无线单片机控制笑脸毕业论文.doc

广西民族师范学院毕业论文（设计）无线单片机控制笑脸毕业论文1.系统方案论证与比较1.1无线收发模块选择1.1.1方案一：无线遥控PT2272L4锁存和非锁存的区别：锁存方式是发射器有发射时，接收端有数据输出，发射器停止发射后输出端数据仍然保持（锁存），直到下一次发射器发射时输出端数据被刷新并保持。非锁存方式则是发射器有发射时，接收端有数据输出，发射器停止发射后，接收端没有数据输出。一、无线遥控PT2272L4的技术指标1、工作电压：5VDC2、工作电流：5mA3、接收频率：315MHz4、接收方式：超再生5、接收灵敏度：-103dBm6、解码芯片：PT2272-M4（L4），有四路并行数据输出，一路解码有效指示输出（非锁），八位三态地址码7、解码有效时输出TTL高电平8、输出方式：有两种，一种为非锁（M）方式（即点动或脉冲方式），另一种为互锁（L）方式（即信号锁存方式）9、接收模块外形尺寸：49207mm二、使用说明1、使用范围：各种工业遥控，防盗报警器信号接收，各种家用电器的遥控等。2、本模块接收频率已固定在315MHz，应用时请勿调节模块中的电感元件。以免影响接收效果。3、天线用软导线或其它硬质金属（如拉杆天线），长度为250mm，既不能过长也不能过短，否则会影响接收距离。若使用软导线，请拉直悬空使用，并尽量不要靠近金属物体。4、应尽量避免电磁干扰和金属屏蔽。5、电源电压要求稳定且波纹系数低，需多级滤波（如增加磁珠电感电容等）。6、若配合单片机使用建议MCU时钟频率在4MHZ以下并且晶体尽量远离RF接收模块，否则晶体的高次谐波会影响通讯距离。三、参考应用电路（四路遥控继电器开关）图1为无线接收模块该遥控器工艺成熟、性能优秀，电磁转换效率高、发射功率大、功耗低，采用声表器件（SAW）稳频，65G超高频三极管, 编码芯片品种繁多，满足各个方面、层次的应用。 适用范围:1、汽车、摩托车防盗器；2、家庭防盗报警器；3、各种遥控控制，电动窗帘，卷帘门，停车场道阐控制；性能特征：1四位并行数据；2高稳定性，采用SMT进口贴片元件，声表面谐振器稳频(SAW)，65G超高频三极管；3. 外形尺寸：36mmX23mmX8 mm。参考应用线路：图2为无线发射模块使用说明：1、本模块连续发射时间不要超过30秒，以免高效发射管过热损坏。2、本模块传输距离与收发天线、工作电压、数据速率、占空比等因素有关。3、使用时应接上天线（长度约为250mm ）并尽量拉直悬空使用，天线应尽量远离大的金属体。4、应尽量避免电磁干扰和金属屏蔽。1.1.2方案二：315M433M无线发射接收模块主要参数1、通讯方式：调幅AM2、工作频率：315MHZ3、频率稳定度：75KHZ4、发射功率：500MW5、静态电流：0.1UA 6、发射电流：350MA7、工作电压：DC 312V接收模块等效电路图： 该高频接收模块采用进口SMD器件, 6.5G高频三极管, 高Q值电感生产, 性能稳定可靠, 灵敏度高, 功耗低, 质优价廉, 广泛应用于各种防盗系统,遥控控制系统。适用于各种低速率数字信号的接收；工业遥控、遥测、遥感;防盗报警器信号接收, 各种家用电器的遥控等。 超再生接收模块的中间两个引脚都是信号输出是连通的,超再生接收模块的等效电路图如下：图3无线接收电路主要技术指标1、通讯方式：调幅AM2、工作频率：433MHZ3、频率稳定度：200KHZ4、接收灵敏度：105dbm5、静态电流：3mA(DC5V) 6、工作电流：5MA7、工作电压：DC3C-5V8、输出方式：TTL电平9、体积：30x13x8mm 模块的工作电压为5伏，静态电流3毫安，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。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在2585度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。DF数据模块具有较宽的工作电压范围312V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约2050米，发射功率较小，当电压5V时约100200米，当电压9V时约300500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700800米，发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用23厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的20甚至更少，这点需要在开发时注意考虑。DF数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与DF发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则DF发射模块将不能正常工作。数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。DF发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。DF模块的传输距离与调制信号頻率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和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1.1.3结论：通过方案一与方案二的对比，需然两个方案无线收发模块的发射距离都达到要求，但是发现方案一的无线收发模块是有锁存和非锁存两种模式。联系本设计的实际需要锁存，而方案二达不到要求无线模块PT2272-L4有互锁功能，而且市场货源丰富，价格低廉方案二市场货源缺乏价格相对昂贵。所以本设计通过讨论选择了方案一。1.2.设计开关选择1.2.1方案一：用5v继电器本设计利用5v继电器的目的是用于开关作用，继电器容易控制；5v继电器的驱动电路简单有5V的电源供应。只需要三个元件，一支电阻，一支三极管，一支二极管。假设4.5V5V信号电压为高电平有效，即高电平时应让继电器吸合，只要将信号电压经电阻接到NPN三极管的基极上，三极管的发射极接地，集电极接继电器，继电器的另一端接受12V电源正极即可，为了防止继电器的反向感生电动势烧坏三极管甚至前边的电路比如单片机，应在继电器两端反向并联二极管，该二极管的正极应该在三极管集电极那端，负极接正5V端。三极管可使用一般的小功率管如9014或9013(依继电器线圈电流而定，一般9014就够)，二极管可以使用1N4001等，若反压较高，还可以改用1N4002、4003甚至4007。电阻大小取决于三极管的放大倍数以及继电器的工作电流。如继电器吸合电流为50mA，三极管100倍，则基极只要有0.5mA即可，那么应以5V减去BE结电压0.7V，得到电阻上的分压4.3V，然后代入R=U/I公式，4.3V/0.5mA=8.6K。所以使用8.6K的限流电阻就可以了。但8.6K不在四环电阻的系列值里，可以使用略大一点的8.2K代替，但建议不要小，否则继电器可能不能吸合。1.2.2方案二：用三极管8050三极管有三种状态：放大、截止，饱和开关等，在本设计考虑到无线收发模块接收的高低电平，通过单片机来检测，所以要采用采用三极管8050由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于 0.3伏特。 (838电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。欲如此就必须使 Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为图4 为求Ic公式因此，基极电流最少应为：图5为求Ib公式上式表出了IC和IB之间的基本关系，式中的值代表三极管的直流电流增益，对某些三极管而言，其交流值和直流值之间，有着甚大的差异。欲使开关闭合，则其Vin值必须够高，以送出超过或等于(式1) 式所要求的最低基极电流值。由于基极回路只是一个电阻和基射极接面的串联电路，故Vin可由下式来求解图6为求Vin公式一旦基极电压超过或等于(式2) 式所求得的数值，三极管便导通，使全部的供应电压均跨在负载电阻上，而完成了开关的闭合动作。总而言之，三极管接成图1的电路之后，它的作用就和一只与负载相串联的机械式开关一样，而其启闭开关的方式，则可以直接利用输入电压方便的控制，而不须采用机械式开关所常用的机械引动(mechanical actuator)螺管柱塞(solenoid plunger)或电驿电枢(relay armature)等控制方式。为了避免混淆起见，本文所介绍的三极管开关均采用NPN三极管，当然NPN三极管亦可以被当作开关来使用，只是比较不常见罢了。1.2.3结论：方案二具有不少优势，而且方案二性价比低；但是方案一和方案二所得到的输出电压精度都达到设计要求：但是方案一输出控制简单明了,基本上不要计算。并且方案一使设计上可以更好地发挥，只要给高低电平就容易完成。所以本设计采用方案一。1.3显示部分的选择方案1.3.1方案一：采用LCD12864采用LCD12864来显示笑脸，通过C语言编程拼图来完成笑脸的方法；一下是12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。 基本参数 1.1液晶屏类型 STN FSTN 、模块显示效果：黄绿底黑字 、蓝底白字、白底黑字、视角、6点钟、12点钟、驱动方式、1/64 DUTY 1/9 BIAS 背光、LED白色、LED黄绿色 、控制器 KS0108或兼容 ST7920 T6963C 、数据总线 8 位并口/6800 方式 串口 、温度特性 工作温度：-20+70 储藏温度：-30+80 、点阵格式 128 x 64。1.2用带中文字库的128X64显示模块时应注意以下几点： 欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。 显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。 当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。 模块在接收指令前，向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读取BF标志时BF需为“0”，方可接受新的指令。如果在送出一个指令前不检查BF标志，则在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即等待前一个指令确定执行完成。指令执行的时间请参考指令表中的指令执行时间说明。“RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位。当变更“RE”后，以后的指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位，否则使用相同指令集时，无需每次均重设“RE”位。图7为LCD12864的实物图1.3.2方案二：采用LED节能灯一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。图8发光二极管PN区的原理假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。（二）LED的特性1极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。（2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.（4）半值角1/2和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。图9发光二极管发光强度的原理（5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。（6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在 IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。（7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR10A以下。1.3.3结论：方案一虽然可行电路简单，但是LCD12864价格昂贵，在一般市场很难买到；而且LCD12864控制笑脸的编程控制部分相对运用LED节能灯控制笑脸的难度更大，为了考虑编程及本设计的性价比。在本设计采用方案一可以通过分立元件来设计好电机驱动电路来驱动LED节能灯，运用单片机来控制LED的点亮方式，能很好的完成本设计的设计效果，所以采用方案一。2.硬件电路设计及理论分析21 单片机最小系统简介2.1.1 单片机最小系统、报警模块设计图10为单片机最小系统如图2-5所示，控制核心为普通52单片机最小系统，通过单片机最小系统来接收输入信息和控制输出，其中最小系统有AT89S52、10U电容和高电平开关复位、12M晶振、电源组成。声光报警电路由三极管开关驱动蜂鸣器、发光二极管工作。2.1.2 输入电源图11为供电5v直流电源图10为整个电系统的供电电源和参考电压电路。主要有整流桥整流、电容滤波、集成稳压块稳压输出+5v、发光二极管显示出来。2.1.3笑脸显示电路设计图12为LED显示电路LED显示模块是一种专门用LED发光来显示本设计控制的效果，现在市场上比较流行LED灯；而且LED具有节能，性价比低。2.14笑脸控制电路设计图13为主控电路根据本设计要求，主要通过无线收发模块来控制继电器的开关；本设计用8050硅三极管来驱动继电器，使继电器能很快速的达到开关状态，确保控制顺利完成主控电路的作用。2.1.5笑脸显示的PCB板效果图图为本设计的显示部分2.1笑脸控制效果图图为本设计的控制部分 系统框图单片机复位按键显示声光报警无线接收无线发射继电器图为控制系统框图流程图开始程序初始化主界面键盘扫描判断键键键显示蜂鸣器图为软件流程图、系统调试1 测试仪器数字示波器数字万用表量角器、尺子 结果分析经过分析，题目的基本要求部分可以全部实现，并且发挥部分也基本可以实现，甚至有些部分比题目要求的还要好。做得最好的是，输出角度值在满度时的误差：|输出值显示值|都达到设计要求。还有一个很好的是，在调试过程中，发现了一个问题：测量的环境要在无外界风力的影响下进行，由于容易受到外界风力影响。在测量时最好在室内进行，帆板被风扇吹的角度时，要以帆板的重心为依据，一水平面为参考平面这样测量出来的角度更接近LCD1602所显示的角度值。附件一：参考文献1模拟电子技术基础/刘慰平主编 北京：北京理工大学出版社，2008.22数字电子基础/杨志忠主编。3版.北京：高等教育出版社，2008.6 351单片机C语言常用模块与综合系统设计实例/于永，戴佳，常江编著，北京：电子工业出版社，2007.44protel99SE原理图与PCB设计/曹丙霞，赵艳华编著，北京：电子工业出版社，2007.5部分元件清单：元件清单电源部分器件名规格（型号）数量：个备注：元三端稳压管0.758120.75发光二极管5MMLED20.15瓷片电容10460.01电解电容4700uf/50v22.002200uf/50v21.501000uf/5021.0整流桥KBP0.9排针1mm60.01变R型压器HWBY-130112.00电阻800欧10.01330欧10.04单片机最少系统单片机芯片89c5214.5电阻10k10.01按键SIP-110.01电解电容10uf/30v10.3管座SIP4010.6晶振12M10.45瓷片电容30P20.01控制显示和报警部分液晶1602110.5蜂鸣器电磁式10.5电阻10K20.01可调电阻10K10.5三极管901410.04按键SIP-1160.1电机驱动电阻52010.01100K10.011K10.01电解电容100 uf/30V10.4010uf/30V40.30直流电机12V CPU电机115.00排针5mm20.01三极管805010.022SA520011.00附件二：部分程序#include /包含头文件#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint table6=0;uchar code xianshi=主要功能 1、设置输出值 2、设置步进请选择功能：请输入电压值：;uchar code xianshi1=功能 1直接输出值功能输入电压值为;uchar code xianshi2=功能 2步进功能输出电压值为;uchar code xianshi3=警告有短路或是超负载稳压电路进入保护状态请检查后再试;sbit lcdrs=P25;sbit lcdrw=P26;sbit lcde=P27;sbit lcdpsb=P24;sbit lcdrst=P23;sbit beer=P20;sbit jiance=P21;sbit LDAC=P14;sbit CSMSB=P10;sbit CSLSB=P11;sbit WR0=P12;sbit A0=P13;uchar num,temp,flag,cc,vv;int aa;void delay(uint i)/延时函数while(i-);void delay1(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void speaker()uchar i;for(i=0;i0;x-)for(y=50;y0;y-);speaker();void write_lcd(uchar date,uchar com) /lcd12864指令数据写命令函数lcde=0;lcdrw=0;lcdrs=com;delay1(1);P0=date;delay1(1);lcde=1;delay1(1);lcde=0;void init_lcd() /lcd12864初始化delay1(45);lcdpsb=1;lcdrst=0;delay(10);lcdrst=1;delay(10);write_lcd(0x30,0);delay(110);write_lcd(0x30,0);delay(57);write_lcd(0x08,0);delay(110);write_lcd(0x10,0);delay(110);write_lcd(0x0c,0);delay(110);write_lcd(0x01,0);delay1(10);write_lcd(0x06,0);delay(110);void init(