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无线遥控系统综合报告 论文题目：无线遥控系统综合报告专业： 学号：姓名：指导教师姓名： 二O一四年十月摘要无线遥控（Remote Control System）在工业自动化领域有着非常广泛的应用，比如控制远端电机的启动和停止、远端指示灯的开关和控制一些电器设备的运行与终止等等，这类应用实际上都是利用信道来传输开关量信号。无线遥控就是利用无线电传送控制信号，对物体或各种过程进行远距离的控制。如通过无线电传送控制信号，操纵模型飞机作出各种动作，控制导弹飞向目标，控制人造飞船进行轨道等。通常也以为核心，传感器辅助实现发射接收。一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用。关键字： 无线 系统 单片机 发射接收二、引言无线监控系统中，无线遥控系统或数据传输系统工作在点对面的方式。无线遥控技术在生活中已得到了广泛应用,常用于车辆防盗系统、家庭防盗系统和其他电器遥控装置上。随着学生科技制作的展开,也成为机器人大赛等重要学生科技活动的必选组件之一。在近几届高校的机器人大赛上,使用到无线遥控电路的队伍也已过八成,足见其重要性。三、系统描述遥控器的发射和接收系统主要包括了遥控发射部分和遥控接收部分。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。当遥控器任一按键被按下以后，经过遥控芯片的编码产生一帧的码值，然后通过红外发射管发射出去；接着红外接收管接收到码值，通过单片机（CPU）解码解出码值。最后通过数码管显示码值。系统框图如下所示：键盘矩阵扫描编码调制解调+38Khz载波发生器红外发射器发射红外接收头单片机（AT89S51）CPU状态指示灯LED数码管显示遥控发射部分遥控器的种类很多，但电路原理相似。一般由三大部分组成：一是按键扫描矩阵，二是专用集成电路，三是红外线发射部分。遥控器产生不同的编码脉冲，输出各种以红外线为媒介的控制脉冲信号，这些脉冲是计算机指令代码，用来控制中央处理器(CPU)的操作。发射装置发射装置主要包括编码电路和发射电路。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。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，经天线将已调载波发送出去。接收装置接收装置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过接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。解调器的作用是从载波上“卸”下指令信号。由于“卸”下来的各指令信号是混杂在一起的，还要送到译码电路译码。译码电路的工作是对各种指令信号进行鉴别，送到相应的执行放大电路。本作品使用的芯片是士兰微电子的遥控芯片为例，它的型号是SC73P1601MD-K064的一款芯片。SC73P1601MD-K064遥控芯片简介：管脚描述 管脚PIN名称NAME描述 DESCRIPTIONS1GND地2P501位输入脚（有下拉电阻）用于键盘扫描输入3P511位输入脚（有下拉电阻）用于键盘扫描输入4XT1晶振脚5XT2晶振脚6P521位输出脚 指示灯710P00P034位输入脚（有下拉电阻）用于键盘扫描输入1112P10P112位输入脚（有下拉电阻）用于键盘扫描输入1314P12P132位输出脚用于键盘扫描输出1518P20P234位输出脚用于键盘扫描输出19P53带载波的遥控信号输出20VDD电源（2.04.0V） 3V（典型）编码方式：SC73P1601MD-K064发射码型格式为UPD6122，振荡频率为4MHz，载波频率为38KHz，占空比为1/3。1. UPD6122码型：一帧数据中含有32位，即16位用户编码（C0C15）+8位键数据编码（D0D7）+8位键数据编码反码(D0 D7)。图2.2 一帧码组成部分如上图所示：一帧完整的发射码有引导码、用户编码、键数据码、结束位组成。引导码由一个9ms高电平脉冲及4.5ms的低电平脉冲组成；16位用户编码发送完后,8位的键数据码都被连续发送两次，第一次发送的是的原码，第二次发送的是的反码。UPD6122编码采用脉冲位置调制方式（PPM），根据低电平时间的长度判断“0”码和“1”码。输出波形参数如下图所示：图2.3 发码状态以上如图所示，表明了发码一帧发完了等待108ms后发下一帧。 图2.4 逻辑电平的占空比以上如图所示，表明了逻辑电平“1”和“0”的占空比。遥控发射按键矩阵简介按键矩阵由集成电路的扫描输出、输入电路引脚组成横竖交叉矩阵。无键按下时，输入输出互不相连。输入口(即KI)为低电平，当某一键按下时，相应的输入口即有信号送达，使专用集成电路得知哪一个按键被按下。每一只按键对应一组编码。如NEC6121集成给输出口按时序的先后顺序送出键盘扫描信号。电路共有32组不同的编码，NEC6122集成电路则有64组不同的编码。在实际使用中，当两键同时按下时，不输出信号。当然，也有一些电路特设双键，当指定的双键按下时，它会发出一种指定的信号。遥控器专用集成电路遥控器专用集成电路(俗称发射块)是遥控器的核心部分。一般情况下，一种型号的电路只对应一种格式。所谓格式，就是数据码l和0的高低电平的脉宽及组成方式。一种CPU只接收规定的一种格式。现在也有将多种不同格式编码集成在一块电路中，通过外部引脚的接线来挑选编码格式，那么它可以适用多种CPU。红外线发射部分该部分由晶体三极管提供功率放大，以足够的功率驱动红外线发光二极管，发射出红外线脉冲信号。编码信号之所以要调制在38kHz的载波信号上，因为驱动红外发射管工作的脉冲的最佳频率在38kHz附近，调制后的编码脉冲占空比降低了，这就使发射器工作的平均电流也变小了，从而降低了对电池的消耗。不按键时，振荡电路不起振，此时静态电流在微安级。按国家部标不大于3A，所以遥控器不用设置电源开关。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”。“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。NEC6122产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。NEC6122最多额128种不同组合的编码。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，发射波形如下所示：图2.6每个按键按下发码状态如上图所示，这是刚开始按键的状态。任意一按键按下，约36ms是延时的，延时后开始发码，发码一帧时间约108ms，再延时108ms后，又开始下一帧发码，就这样如此往复。图2.7一帧码的组成部分如上图所示，这是具体的发一帧32位所有的高低电平。同时也看出了一帧码由引导码、用户编码和键数据码组成。引导码也由9ms的高电平和4.5ms的低电平组成，用户编码由低八位和高八位组成，这中间时间需要18ms至36ms，键数据由键数据码和键数据反码组成，这中间需要27ms左右。图2.8逻辑电平的占空比以上图所示，这主要介绍了高低电平的占空比。这里的发码形成的逻辑高电平“1”和逻辑低电平“0”的占空比是不一样的，“0”电平由0.56ms高电平和0.565ms低电平组成，“1”电平由0.56ms高电平和1.69ms低电平组成。只要根据这种去查看，就可以分辨高低电平。当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms）,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。遥控接收解码部分遥控接收解码部分主要包括了单片机的最小系统、红外遥控接收部分及八个LED七段数码管的显示驱动。电源部分就直接用一个电源模块来提供电压。接收芯片RPM-638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7所示。图2.12红外接收管RPM-638意义无线遥控技术的出现，不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。而微机技术的出现，则使现代科学研究得到了质的飞跃，给现代工业测控领域带来了一次新的革命，给人类生活带来了根本的改变。而两者的有机结合，将给人类带来更美好的明天。但是，这些先进的技术在我国的起步较晚，发展相对滞后，很多研究几乎都停留在理论的探讨，实际的应用相对来说还相当贫乏。这次毕业设计，本人总结了自己多年来的工程实际经验，并结合无线遥控技术和微机技术，比较系统地介绍了微机技术在无线遥控系统中的应用，可以说是对无线遥控技术和微机技术的一次全面总结和升华。发展概况无线遥控有着与无线电广播一样悠久的历史，但却只是在最近几十年才得到迅速发展，并显示出巨大的作用。现在，在国防、工业，甚至在人们的生活中，都广泛应用无线遥控技术。无线遥控技术的出现，首先是应用在军事上。二次大战中，由于战争的需要，出现了无线遥控的坦克、无人驾驶飞机和导弹。战后，随着计算机的应用和大规模集成电路的出现，不只无人驾驶飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等离不开无线遥控，在其它领域也得到广泛应用。在工业生产方面，无线遥控技术也是应用极为广泛的。炼油厂、发电厂等大型联合企业，工艺流程复杂，牵涉的范围又广，人工操作管理难以及时准确地掌握远处或设备内部的有关情况，容易产生误差和造成生产的不稳定。采用遥控和其它相应的控制装置后，设备可以按照预定的工作程序一环扣一环的准确运行，提高运转效率和产品质量。在日常生活中，无线遥控技术也得到了淋离尽致的发挥，如遥控电视、遥控报警系统，遥控玩具等，随着技术的发展，无线遥控越来越接近我们的工作和生活。由于遥控技术有上述的优越性，近年来在工业及国民经济的许多部门，遥控技术应用越来越广泛。举例 -无线遥控系统由三个单元组成，分别是遥控单元、受控单元和无线通讯单元。整体的系统流程图如下图：遥控单元（Control Unit）控制单元的功能由R4051（遥控模块）来完成，因为它内置了一个MS-51的处理器，所以可以独立的作为一个上位机，将每一个开关量输入端口接收到的外部开关量信号转换为相对应的一组串行数据，再经过模块自带的485通讯接口进行通讯，以实现对应端口的开关量控制功能。此外为了增加控制功能的可靠性，可设置对同一开关事件的重发次数，重发次数可以用命令码进行设置。受控单元(Controlled Unit )受控单元的功能可以由带有开关量输出的R4050（开关量模块）、R4051（遥控模块）或带有继电器输出的R4060（继电器模块）来完成，这3种模块内部采用MS-51的处理器，可以将RS-485通讯口接收到的，来自上位机R4051的数据转换为对应端口的开关量或者继电器开关的输出。通讯单元（Communications Unit）在数据通讯单元中，我们采用捷麦D系列的数传模块或者G100A短信模块。两种通讯设备有各自的适用场合，D系列的数传模块主要适合在控制实时性要求比较严格，环境比较恶劣没有GSM公网覆盖的环境中；而G100A短信模块适合那些超远程控制（通讯距离大于50KM）的场合。三、应用举例(Application Example)在许多应用场合其应用方式有所不同，下面示意图介绍几种不同的应用方式:利用两个R4051（遥控模块）组成的点对点的单向无线遥控系统框图：如上图所示，在控制单元的输入端DO0DO2外接了三个按键开关，当每一个外接的按键开关状态发生改变的时候，R4051模块会捕捉到这种变化，并将每一个开关的状态转换成一组对应的串行信号，从RS-485通讯口送到无线通讯单元，经过无线的发射与接收，受控单元的R4051再将这组串行信号转换成为对应端口状态的输出，从而实现对应端口的远程控制。2.利用两个R4051（遥控模块）组成的点对点的双向无线遥控系:在有些控制场合，为了增加系统的可靠性，不仅可以通过设置重发次数来加强系统的可靠性，也可以通过回传信号来指示控制过程是否成功。八.参考文献：1 吴金戌等