-基于单片机的遥控系统设计

1、摘 要随着通信技术的日益发展，电源的控制从以前单一的有线开关控制方式，逐步转变到有线和无线等多种控制结合的方式。因此利用无线电技术开发一种有效、节能、便捷的电源控制系统是很有必要的。论文介绍了一种无线电源控制系统的研究与设计，系统采用 AT89C2051 型单片机控制，利用 RS-232C 串口，MAX813L 看门狗计数器，由TDQ3 型的高频调谐器和 TA7680 组成的中频放大、同步检波电路，实现了定时发射无线电波来控制电源的开关。论文首先介绍了无线遥控的基本理论和发展应用，接着进行系统的硬件设计，在天线发射电路的设计中，通过设计编码电路、无线发射模块、天线的设计来实现无线电在单片机中的

2、编码与发射功能；在无线接收电路中，通过设计接收电路、无线接收电源电路、解码电路、驱动电路、固态继电器的应用来实现无线电信号的接收与解码，来控制电源的开关功能。然后进行系统的软件设计，通过研究设计发射部分和接收部分的流程图与程序，来实现软件在硬件当中的应用，实现其功能。最后进行系统抗干扰的设计，通过研究一些干扰源的原理，来了解它们的特性，并在系统中克服各种干扰，使系统的安全性、稳定性更高。关键词关键词：无线电；89C2051 单片机；电源控制ABSTRACTAlong with communication flourishing more and more daily, the power so

3、urce control from before sole wired switch control mode, transformed gradually to wired and wireless and so on many kinds of control union way.Therefore uses the radio technical development one kind effective, the energy conservation, the convenient power source control system has the necessity very

4、 much.The paper introduced one kind of wireless power source control system research and the design, the system uses at89C2051 monolithic integrated circuit control, uses the RS-232C serial port, the MAX813L watch-dog counter, is composed the supersonic amplification, the synchronization detecting c

5、ircuit by the TDQ-3 high frequency tuner and TA7680, realized has fixed time launched the radio wave to control the power source the switch. The paper first introduced the wireless remote control elementary theory and the development application, then carry on the system the hardware design, in the

6、antenna transmission circuit design, through the design code electric circuit, the wireless launch module, the antenna design realizes radio in the monolithic integrated circuit code and the launch function; In the wireless accepting circuit, through the design accepting circuit, the wireless receiv

7、e power circuit, decodes the electric circuit, actuates the electric circuit, the solid state relay application to realize the radio signal receive and the decoding, controls the power source the switch function.Then carries on the system the software design, through the research design launch part

8、and the receive part flow chart and the procedure, realizes the software in the middle of hardware application, realizes its function.Finally carries on the system antijamming the design, through studies some noise sources the principle, understood their characteristic, and overcomes each kind of di

9、sturbance in the system, causes the system the security, the stability to be higher.Key words: Radio; AT89C2051 monolithic integrated circuit; power source 目目 录录引引 言言 1 1第一章第一章 硬件电路设计硬件电路设计.2.21.1 无线发射电路的设计 21.1.1 编码电路 21.1.2 无线发射模块 31.1.3 天线的设计 31.2 无线接收电路的设计 31.2.1 无线接收电源电路 31.2.2 驱动电路 51.2.3 解码电路

10、 6第二章第二章 系统的软件设计系统的软件设计 2.1 软件组成及结构 92.1.1 发射部分 92.1.2 接收部分 2.2 自定义编码的软件实现 11第三章第三章 系统抗干扰设计系统抗干扰设计 13133.1 干扰源 133.1.1 电源干扰 133.1.2 数字电路的干扰 133.2 输入、输出通道干扰的抑制 133.2.1 电源与电网干扰的抑制 143.2.2 地线系统干扰的抑制 163.3 系统的调试与总结 16结结 论论 1818致致 谢谢 2323参考文献参考文献 2323引 言在电子技术日益发展的今天，电源的控制从以前单一的有线开关控制方式，逐步转变到有线和无线等多种控制结合的

11、方式。尤其在多用户集中控制场合，如学生宿舍、智能小区、学校计算机房和实验室。从工程的整体美观程度来说，后者也优于前者。本文通过设计编码电路、无线发射模块、天线的设计来实现无线电在单片机中的编码与发射功能；在无线接收电路中，通过设计接收电路、无线接收电源电路、解码电路、驱动电路、固态继电器的应用来实现无线电信号的接收与解码，来控制电源的开关功能。然后进行系统的软件设计，通过研究设计发射部分和接收部分的流程图与程序，来实现软件在硬件当中的应用，实现其功能。最后进行系统抗干扰的设计，通过研究一些干扰源的原理，来了解它们的特性，并在系统中克服各种干扰，使系统的安全性更高。实验证明，该系统工作稳定，性能

12、也比较可靠。第 1 章 硬件电路设计1.1 无线发射电路的设计系统的发射电路包括编码电路、无线发射模块和天线，下面分别介绍其电路结构和工作原理。1.1.1 编码电路由于系统的码型是自定义的，采用已有的编码集成电路不能满足要求。所以，系统采用 AT89C2051 单片机组成编码电路，编码由软件实现。电路如图 1 所示。7812RST1P3.023P3.14X2VCCP1.7P1.6P1.520191817X15P1.416P3.26P1.315P3.37P3.489P3.510GNDP1.2P1.1P1.0P3.714131211MR1VCC23GND4PFIWDORSTWDIPFO8765C1

13、+1V+23C1-4C2+VCCGNDT1OUTR1IN16151413C2-5V-67T2OUT8R2INR1OUTT1INT2INR2OUT1211109GNDVCCDATA123456789220V13V13VD1D2IN4007IN4007C1C2C3+1000uF 0.1uF1000uFIC1+12VL1 100uHD3IN40077805C4C51000uF1000uF+IC2C6C70.1uF0.1uF+5V+5VR1 10KD4 IN4148+5VC80.1uFIC3MAX813LIC4AT89C205112MHzC9C1030PF30PFX1RS-232CC11C12C13C

14、14C151uF1uF1uF1uF1uF+5V+R2R3BG12K4.7K发射模块发射天线IC5MAX232C2N9013+12V图 1 单片机组成编码电路 电源由市电 220V 经变压、整流、滤波、稳压，最后得到5V 和12V。5V供单片机 AT89C2051 和看门狗芯片 MAX813L 以及串行口接口芯片 MAX232C；12V 给发射模块供电。VD1、VD2 为全波整流二极管。C1、C2 为滤波电路。电感 L1 起高频扼流的作用，以防止发射模块产生的高频信号通过电源干扰单片机。二极管 VD3 的作用是掉电时防止 C4 所储存的电荷向稳压集成电路 7812 内部释放。C4 为滤波电容，C

15、5 为去耦电容。7805 是+5V 的集成稳压电路。AT89C20512是 Atmel 公司的单片机，片内有2KB 的 Flash 程序存储器。编码由单片机的软件实现。X1 为 12MHz 的晶体振荡器，它与 AT89C2051 的内部电路构成振荡器。MAX813L 是看门狗（WDT）集成电路，当电源电压低于复位门限电压 4.65V 时，WDI 输出高电平，使单片机复位。VT1、R2 和 R3 构成电平转移电路，将 05V 转换成 012V，以适应发射模块的电平需求。发射模块的电源是12V，所以要求输入的数字调制电信号的电压是 0V 和 12V。MAX232 芯片内部有一个电源电压变换器，可以

16、把输入的5V 电源电压变换成 RS-232C 输出电平所需的10V 电压。1.1.2 无线发射模块发射模块负责将单片机输出的数字信号调制到高频载波上。如图 2 所示。主要由声表面波滤波 SAWF 和 BG2 构成振荡器。已调波通过电容 C1 耦合至发射天线发射。3T515PF4T5发射天线VCCDATAR127KBG2BG13PF315MHz433.92MHz216MHzSAWF2SC33552SC8050C1C2L1L2图 2 发射模块电路1.1.3 天线的设计系统的发射机具有发射功率小和天线架设条件简陋等特点，更加要求合理地选用适当的天线以达到更好的通信效果。为了使天线的辐射提高，必须使流

17、过天线导体的高频电流尽量的强，我们知道当电路处于谐振状态时，电路上的电流最大，因此，若使天线处于谐振状态，则天线的辐射最强。1.2 无线接收电路的设计1.2.1 无线接收电源电路接收电路需要30V、12V 和5V 三种电压。电源电路采用线性稳压电源。电源电路如图 3 示。交流电源由变压器 T 降低，VD1、VD2、VD3、VD4 桥式整流，变交流为直流。C1、C2 为滤波电容。IC1 为可调集成稳压电路，最大输入电压 40V，输出电压可在1.2536V 之间调节。当外部不接负载时，R1、R2 就是最小负载，因此要求流过 R1 的电流应大于等于 5mA。已知 R1 两端的电压为 1.25V，因此

18、可按下式求得 R1 的最大值为 （21）111.252505REFRURI取系列值 240。流过 R2 的电流是。这样 R1、R2、及之间的1RI0UREFU关系可以用下式表示： （22）1011212121.25 1REFRURUIRRRRRR依据上式，电源要求输出30V 的电压。所以 （23）0213010.2415.61.251.25URRk+LM317+78127805220VTD1D2D3D4C1C2C3R1R2IN4007D52200uF0.1uF10uF2405.6K+IC1IC2IC3C4C5C6C7C81000uF 0.1uF100uF+12V100uF0.1uF+5VW1W

19、2VT100K1K 图 3 电源电路二极管 VD5 起保护作用，在正常情况下也可不接。VD5 的作用是防止输入端短路时，C4 的放电电流倒流入稳压器的输出端从而损坏内部的调整管，有了 VD5，C4 会通过VD5 放电，保证 LM317 输入输出两端间的反向电压不超过 0.7V，达到保护的目的。输出电压与电阻 R1 密切相关，这要求 R1 的值在整个工作过程中（不论负载电流是否变化）稳定不变，因此 R1 两端的接点应尽量靠近集成器件的调节端和输出端或单独走线。12V 的电压由 7812 稳压得到，5V 的电压由 7805 稳压得到。RP1 和 RP2 是用于调节调谐电压的电位器。RP1 是粗调，

20、RP2 是细调。1.2.2 驱动电路无线电源控制系统主要通过继电器控制电源的开关，从可靠性方面考虑，我们选用 SSR 固态继电器。驱动电路的作用是驱动 SSR 固态继电器动作。SSR 固态继电器以触发形式，可硅维持电流时（交流换向） ，SSR 关断。Z 型 SSR 内部包括过零检测电路，在施加输入控制信号时，只有当负载电源电压达到过零区时，SSR 才能导通，并有肯那个造成电源半个周期的最大延时。Z 型 SSR 关断条件同 P 型，但由于负载工作电流近似正弦波，高次谐波干扰小，所以应用广泛。无论采用零压型（Z）或调相型（P）SSR 固态继电器，其驱动电路相同，如图 4 所示。分为零压型（Z）和调

21、相型（P）两种。在输入端施加合适的控制信号时，P 型 SSR立即导通。当控制信号撤销后，负载电流低于双向可控ZBG19013R1R25.1K5.1K+-R3+5V输出输入SSR图 4 典型交流型 SSR 的工作原理图1.2.3 解码电路解码电路如图 5 所示，由 TA7680 解调出的数字信号，经过 IC1 和 IC2 整形，送给单片机 AT89C2051。IC1 是采用集成运算放大器 LM741。我们把它连接成电压比较器，由于 LM741 的带宽较窄，所以，它同时可以起到低通滤波的作用。IC2 是一个电压比较器。LM741 的引脚排列如图 6 所示。LM741 的引脚功能如表 11 所示。R

22、ST1P3.023P3.14X2VCCP1.7P1.6P1.520191817X15P1.416P3.26P1.315P3.37P3.489P3.510GNDP1.2P1.1P1.0P3.714131211DATAR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10+C1C2C3C4C5+-+-5.1K5.1K10K10K10K10K10uF10uFIC1IC2IC3LM741LM393X112MHz30PF30PF10K10KDIP8100uF4.7K+5V+5VAT89C205110K图 5 解码电路图 图 6 LM741 引脚图表 1 LM741 引脚功能引脚号名称功能引脚号名 称功 能1Offs

23、et Null调零端5Offset Null调零端2 inV反相输入端6OUTV输出端3( )inV同相输入端7CCV正电源4EEV负电源8NC空脚LM741 的内部电路如图 7 所示。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6 和 VT7 构成差分形式的输入级。VT16、VT17 组成复合管共射极放大电路。输出级由 VT14 和 VT20 组成互补对称电路，电路工作于甲乙类放大状态。图 7 LM741 内部原理图第 2 章 系统的软件设计2.1 软件组成及结构2.1.1 发射部分发射部分的主要功能是接收计算机的串行数据，将其转换为自定义编码信号，从发射模块发射出去，另外，还要负责给看门狗

24、加喂狗信号，程序流程图如图 8 所示。教师机用 PC 与发射机的通信协议如下：串行口：RS232C开始系统初始化喂看门狗教师机是否有数据发送接收数据是否成功YNYN发射数据数据编码 图 8 发射部分程序流程图波特率：2400b/s数据位：8 位停止位：1 位校检位：无通信数据格式：1B 1B 1B 1B同步字（OAAH）地址码 （163）用户码 （1-255）功能码（1-3）功能码：1开机，2关机，3未定义2.1.2 接收部分接收部分的主要功能是接收自定义编码信号，判断是否为本机地址，然后控制固态继电器动作，系统流程图如图 9 所示。开始系统初始化判断是否有数据接收接收数据是否成功判断地址位是

25、否相同功能码是否为开机开电源关电源YNYNYNYN图 9 接收部分程序流程图2.2 自定义编码的软件实现系统的编码是自定义的，这里以发送二进制数 10 为例，介绍自定义编码的软件实现。二进制 10 码定义为：高电平200低电平，波形如图 10 所示。400 ss（10）V600uS0200uS400uS800uSt1000uS5V图 10 二进制数 10 码的波形图定义编码的软件主要以延时程序实现，图 11 为其程序流程图。开始输出口置1调400us延时子程序输出口置0调200us延时子程序返回 图 11 延时程序流程图编程如下：CJNE A,#10B,NEXTDATA ；判断是否为 10BC

26、LR DATAOUT ；数据输出口置 0ACALL DELAY400US ；延时 400sSETB DATAOUT ；数据输出口置 1ACALL DELAY200US ；延时 200sRET ；返回；200延时子程序sDELAY200US： MOV R2,#9DELAY200US1： MOV R3,#9DELAY200US2： DJNZ 03H，DELAY200US2 DJNZ 02H，DELAY200US1NOPNOPNOPNOPRET；400延时子程序sDELAY400US： MOV R4,#10DELAY400US1： MOV R5,#18DELAY400US2： DJNZ 05H，DE

27、LAY400US2 DJNZ 04H，DELAY400US1NOPNOPNOPRET第 3 章 系统抗干扰设计3.1 干扰源3.1.1 电源干扰在系统中，除了信号通道中常见的串模干扰和共模干扰之外，主要干扰是从电源引入的，电源干扰一般有以下几种：1）同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰脉冲，通过变压器的初级和次级之间的电容耦合到直流电源中产生干扰；2）近的开关电器动作时产生的浪涌电压，由电源线经变压器级间电容耦合产生的干扰；3）用同一个电源的附近设备接通或断开时产生的干扰。3.1.2 数字电路的干扰在数字电路元件与元件之间，导线与导线之间，导线与结构件之间都存在着分布电容。如果某一个导体

28、上的信号电压（或噪声电压）通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这种现象称为电容性耦合。经试验证明只有在布线时应增大两导线间的距离，并尽量避免两导线平行，才能尽量避免产生电容性耦合。而且要设法降低 R 值才能减少耦合到被感应回路的噪声电压。实际上，R 可看做受感回路的输入等效电阻，从抗干扰考虑，降低输入阻抗是有利的。除以上所介绍之外，还有其他一些干扰和噪声，如：由印刷电路板电源线与地线之间的开关电流和阻抗引起的干扰；元器件的热噪声；静电感应噪声等。3.2 输入、输出通道干扰的抑制开关量输入输出通道和模拟量输入输出通道，都是干扰窜入的渠道，要切断这条渠道，就要去掉对象与输入输出通道之间的公共地

29、线，实现彼此电隔离以抑制干扰脉冲。系统若在干扰很强的场合应用，就必须对输入输出通道干扰加以抑制。最有效的方法是实现电流的隔离。最常用的隔离器件是光电耦合器3，其内部结构如图 12 所示。发光二极管光敏三极管光电耦合器 图 12 光电耦合器内部结构图光电耦合器VDRVRccVoLii图 13 光电耦合器电路图接入光电耦合器的数字电路如图 13 所示。需要强调的是，在光电耦合器的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源，如用一个电源，则光电耦合器的隔离作用将失去意义。当用光电耦合器来隔离输入输出通道时，必须对所有的信号全部隔离，使得被隔离的两边没有任何电气上的联系。否则这种隔离是没有意义的。3.2

30、.1 电源与电网干扰的抑制为了抑制电网干扰所造成稳压电源的波动，可以采取以下一系列措施9。采用能抑制交流电源干扰的计算机系统电源，如图 14 所示。图中，电抗器用来抑制交流电源线上引入的高频干扰，让 50Hz 的基波通过；变阻二极管，用来抑制进入交流电源线上的瞬时干扰（或者大幅值的尖脉冲干扰） ；隔离变压器的初、次级之间加有静电屏蔽层，从而进一步减小进入电源的各种干扰。该交流电压再通过整流、滤波和直流电子稳压后使干扰被抑制到最小。稳压器电抗器变阻二极管隔离变压器保险丝图 14 电源抗干扰电路图 15 所示为印刷电路板与电源装置的接线状态。由此图可看出，从电源装置到集成电路 IC 的电源地端子间

31、有电阻和电感。另一方面，印刷板上的 IC 是 TTL 电路时，当以高速进行开关动作，其开关电流和阻抗会引起开关噪声。因此，无论电源装置提供的电压是多么稳定，VCC 线、GND 线也会产生噪声，致使数字电路发生误动作。降低这种开关噪声的方法有两种：其一是以短线向各印刷电路板进行供电，而且印刷电路板里的电源线采用格子形状或用多层板，做成网眼结构以降低线路的阻抗。其二是在印刷电路板上的每个 IC 都接入高频特性好的旁路电容器，将开关电流经过的线路局限在印刷电路板内一个极小的范围内。旁路电容可用 0.01F0.1F 的陶瓷电容器。旁路电容器的引线要短而且紧靠在需要旁路的集成器件的 VCC 与 GND

32、端，若离开了则毫无意义。若在一台设备中有多块逻辑电路板，则一般应在电源和地线的引入处附近并接一个 10F100F 的大电容和一个 0.01F0.1F 的瓷片电容，以防止板与板之间的相互干扰，但此时最好在每块逻辑电路板上装一片或几片“稳压块” ，形成独立的供电，防止板间干扰。减小开关噪声的措施是每个IC都接入旁路电容旁路电容旁路电容旁路电容旁路电容电源线路等效线路等效ICICICIC图 3-4 电路板的接线状态3.2.2 地线系统干扰的抑制正确接地是无线电源控制系统抑制干扰所必须注意的重要问题。在设计中若能把接地和屏蔽正确地结合，可很好地消除外界干扰的影响。接地设计的基本目的是消除各电路电流流经

33、公共地线时所产生的噪声电压，以及免受电磁场和地电位差的影响，即不使其形成地环路。3.3 系统的调试与总结以上设计的程序通过编译烧录到单片机芯片后、在硬件电路已经完成好以后，就可以进行下面的系统调试运行过程。本次设计用到三块电路板：发送模块，接收模块，电源模块。通过发送模块的变压器，将 220V 交流电变压成 12V 直流电，并通过看门狗计数器来控制定时，单片机来实现无线电信号的编码，接收模块收到编码信号后再解码转控制电源电路中的电源，实现无线电源控制的功能。通过对系统的使用调试，我对设计做了如下的总结：充分利用了实验室所能提供的资源。选用 AT89C2051 型单片机，而放弃其他单片机是由于它的程序设计更为简单，使用起来更为方便；合理利用了单片机中断系统所支持的中断，操作更加的快捷。这是我们这次系统设计的特点和优点。但是设计过程还存在着很多的不足之处，比如在无线电抗干扰的问题上，我们提出的理论五个抗干扰途径只能实现其中两个，其他由于技术原