多路无线遥控灯节能控制器 毕业论文.doc

摘 要 随着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紧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。为了给费者提供更多的方便，我们设计了一款无线遥控节能灯，可以实现中远程控制。当按下遥控a键时一盏灯亮，再按一次灯灭，当按下遥控b键时两盏灯亮，再按一次灯灭，以此类推。 本次设计的基于at89c2051多路无线遥控节能灯控制器分别由电源部分，发射部分，接收部分，控制部分和驱动部分组成。电路具有高保密度遥控距离员工性能稳定可靠和静态功耗低等特点，实现对多路等的开关进行控制，遥控价格低廉，工作稳定可靠，且空间体积小外形美观，共有四个按键。通过本次的设计使学生能够全面的巩固和应用数字电路和模拟电路的基本理论知识，设计简单使用的电力电子控制器件，解决生活中的实际问题。培养学生独立思考问题，解决问题和分析问题的能力。根据提出的问题，探索不一样的设计方案。优化并选择较好的方案，为个人今后探索问题界却问题起到启蒙作用。通过查找资料使学生了解电子技术发展的动向，启迪思维，开拓视野。此设计具有一定的实用性 ，广泛应用于日常生活中，有一定的节能功能.iv 目 录第一章：设计任务书1设计目的 -12.设计任务 -13.主要技术指标-14.使用说明：-35.注意事项：-46.编写设计报告书-47.设计指导-5第二章：课题分析1.无线遥控 -62基于at89c2051-7第三章：总方案设计及论证1.系统构架总框图 -92遥控系统设计 -9（1）遥控系统设计方框图 -9（2）编码发射 -10（3）接收解码 -173.单片机控制系统设计(1)控制系统原理图 -22(2)控制编程 -244.电源系统设计(1)降压电路 -26(2)整流电路 -26(3)滤波电路 -27(4)稳压电路 -275.驱动系统设计 -28第四章：整机原理1整机原理图 -312整机原理说明 -32第五章：系统调试 -33第六章：心得体会 -34附1 元器件清单 -37附2参考文献 -38一、设计任务书1设计目的 1) 使学生能够全面的巩固和应用数字电路和模拟电路的基本理论知识，设计简单使用的电力电子控制器件，解决生活中的实际问题。2) 培养学生独立思考问题，解决问题和分析问题的能力。根据提出的问题，探索不一样的设计方案。优化并选择较好的方案，为个人今后探索问题界却问题起到启蒙作用。2.设计任务本次设计应完成多路无线遥控灯节能控制器电路系统设计，主要包括无线遥控收发，编码，转换，驱动以及电源电路等，变传统的拉式，按键等开关用线，施工麻烦等缺点，可以方便使用者的控制。为此要求：1) 充分论证的基础上，确定整机总体方案图；2) 设计单元电路,并在保证各单元电路的前提下,优化技术指标,减少成本;3) 绘制整机电路原理图,并叙述其工作原理过程;4) 关键元器件的虚悬则说明和计算,列出元器件目录;5) 根据个人情况,收发电路可使用f05,编辑电路使用3.主要技术指标：发射单元主要技术要求：1. 通讯方式: am/ask2. 工作频率: 315mhz/433mhz3. 频率稳定度: + 75khz4. 发射功率: 0.1mw5. 工作电压: 3 50ma6. 发射电流: dc 12v接收单元主要技术指标:1. 工作频率: 315mhz/433mh z2. 频率稳定度: + 200 khz3. 接收灵敏度: 106dbm4. 静态电流: 5ma5. 通讯方式: am/ask6. 工作电压: dc 5v7. 负载: 60w8. 工作电流 5ma:4.使用说明：本设计由四个按键遥控器和四个继电器的接受组件两部分组成，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，实现里对四路灯的开关控制，遥控价格低廉，遥控器体积小，外观优美共有四个按键。 具体操作：1） 当按下遥控a键时一盏灯亮，再按一次a键灯灭；2） 当按下遥控b键时两盏灯亮，再按一次b键灯灭；3） 当按下遥控c键时三盏灯亮，再按一次c键灯灭；4） 当按下遥控d键时四盏灯亮，再按一次d键灯灭；5注意事项： 1）220v交流电与灯泡相连，操作者应注意人身安全2）每支路负载不可大于200w3）遥控器应注明火线与零线6.编写设计报告书 摘要、目录 说明书(功能、技术指标、使用说明、注意事项) 目的 电路图 原理分析(含设计方案的选择论证过程) 参考资料7.设计指导进程计划表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查签名12.213.1课题分析及资料查询23.13.10整体方案确定33.10 3.15遥控系统设计43.15 3.20单片机控制系统设计53.203.25电源系统设计63.25 3.28驱动系统设计73.28 4.2系统调试 二、 课题分析 多路无线遥控灯节能控制器电路，主要应包括无线遥控收发，编码，解码，驱动以及电源电路等，采用什么方式来实现无线遥控收发，采用何种芯片来完成编码与解码就成了本次设计的核心。1.无线遥控 目前无线遥控技术已相对比较成熟，有专业人士把它分为：红外无线遥控、声波触发遥控和无线电遥控、无线网络远程遥控。由于无线网络遥控成本比较高，本次课程设计暂不做考虑，而课程设计任务书又对遥控的距离远近、和遥控环境没有做明确的要求，这就大大增加了我们的选择范围，同时也增大了我们的工作量。下面就让我们一一来分析一下红外无线遥控和无线电遥控的优缺点吧！红外无线遥控： 红外无线遥控技术由于通过光信号传递数据，因而不易受到电磁干扰，其频率的使用也不象无线遥控技术那样受到许多的限制，而且通讯的可靠性高。因此在短距离遥控领域，更多地使用红外遥控技术，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它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 声波触发遥控常用于声控电路。电路简单，遥控距离近，且不能实现多点控制。因此，本课程设计将采用无线电遥控技术。一方面为完成本次设计任务；另一方面巩固和加深对无线电知识的理解和实际应用。2基于at89c2051 at89c2051详解：at89c2051是一个低电压，高性能cmos 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel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at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 at89c2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（i/o）端口，其中p1是一个完整的8位双向i/o口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时at89c2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有ram、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内ram将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。at89c2051的结构框图at89c2051主要功能特性： 兼容mcs51指令系统 2k可反复擦写(1000次）flash rom 15个双向i/o口 6个中断源 两个16位可编程定时/计数器 2.7-6.v的宽工作电压范围 时钟频率0-24mhz 128x8bit内部ram 两个外部中断源 两个串行中断 可直接驱动led 两级加密位 低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器 可编程uarl通道 软件设置睡眠和唤醒功能三、总方案设计及论证1. 系统构架总框图我们将系统划分为四大系统：单片机控制系统、遥控系统、驱动系统和电源系统模块，其总框图如图1所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案进行论证，以便选取较好方案来实现。图1系统构架总框图2遥控系统设计遥控系统设计主要分为：发射部分、接收部分设计。在第一章课题分析中，我们已经决定采用无线电收发的方式来进行遥控，下面我们将针对无线电收发的方式来设计遥控系统。发射部分：（1） 遥控系统设方框图：（2）编码发射编码发射部分电路原理图：编码芯片采用pt2262 芯片pt2262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，解码芯片pt2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，vt脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，pt2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315mhz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，pt2262得电工作，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的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，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收控于pt2262的17脚输出的数字信号。编码芯片pt2262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：2.6-15v 数据最多可达6位 地址码最多可达531441种 编码器采用pt2262振荡电阻取3.3m效果较好。17脚无信号输出时，fo5b不工作发射电流为零 ；当14脚为低电平时，17脚输出已设定的编码脉冲对fo5b进行调制发射，通过测试f05b工作电流可大致判断f05b是否处于正常发射状态,空码时加天线时发射电流约6ma左右，调整r2可调整发射电流，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.pt2262是台湾普城公司生产的一种cmos 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，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,pt2262 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，可用于无线遥控发射电路。 pt2262引脚图： pt2262管脚功能说明：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） 发射模块发射部分电路主要由无线电数据发射模块f05b和编码芯片pt2262组成.发射模块采用f05b的理由：在满足接收单元主要技术参数要求下有如下优点：频率一致性较好，又免调试，具有较宽的工作电压范围及低功耗特性具有较好的发射效果，发射电流约5-8ma发射模块f05b性能参数：发射频率：315m 300m 433m工作电压：3-12v发射电流：2-10ma发射功率：10mw频率稳定度：10-5(声表稳频)工作温度：-40-+60体 积 ：8326mm（高宽厚)应用发射模块f05b应注意事项：fo5b是采用声表谐振器稳频，smt树脂封装，频率一致性较好，免调试，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。f05b具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3v时，发射电流约2ma，发射功率较小，12v为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约5-8ma，大于l2v直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。fo5b采用am方式调制以降低功耗，数据信号停止，发射电流降为零，数据信号与fo5b用电阻而不能用电容耦合，否则fo5b将不能正常工作。数据电平应接近f05b的实际工作电压以获得较高的调制效果，fo5b对过宽的调制信号易引起调制效率下降，收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0.08-1ms时发射效果较好，大于1ms后效率开始下降；当低电平区大于10ms，接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起不解码。如采用cpu编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰，若是通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10ms。fo5b输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过fo5的工作电压。 f05b天线长度可从0-250mm选用，也可无天线发射，但发射效率下降 fo5b应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌而停振。fo5b发射距离与调制信号頻率幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机灵敏度及收发环境有关。fo5b用pt2262编码器加240mm小拉杆天线在开阔区最大发射距离约250米，在障碍区相对要近，由于折射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。如需更远的可靠距离，可在fo5的输出端增加一级射频功率放大器。（3）接收解码接收部分应由无线数据接收模块j05b和解码芯片pt2272组成.这是因为接收模块j05b是和发射模块f05b配合使用，解码芯片pt2272是和编码芯片pt2262配合使用的.解码码芯片pt2272解码器pt2272震荡器电阻取680k,编码器应为3.3m,17脚为解码有效指示端.解码时输出直流高电平,可驱动一支led发光指示.8,1013脚为五路数据输出,与pt2262对应.接收模块j05b引脚功能如下图:接收模块 j05b主要性能参数接收频率：315m (晶体稳频)工作电压：5v 工作电流：6.2ma接收灵敏度：-90db解调滤波器带宽 ：5k输出数据电平：ttl电平工作温度：-40-+60体 积 ：10266mm（高宽厚)j05b具有二种工作方式选择,以适合解调不同的数据速率, 第3脚悬空射频接收带宽较宽,可适应发射频率精度误差较大的声表谐振器稳频的发射机及般的 lc发射机。第3脚接地,射频接收带宽较窄,解调滤波器带宽较大,但要求配套的发射机必须具有较高的频率精度及稳定度,发射频率必须由晶体或精度较高的声表谐振器稳频。j05b具有与标准解码器及单片机的+5v逻辑电平接口。j05b在无信号状态下输出为-片随机噪声, 虽然在接收到数据信号时噪声被抑制,但在信号较弱（远距）时这种随机噪声极易影响到数据的起止位而导致数据错误而不解码。解决的办法是连发几次或在起止位前加一些乱码以抑制零电平状态干扰, 若是标准编解码器可调整振荡电阻使每组码中间的零电平区干扰最小,同时应兼顾j05b解调滤波器带宽及发射效率,因为太低的调制频率会使发射效率下降而影响收发距离。j05b天线般取1/4即可,如在天线端口加lc谐振回路可抑制射频干扰,提高接收灵敏度。j05b使用注意事项：jo5b对电源纹波及电压范围要求较严,不宜使用开关电源,可采用7805三端稳压器,j05b若有随机噪声输出而无信号,应首先检查发射电路,如是传输单片机数据则应调整单片机数据速率,若收发距离很近,用示波器观察j05b输出的数据是否被干扰(即零电平干扰点)噪声干扰可以被信号抑制,但不合理的地线及部件引入的干扰很难被抑制,应逐步断开后级电路找到干扰源。 解码码芯片pt2272引脚图： 解码码芯片pt2272管脚说功能：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,当做为数据管脚时,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 解码码芯片pt2272标准参数：3.单片机控制系统 控制芯片采用at89c2051，在课题分析中我们对at89c2051已经做了详尽的介绍，这里主要再关注一下它的主要性能.at89c2051主要性能：.和mcs-51产品兼容；.2kb可重编程flash存储器（1000次）；.2.7-6v电压范围；.全静态工作：0hz-24khz.2级程序存储器保密锁定.128*8位内部ram.15条可编程i/o线.两个16位定时器/计数器.6个中断源.可编程串行通道.高精度电压比较器（p1.0，p1.1，p3.6）.直接驱动led的输出端口(1) 控制系统原理图芯片 at89c2051的p1口是一个内部带上拉电阻的准双向i/o口，输入口为p1.0p1.3，输出为p1.4p1.7，pt2272的输出管脚13脚接在p1.0口上。根据以下程序，p1.0=1，执行转移至l1，然后r1加1，若它= #01h，则向下执行，p1.4就会置1，p1.5p1.6p1.7就会置0，通过二极管，这时三极管饱和导通，继电器线圈带电，触点吸合，实现1个灯亮。若再按下a时，此时，r1的值变为#02，01h，则执行main，此时灯灭。当按下b时，pt2262得电，17脚为高电平输出数据并使f05b发出315mhz的信号。j05b收到该信号2脚输出信号送入pt2272的14脚进行解码，得到该解码信号为高点平，通过pt2272的12脚，根据程序，p1.1=1，执行转移至l2，然后r2加1，若它= #1h，则向下执行，p1.4p1.5就会置1，p1.6p1.7就会置0，通过二极管，这是三极管饱和导通，继电器线圈得电，触电吸合，实现2个灯亮。若再按下b键时，此时，r2的值变为# 02h。01h，则执行main，此时灯灭。c 键和d键依次类推。(2)控制编程org 0000hmain: mov p1, #0fhclr r1clr r2clr r3clr r4loop: mov r, p1jb p1.0 , l1jb p1.0 , l2jb p1.0 , l3jb p1.0 , l4 sjmp loopl1: inc r1cjne r1, #01h, mainmov p1, 1fhclr r2clr r3clr r4sjmp loopl2:inc r2cjne r2, #01h, mainmov p1, 3fhclr r1clr r3clr r4sjmp loopl3:inc r3cjne r3, #01h, mainmov p1, 7fhclr r1clr r2clr r4sjmp loopl4:inc r2cjne r4, #01h, mainmov p1, 0fhclr r1clr r2clr r3sjmp loop end 4.电源系统设计 电源系统主要分四部分：降压、整流、滤波、稳压。(1)降压电路由于pt2272需要38v直流电压，因此需要50hz,220v的交流电压降到所需要的电压,有为了使后级的三端温压器能正常工作,在本电路中选用变压器降压初级为220v,次级为9v.(2)整流电路 利用二极管的单向导电性将交流电压变为脉动直流电压,本电路选用的是桥试整流电路. 它由四个二极管作为整流元件,连接成电桥形式,vd1和vd2的阳极连接在一起,该处输出直流电压正极,同时,vd3和vd4的阳极接在一起,该处输出直流电压的负极.电桥的另两端加入待整流的交流电压.电压的输出平均植是u0=0.9u2流过二极管,因为vd1,vd2,vd3和vd4的导通时间均为半个周期.故流过每个管子的负载电流的一半. ivd=1/2i0=0.45u2/rl(3)滤波电路整流电路的输出电压是单向脉动电流,但因脉动较大,含有较多的交流成分,不能给电子设备供电,为了输出较为平滑的支流电压,需在整流电路后设有滤波电路.这里采用的是电容滤波. 从电容特性来看,由于电容两端的电压不能突变,因此,若将一大容量的电容与负载并联,则负载两端的电压也不会突变,使得输出的电压得以平滑,从而实现滤波的目的. 滤波后不但脉动减小,且输出电压的平均值也有所提高,电容滤波简单波纹小,缺点是输出特性差,试于电流小的电路中.(4)稳压电路交流电经整流滤波能得到平滑的直流电压,但是的输出电网电压波动和负载变化时,输出的电压也随之变化.因此还需要一个稳压电路使输出电压的电网波动和负载变化基本稳定在某一值.这里选用三端稳压器.电容c1在输入较长时抵消其电感效应,以防止产生自激震荡;c2是为了消除电路高频燥声,改善负载的瞬间响应.注:在选用三端稳压器时应注意以下事项：最大输入电压是指稳压器安全工作时允许外加的最大电压值最小输入输出电压差即保证稳压器正常工作所需要的最小输入输出电压差.最大输入电流是指稳压器安全工作时允许的最大输出电流为保证稳压器正常工作,最小输出的电压差至少为23v.5.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。驱动电路： 三极管驱动继电器原理：它是采用控制三极管的导通状态来控制继电器的吸合。是一种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 = 0继电器选用：继电器它是由一个线圈，铁芯，一组或几组带弹簧片组成。触电有动定之分，在工作中能够动作的是动触点。电磁继电器的工作原理：当线圈带电后，铁芯带电，衔铁吸合，定触电和动触点吸合。当线圈失电，电磁吸力消失，衔铁返回到原来位置，定触电和动触点又恢复到原来的状态。在此处选用的是omron的继电器型号为：g2rl 1a dc 2v四、整机原理我们将整个设计划分为四大系统：即单片机控制系统、遥控系统、驱动系统和电源系统，来实现三大功能:即发射、接受和控制。整机原理图如下：整机原理说明：发射部分：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12v干电池提供的工作电压。当发射机没有按键按下时，pt2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315mhz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，pt2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。注意：17脚为高电平期间315mhz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，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收控于pt2262的17脚输出的数字信号接收部分：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转变为9v，通过整流桥整流，电容进行滤波，稳压管稳压得到直流的5v电压。当j05b接收到发射的高频信号时，第二管脚输出信号并直接送入pt2272解码器的 14脚进行解码。若pt2272地址端的电平高低与发射机的地址码相同时，其解码输出有效端的17脚就输出与发射机按键时间同步的高平。按下a时，pt2262得电，17为高电平输出数据并使f05b发射315mhz的信号。j05收到该信号2脚输出信号送入pt2272的14脚进行解码，得到该解码信号的高点平。 控制部分：在单片机控制系统中已做了详细的说明，这里就不在复述了。五、系统调试经过了硬件和软件的设计后，在理论上已经达到了设计的要求，可是要确保遥控性能的稳定，实现大批量生产，就需要我们对遥控的开关量功能和遥控的稳定性进行测试。遥控输入输出对应关系表：按键序号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灭关闭灭经过