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西南科技大学高等教育自学考试毕业论文 I基于单片机的无线遥控开关毕业论文目 录第1章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 设计要求1西南科技大学高等教育自学考试毕业论文第1章 绪论1.1 课题研究背景和意义近十几年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而无线通信技术又有着集成化，低功耗，易操作的发展趋势。目前，一些只由微控制器和集成射频芯片构成的无线通信模块不断推出，这种微功率短距离无线数据传输技术在工业、民用等领域得到应用广泛。无线射频技术作为本世纪最有发展前景的信息技术之一，已经得到业界的高度重视。该技术利用射频方式进行非接触双向通信，可以自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。随着社会经济的发展，人们对生活质量的要求也在渐渐提高，拿日用品来说，越来越多的家用电器都开始使用遥控技术。电视机，VCD,空调，电风扇甚至照相机，电脑可以说遥控技术的使用，早已成为一种趋势。遥控技术之所以这么受现代人的欢迎，是因为它的使用，给我们带来极大的方便，今时今日，人们的工作越来越繁忙，时间也显得越来宝贵。遥控技术既能帮我们节省一定的体力，还能节约我们宝贵的时间。这也是本设计的最终目的。当你劳累了一天回到家里，坐在沙发上休息时又想打开电视来看；当你感到燥热又想打开空调来降温时；当天黑了你想打开照明灯时你都不得不走过去打开电源开关。虽然电视空调都有遥控器，但那也是在接通电源的条件下才可以使用。试想一下，如果有一个遥控器可以遥控所有家电的电源开关，那将会解决许多的烦恼带来极大的便利。在这次毕业设计中，本人所设计的题目就是四路无线遥控开关电路。我所设计的遥控开关，其技术指标是：电路简单容易实现，成本较低，功耗低，抗干扰能力强，遥控距离适合现实使用。1.2 设计要求设计实现四路无线遥控开关，对室内范围内的受控对象进行无线遥控，通信利用超再生无线模块实现，工作频率315MHz433MHz。可以对家庭、办公室、商场、酒店、医院、仓库等场所的灯具照明控制和类似用途电器的控制，也可以实现隔墙遥控，在房间可遥控客厅的灯具等。遥控距离10m以上。要求与数据：（1）工作频率315MHz；（2）遥控路数四路；（3）遥控距离10m以上；（4）受控对象：灯具和家用电器。第2章 电路方案论证2.1 方案比较2.1.1 红外遥控开关电路红外遥控器（IR Remote Control）是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。遥控按钮单片机红外发射图2.1 红外发射部分方案结构图红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择实用性强。红外发射部分方案结构图如图2.1所示。当按下遥控按钮时单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出。红外接收部分方案结构图如图2.2所示。当红外接收器收到控制脉冲后，由控制方式选择开关是“互锁”还是单路控制，在由单片机处理后对相应的受控电器产生控制。红外接收控制方式选择开关单片机受控电器图2.2 红外接收部分方案结构图2.1.2 无线电遥控电路图2.3 无线电遥控发射电路无线电遥控器（RF Remote Control）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。常见的无线电发射接收模块常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分一般分为两种类型，即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、。接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗图2.4 无线电遥控接收电路干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。图2.5 红外线遥控器 图2.6 无线电遥控器2.2 电路总体方案由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红外接收头。红外遥控和无线遥控是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性、不能有阻挡、距离一般不超过7米、不受电磁干扰，电视机遥控器就是红外遥控器；无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是无方向性、可以不“面对面”控制、距离远（可达数十米，甚至数公里）、容易受电磁干扰。在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决，基于本课题的设计要求，所以选择无线电遥控。第3章 无线电遥控技术的发展及应用3.1 无线电遥控技术的发展图3.1 传统机械开关 图3.2 无线遥控开关无线电遥控技术发展只有几十年的历史：本世纪20年代才刚刚出现无线电遥控的雏形。那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。二次世界大战以后，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。到现今，随着电子技术的飞速发展，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。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。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，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。传统的机械式开关愈来愈满足不了人们追求完美生活的需求。随着生活水平的不断提高，科学技术的不断创新，智能型无线遥控技术取代传统的手动控制，已成为现代生活的一种时尚。运用无线遥控照明开关，在某一空间的任意位置，任意时刻，都可以随意调控电灯及其它电器，让我们真正感受到高科技带来的无穷魅力和便捷。无线遥控与红外遥控、声控相比较，具有无线遥控覆盖范围宽，控制距离远，穿透力强等特点，在诸如爆破遥控、工厂生产控制和一些地形地貌险要、操作人员难接近或不能接近的实际场合中，更显魅力，倍加令人注目。近些年来无线遥控技术在家庭生活和科学研究中也占很重要的地位，在汽车、摩托车防盗报警中，在门、窗、库房控制中，在儿童玩具中，在无线数据传输，无线定时控制中，无线遥控获得更加广泛的应用。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遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。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，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz，遥控器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，本课题选用315 mHz频段。图3.3 工业行车3.2 无线电遥控器的应用（1）工业行车：工业用行车是遥控系统应用最广泛的领域之一，以德国为例，占遥控系统每年产量的40%左右；特别是冶金、汽车制造、造纸厂、物料仓库等新增行车几乎全部配备工业无线遥控器；（2）汽车吊、随车吊：通常，大型汽车吊遥控系统还配置了数据反馈装置，反馈装置可将运行参数（如负荷、起重臂长、负荷力矩、油温，压力，角度等）显示在发射系统显示屏上，操作人员可根据显示数据来监控吊车；（3）混凝土泵车：混凝土泵车操作时因控制台距浇注作业面有几十米（甚至上百米），传统的操作方式需数人配合才能完成，由于效率低，限制了混凝土泵车的性能发挥；对于长距离、大排量的大型泵车，矛盾更为突出；采用工业无线遥控器可以最大地发挥整机的性能，泵车司机在工作地点驾车定位后，即可用携带遥控系统依次操作泵车的各个动作，如布料杆的左右回转，多级杆的变幅升降等。操作人员可携带发射系统，远离泵车控制台，直接站在软管喷口附近，控制布料杆的动作和混凝土泵的运作；图3.4 建筑塔吊（4）矿山机械：对于矿井里能见度较低的场合下，可选用配有反馈装置的工业无线遥控器控制液压机械。即使在能见度较低、环境恶劣的地方，也可以方便控制重型凿岩机架钻孔作业。操作员可以选择最近的地点对位钻孔，而不必呆在距钻孔作业点十米以外的钻孔机的操作台上。无线电控制装置采用IP65保护标准完全适应在潮湿和含盐的环境中使用。大大增加了操作的安全性、舒适性和准确性，节约投资，提高了效率；（5）专用机械如：炼钢厂清渣装载机，采用工业无线遥控器对装载机进行遥控改造，在不改变现有手动操作方式的前提下，百分之百模拟原履带装载机的机械动力性能和作业功能，达到无人驾驶完成清渣作业的目的。操作员带着轻巧的发射机，自由选择最佳的视觉位置，遥控的装载机在清渣作业中运行自如。遥控装载机的成功运用消除了以往环境恶劣，视线不清，高温落渣带来的事故隐患，使操作人员从恶劣的环境中解脱出来，提高了清渣作业效率、改善冶金工人的工作环境，降低工人的劳动强度；（6）建筑塔吊：在欧洲、北美超过60%的建筑回转式塔吊采用无线遥控方式控制，不仅在设备制造时节省成本（无空中操作台），安全性和可靠性也得到充分保障，提高了施工效率；（7）其它方面：随着工业无线遥控器技术的发展，在装载机、调车机车、液压机械和移动车辆港口装卸船机等设备中，工业无线遥控器都得到了广泛应用，市场前景极为广阔。3.3 无线遥控距离的影响因素（1）发射功率：发射功率大则距离远，但耗电大，容易产生干扰； （2）接收灵敏度：接收器的接收灵敏度提高，遥控距离增大，但容易受干扰造成误动或失控；（3）天线：采用直线型天线，并且相互平行，遥控距离远，但占据空间大，在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离； （4）高度：天线越高，遥控距离越远，但受客观条件限制； （5）阻挡：目前使用的无线遥控器使用国家规定的UHF频段，其传播特性和光近似，直线传播，绕射较小，发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离，如果是钢筋混泥土的墙壁，由于导体对电波的吸收作用，影响更甚。3.4 无线电遥控设备工作原理无线电遥控设备由发射机、接收机及执行机构三部分组成。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操作器(操作开关或电位器等)控制，操作者通过操作器，使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制指令具有某些特征的、相互间易于区分的电信号。除了可以用频率特征外，还可以用正弦信号的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路使它载在高频信号（载波）上，才能由发射天线发送出去。就如同用火车、飞机等运载工具运送货物一样，指令信号相当于货物，载波相当于运载工具。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成。发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，由天线将已调制波发送出去。接收机由接收电路及译码电路组成。接收电路又包括高频部分及解调器部分。由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。就像火车、飞机等运载工具到站后，把货物卸下来的情况一样，解调器的作用是从载波上“缷”下指令信号。由于卸下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。译码电路的工作就像把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行鉴别，送到相应的执行放大电路。执行放大电路把指令信号放大到具有一定的功率，用驱动执行机构。执行机构将电能转变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构（例如舵面），从而实现对被控目标的控制。第4章 硬件电路的设计和实现4.1 单片机及最小系统4.1.1 STC89C51单片机介绍单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在可以说单片机是百花齐放的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地6。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势。MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。7STC89C51RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz用户应用程序空间为8K字节片上集成512字节RAM通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.0，TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看门狗功能共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）STC89C51RC单片机的工作模式掉电模式：典型功耗0.1A，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序空闲模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4mA7mA掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备图4.1 STC89C52引脚图下图4.1为STC89C51RC引脚功能说明。VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0口：为8位准双向I/O接口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1），可启动4个TTL负载。P1口：为8位准双向I/O接口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1），可启动4个TTL负载。P2口：为8位准双向I/O接口，当它作为I/O接口使用时，可直接连接外部I/O设备；在接有片外存储器或扩展I/O且寻址范围超过256字节时，P2口可用做高8位的地址总线。P3口：为8位准双向I/O接口，还可以将每一位用于第二功能，第二功能的定义见表4-1。端口功能第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输入口）P3.2INT/0（外中断0）P3.3INT/1（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T0（定时/计数器1）P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通表4-1 STC89C51 P3口的第二功能XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。本设计的主程序主要由液晶显示、通讯子按键程序组成。主程序的工作流程描述如下：首先初始化各种硬件功能模块进行初始化。包括开机液晶显示、键盘扫描、指纹模块建立通信。4.1.2 STC89C51单片机最小系统最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。图4.2 单片机最小系统结构图时钟电路复位电路STC89C51I/0口STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图4.2所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。4.1.3 外部晶振的设计单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十，高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。8单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。STC89C51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。图4.3 外部晶振电路STC89C51的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，通过XTAL1，XTAL2外部接上一片作为反馈元件的晶体，与C1和C2构成了并联谐振电路，使其构成自激振荡器，电容的值具有微调的作用，我们取30PF，具体的接法如图4.3外部晶振电路。STC89C51的工作频率范围在024MHZ。我们选用的是11.0592MHZ的晶振，振荡周期约为1us机器周期约为0.1us，所以这个晶振可以满足这个系统的要求。并且晶振不能离单片机太远，不然使用外部晶振进行软件调试时就会发现找不到信号。4.1.4 复位电路的设计单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位，当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。（1）上电复位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。（2）按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。图4.4 复位电路本系统采用的复位电路如图4.4所示。单片机在上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持两个机器周期以上的高电平，就能使单片机有效复位。其中电容选10uF、电阻选10K。4.1.5 STC89C51中断技术概述图4.5 中断响应和处理过程中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。图4.4为整个中断响应和处理过程。如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。4.2 继电器驱动设计继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。图4.6 继电器驱动电路电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。电路中继电器室通过PNP型三极管驱动，当阀值超过设定时，单片机会由高电平跳变成低电平，三极管导通继电器吸合，继电器起开关作用，可以驱动负载。4.3 遥控器电路设计由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作。发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去。Dout输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k820k之间选择即可。SC2262-IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，它是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，SC2262-IR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，SC2262-IR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，可用于遥控发射电路。图4.7 发射芯片管脚图编码芯片SC2262-IR发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，当有按键按下时，SC2262-IR得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。SC2262-IR的管脚图如图4.7所示，管脚说明如表4-2所示。 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）表4-2 管脚说明SC2262-IR特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.615v ，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。4.3.1 红外工作方式图4.8 周期位码（1）位码：位码是编码波形的基本单元，可分为 AD位（地址、数据位）和SYNC 位（同步位），根据相应端子电平的低、高、或悬空状态，AD 位可对应分别置为“0”，“1”或“f”，每位波形由两个脉冲周期构成，每个脉冲周期含有16个时钟周期，如图4.8。图4.9 周期位宽图4.8中，a2时钟振荡周期（时钟振荡周期在芯片16脚用示波器测得），位“f”仅对码地址有效。同步位的长度是4个AD位的长度，含一个1/8AD位宽度的脉冲。如图4.9。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”。（2）帧码：同样，帧码由字码构成，SC2262-IR每次发射的所有字码构成了一组帧码。SC2262-IR每次发射时至少发射4组字码，单片机只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会将数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平。第一组字码容易产生误码，所以程序可以丢弃处理。4.3.2 有效接收确认当单片机收到编码信号时，它会检查该信号是否有效，它必须是一个完整的字码。SC2262-IR芯片的地址编码设定和修改：采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路SC2262-IR的第18脚为地址设定脚，有三种状态（悬空、接正电源、接地三种状态）可供选择，38=6561，所以地址编码不重复度为6561组。图4.10 SC2262接线图SC2262-IR可以按照图4.10进行接线，可以通过调整发射端Rosc电阻的大小使接收距离最远，发射端电阻的调整范围390K430K。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慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。（1）上电后单片机进入待机状态；（2）检查有否接收信号。若无接收信号，仍停留在待机状态；否则在收到信号后，进行接收码地址与设置码地址比较；（3）当接收地址与设置地址相互匹配时，数据存于寄存器中。当检查到连续两帧的码地址都匹配，且数据都一致时，相应的数据输出端有输出。图4.8 遥控系统原理图本设计利用无线芯片配合无线模块实现无线的传输，采用编码的形式，采用两套无线芯片使用不同的编码，使得设计更加安全可靠，系统原理图如图4.8。4.4 无线接收电路设计接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315 M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路SC2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。SC2272就担任了这个解码任务。SC2262和SC2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分SC2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在SC2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。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,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致一致,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（）GND9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）表4-3 SC2272管脚说明SC2272的暂存功能是指当发射信号消失时，SC2272的对应数据输出位即变为低电平。而锁存功能是指，当发射信号消失时，SC2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入SC2272的信号幅度足够大。SC2272各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。电路图如图4.9所示。图4.9 接收电路图第5章 软件编程及仿真5.1 软件简介5.1.1 keil软件简介：1、系统概述 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 图5.1 Keil c 软件界面图Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 Keil_c软件界面如图5.1。2、Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 使用独立的Keil仿真器时，注意事项 ：（1）仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。 （2）仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 （3）仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。3、应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤编写源程序并保存建立工程并添加源文件设置工程编译/汇编、连接，产生目标文件程序调试。Keil使用“工程”（Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单File-New，在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序（或选择File-Open，直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm（.a51）或.c；然后选择菜单Project-New Project，建立新工程并保存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2）；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页（Files）会出现“Target1”，将其前面+号展开，接着选择Source Group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group Source Group1”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源文件后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其它文件）。加入文件后点close返回主界面，展开“Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的Target1，再选择Project-Option for TargetTarget1（或点右键弹出快捷菜单再选择该选项），打开工程属性设置对话框，共有8个选项卡，主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在Output选项卡中选中“Creat Hex Fi”；其它选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按F7键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。 成功编译/汇编、连接后，选择菜单Debug-Start/Stop Debug Session（或按Ctrl+F5键）进入程序调试状态。5.1.2 Proteus软件简介及使用：Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。该软件具有4大功能模块1、智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 2、完善的电路仿真功能（Prospice） （1）ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；（2）超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿 真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。（3）多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入。 （4）丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； （5）生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；（6）高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。 3、独特的单片机协同仿真功能（VSM） （1）支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器； （2）支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理