔离性能差。方案二：采用三极管驱动继电器。其体积大，外围元器件多，其优点是控制电流大，隔离性能好。根据实际情况采用方案二。三极管驱动继电器的原理是通过控制三极管的导通状态来控制继电器的吸合。是用较小的电流控制较大的电流的一种开关。因此，广泛应用于电子设备中。用三极管作为开关元件控制线圈通电时，三极管必须处在开关状态。其饱和导通条件是：Ucc = Uces ,Ic = Ics ,Ib = Ibs, Ics = (Ucc-Uces)/Rc = Ucc/Rc在工作中，如果三极管的基极电流IB临界饱和的数值IBS，则三极管一定饱和导通，即IbIbsIcs/, Ib = Ubb/Rb对于硅管，饱和导通后：Ube = 0.7V, Uce = Uces0.3V 截止条件：UbeUt=0.5VUT:硅管发射结的死区电压，截止时，b = 0 c = 05系统原理图 用Protel99SE完成分块电路原理图设计，其中有发射、接受、驱动三大模块。综合所有模块，画出总原理图如图5-1。图5-1系统总原理图6程序设计6.1程序流程图开始初始化选择 功能 X Y Z接收解码结束6.2系统主程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/继电器输出端口/sbit jdq1=P26;sbit jdq2=P24;sbit jdq3=P22;sbit jdq4=P20;/按键输入端口/下见附录三7系统制作与调试7.1实物的制作（1）根据系统原理图及功能特点用Protel99SE完成Pcb板的设计与制作。Pcb图见附录一。（2）实物的焊接根据电路原理图及完成的Pcb图在老师的指导和与同学的一起努力下完成实物的焊接工作。实物图见附录二。7.2程序调试（1）首先根据系统要求，用Keil C编写程序。（2）确认程序无误后，将目标程序加载、运行。7.3实物调试7.3.1实物状态选择说明本设计分为非锁、自锁、互锁三种状态。现在我们分别对每一种状态的工作方式及功能介绍说明（1）非锁型输出又称点动输出，数据脚输出的电平是瞬时的可以用于类似点动的控制，有遥控信号时，数据引脚是高电平，遥控信号消失时，数据引脚立即恢复为低电平，适用于如电动门、电动门锁、与单片机对接等只需要一个高电平的电路。 （2）自锁型输出的数据脚能实现触发翻转工作逻辑，自锁型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。自锁型四路相互独立互不影响，可同时遥控四路，如灯具的控制等。（3）互锁型输出就是任意一路收到信号则该路就能一直保持对应的高电平状态，接收到任意其它路的数据则恢复到原始状态，四路互锁只能有一路接通，实际应用如电风扇档位开关电路等。7.3.2实物的调试及结果通过硬件和软件的设计以后，在理论上已达到设计的要求，为了确保遥控的性能的稳定，现在我们分别对三种状态下遥控开关的功能和稳定性进行测试，如下：表7-1、7-2、7-3分别为自锁、互锁、非锁三种状态下的实物调试结果。表7-1自锁状态调试结果对应表按键序号按键次数对应发光二极管状态对应控制灯A1发光开启亮2灭关闭灭B1发光开启亮2灭关闭灭C1发光开启亮2灭关闭灭D1发光开启亮2灭关闭灭表7-2互锁状态调试结果对应表按键序号/次数对应发光二极管状态对应控制灯 A 1发光开启亮B灭关闭灭C灭关闭灭D灭关闭灭A灭关闭灭 B 2发光开启亮C灭关闭灭D灭关闭灭表7-3非锁状态调试结果对应表按键序号按键次数对应发光二极管状态对应控制灯A1发光/灭开启/关闭亮/灭2发光/灭开启/关闭亮/灭B1发光/灭开启/关闭亮/灭2发光/灭开启/关闭亮/灭C1发光/灭开启/关闭亮/灭2发光/灭开启/关闭亮/灭D1发光/灭开启/关闭亮/灭2发光/灭开启/关闭亮/灭经过多次重复测试实际输入输出量与上表完全吻合，本设计成功。8总结通过本次的设计使的我全面的巩固了应用数字电路和模拟电路的基本理论知识，掌握并设计出了用四路家用照明控制遥控，解决了家庭照明的实际问题。使得家庭照明更加智能化，通过本次设计提高我独立思考解决和分析电子设计问题的能力。根据提出的问题，探索出不同的设计方案。优化并选择较好的方案，为我今后探索问题解决问题起到启蒙作用。通过查找资料使我了解电子技术发展的动向，启迪了我的思维，开拓了我的视野。参考文献1许小军.电子技术实验与课程设计指导M.南京:东南大学出版社,2004. 2陆应华.电子系统设计教程M.北京:国防工业出版社，2005.02. 3何书森.实用遥控电路原理与设计M.福建:福建科学技术出版社，2002.176-1854张义和.51单片机（C语言）M.北京:人民邮电出版社，2009.5余孟尝.数字电子技术基础简明教程M.北京：高等教育出版社，2006.6张俊谟.单片机中级教程M.北京:北京航空航天大学出版社，2008.7陈汝全.实用微机与单片机控制技术M.电子科技大学出版社，1995.07 .8张毅刚.电子CAD-Protel DXP电路设计M.北京:电子工业出版社，2007.03. 谢辞 随着这篇本科毕业论文的最后落笔，我四年的大学生活在这个充满毕业气息的季节即将划上一个圆满的句号。而我的人生却是在我的名字后面又多了一个冒号，我要说什么就意味着去做什么，我将面对又一次征程的开始。在这里我要感谢我的父母、我求学路上的每一个老师、每一位同学我的兄弟姐妹们。在本次设计的过程中，邵思飞教授作为我的指导老师，他治学严谨，学识渊博，视野广阔，为我营造了一种良好的学术氛围。置身期间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了明确的设计目标，掌握了基本的设计方法和写作方式，而且还明白了许多待人的道理。其严以律己，宽以待人的纯高风尚，朴实无华平易近人的人格魅力，无微不至感人至深的人文关系，令我如沐春风，倍感温馨。正是由于他在百忙之中多次指导审阅，对细节进行修改，并对本设计提出许多中肯而宝贵的意见，本设计才得以成型。“只要过程扎实了，结果自然就出来了。”这是我第一次到他办公室他说给我的。我知道这就是他对我的要求，认认真真、仔仔细细、扎扎实实，我享受了这个过程，同时这也将成为我在以后学习、生活、工作时对待事情的唯一标准。在此特向邵思飞教授致以衷心的谢意！向他无可挑剔的敬业精神、严谨认真的治学态度、深厚的专业修养和平易近人的待人方式致以深深的敬意！同时感谢：老师、老师、老师、老师等四年来对我的栽培和培育。附录一.PCB图二.实物图三.系统主程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/继电器输