（信号与信息处理专业论文）遮阳蓬智能无线控制系统的研究.pdf

浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 保密口，在 不保密 毒易悔 日期： 妒卜年月岁日 年解密后使用本版权书。 指导教师签名： 日期： f 寸年2 7 浙江理工大学硕士学位论文 摘要 国内有上百家遮阳蓬生产企业，由于遮阳性能不能很好地满足国内外高端市场的需 求，只能选择国外先进的自动控制系统产品来提高遮阳蓬的品质和性能，但价格昂贵，所以 研究具有自主知识产权的遮阳蓬智能控制技术具有重要的意义。本文通过对国内外遮阳蓬 智能控制系统的全面分析和研究，以及对无线技术的嵌入式控制家居网络和无线编码的抗 干扰能力的重点分析，实现了一种稳定可靠地无线智能系统，真正实现智能化控制、用户 可以随时远程监控的目的。论文主要按照以下几部分展开论述： 首先结合遮阳蓬控制系统的国内外背景，分析了智能家居无线网络系统的一般构成以 及控制系统在智能家居中的地位，并通过对传统智能家居的特点进行分析，阐述了目前国 内市场上的智能家居系统的局限性。 接着对遮阳技术的系统构架以及相关关键技术进行了分析和比较，指出基于无线技术 是目前遮阳蓬控制系统的发展趋势，并对该系统的无线控制进行了深入研究。 其次介绍了遮阳蓬智能无线控制系统的组成、工作原理，分析了风光传感器，电话遥 控器，以及遥控器的工作流程。提出了一种采用s t c 单片机作为核心控制部件的无线自动 控制系统的设计方案。该系统在各个功能模块的配合下，通过主控制器的控制，自动或手 动控制遮阳蓬的收和放。 针对多种设备之问的连接问题提出了对多路设备的编码无线发射的控制和实现方式。 另外改进了c r c 校验的无线编码算法，重点分析了电话对远程设备的无线控制，论述了无 线电话工作原理和编码校验关键技术，并对振铃检测、模拟摘机、双音频解码、语音电路、 编码无线数据发射接收等电路作了详细的设计，实现了基于无线和公用电话网相结合的遥 控装置。 最后对遮阳蓬控制系统进行联调，对系统的功能与抗干扰能力进行了分析，给出了系 统调试的结果，实验重演性好，达到了先前预期的目标。 关键词：电动遮阳蓬；风光传感器；无线；d t m f 信号；遥控器；编码 浙江理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e r ea r eh u n d r e d so fa w n i n gp r o d u c t i o ne n t e r p r i s e si nc h i n a , b u tt h ep r o d u c t i o n p e r f o r m a n c ec a n n o tm e e tt h eo v e r s e a sc u s t o m e r s n e e d sa n dt h ed o m e s t i cd e m a n df o rh i g h - e n d m a r k e t , t h ec u s t o m e rc a no n l yc h o o s et h eo v e r s e a sa d v a n c e da u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mp r o d u c t i o n t oi m p r o v et h eb r a n d , q u a l i t ya n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea w n i n g ，b u tt h ep r i c ei se x p e n s i v e s o i ti sv i t a ls i g n i f i c a n c et o s t u d yt h ea w n i n gi n t e l l i g e n tc o n t r o lt e c h n o l o g y , w h i c hh a st h e i n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i 咖s a c c o r d i n gt ot h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n dr e s e a r c ht o t h ed o m e s t i ca n df o r e i g na w n i n gi n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m , t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ea n a l y s i so f t h ee m b e d d e dc o n t r o lh o u s e h o l dn e t w o r k , t h el a t e s tc o n t r o lm e t h o dw h i c hb a s e do nt h e t e c h n o l o g yo fw i r e l e s s ，a n dt h ed e 印r e s e a r c ho ft h ew i r e l e s sc o d e sa n t i - j a m m i n ga b i l i t yh a s b e e nm a d e i ta c h i e v e st h ew i r e l e s si n t e l l i g e n ts y s t e mw h i c hc a nb es t a b l ea n dr e l i a b l ei n t e l l i g e n t c o n t r o la n dr e m o t em o n i t o r e db yu s e r sa ta n yt i m e ，n 圮f o l l o w i n gs e c t i o n sw i l lb ed i s c u s s e di n t h i sp a p e r ： f i r s t , c o m b i n e d 、析t l lt h ed o m e s t i ca n df o r e i g nb a c k g r o u n d so ft h ea w n i n gc o n t r o ls y s t e m ， t h eg e n e r a lc o m p o s i t i o no ft h es m a r th o m ew i r e l e s sn e t w o r ks y s t e ma n dt h ec o n t r o ls y s t e mi n t h ep o s i t i o no ft h es m a r th o m ea r ea n a l y z e d t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e t r a d i t i o n a ls m a r th o m e ，t h el i m i t a t i o n so ft h es m a r th o m es y s t e mi nc u r r e n td o m e s t i cm a r k e t a r ee x p o u n d e d t h e nt h es y s t e mf r a m e w o r ko fs h a d i n gt e c h n o l o g ya n dr e l a t e dk e yt e c h n o l o g ya r ea n a l y z e d a n dc o m p a r e d , a n dt h ec u r r e n td e v e l o p m e n tt r e n do fa w n i n gc o n t r o ls y s t e m st h a tb a s e do n w i r e l e s st e c h n o l o g yi sp o i n t e do u t , a n dw i r e l e s sc o n t r o lo f t h es y s t e mi sc o m p r e h e n s i v es t u d i e d s e c o n d l yt h ea w n i n gi n t e l l i g e n tw i r e l e s sc o n t r o ls y s t e ma n di t sw o r k i n gp r i n c i p l e sa r e i n t r o d u c e d , t h ew o r k f l o wo ft h ew i n d - l i g h ts e n s o r , t h et e l e p h o n er e m o t ec o n t r o l l e r , a sw e l la s r e m o t ec o n t r o l l e ra r ea n a l y z e d ak i n do fw i r e l e s sa u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mw h i c ht a k e ss t c s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e ra si t sc o r ec o n t r o lp o r t i o ni sp r o p o s e d u n d e re a c hf u n c t i o n a l m o d u l e sc o o r d i n a t i o n , t h i ss y s t e mc a na u t o m a t i c a l l yo rh a n dc o n t r o la w n i n g so p e na n dc l o s e t h r o u g ht h em a s t e r - c o n t r o lu n i t sc o n t r 0 1 a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e m so fj o i n t i n go fm u l t i p l ed e v i c e s ，t h es a t i s f i e de q u i p m e n t sc o d e w i r e l e s s l a u n c h sc o n t r o la n dr e a l i z a t i o ni s p r o p o s e d t h ec r cc h e c kc o d i n ga l g o r i t h mi s t t 浙江理工大学硕士学位论文 i m p r o v e d t h ew i r e l e s sc o n t r o lt or e m o t ed e v i c e sb yt h ep h o n ei ss e l e c t i v ea n a l y z e d i td i s c u s s e s t h ew i r e l e s sp h o n ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dt h ek e yt e c h n o l o g yo fc o d i n gc a l i b r a t i o n , a n dd e t a i l e d d e s i g n e st h es o u n dd e t e c t i o n , t h es i m u l a t i o np i c k e de l e c t r i cc i r c u i t s ，d o u b l ea u d i od e c o d i n g ， v o i c ec i r c u i t s ，c o d i n gw i r e l e s sd a t al a u n c hr e c e i v i n gc i r c u i t s ，e t c t h er e m o t ec o n t r o ld e v i c e b a s e do nw i r e l e s sa n dp s t nc o m b i n a t i o ni sf i n a l l yr e a l i z e d f i n a l l y ，i tc a r r i e so nj o i n t i n gt e s t i n gt ot h ea w n i n gc o n t r o ls y s t e m , a n a l y z e st h es y s t e m s f u n c t i o na n da n t i - j a m m i n ga b i l i t y ，t h es y s t e md e b u g g i n gr e s u l t sa r eg i v e n , i tm a k e sv e r yg o o d r e f l e c t i o no ne x p e r i m e n t a lr e p e t i t i o n ，a n dt h ee x p e c t e dg o a l sa l ea c h i e v e d k e yw o r d s ：e l e c t r i ca w n i n g ；w i n d l i g h ts e n s o r ；w i r e l e s s ；d t m fs i g n a l ；r e m o t ec o n t r o l l e r ；c o d i n g 浙江理t 大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 一 第一章绪论1 1 1 弓i 言1 1 2 国内外研究现状3 1 3 本文的主要研究工作4 第二章遮阳蓬智能无线控制系统的总体设计6 2 1 系统功能及主要性能指标6 2 2 系统结构设计7 2 3 控制命令设计7 2 4 风光传感器的结构8 2 4 1 光传感器9 2 4 2 风传感器1 0 2 5 传感器信号处理电路1 1 2 6 信号调理放大电路1 2 2 7 信号a d 采集1 3 第三章硬件电路设计15 3 1 无线电机控制器的设计1 6 3 1 1 电机控制模块1 6 3 1 2 状态显示模块18 3 1 3 配对按钮模块1 9 3 2 风光传感器电路设计。1 9 3 2 1 风速级别设定模块2 0 3 3 无线遥控器电路设计2 1 3 4 电话遥控的电路设计2 3 3 4 1 电话振铃检测电路2 4 3 4 2 电话自动摘机电路2 5 3 4 3 双音多频解码电路接口。2 5 3 4 4 语音提示电路2 6 3 5 无线发射接收电路3 0 3 5 1 无线发射电路。3 0 3 5 2 无线接收电路3 3 3 6 串口通信电路设计3 4 3 7i s p 下载调试3 5 第四章系统软件设计3 7 4 1 系统软件的功能需求陈述3 7 4 1 1 关键数据单元分配4 0 4 2 系统软件模块的实现。4 l 4 2 1 电机控制器主控模块4 l 浙江理工大学硕士学位论文 4 2 2 风光传感器主模块4 2 4 2 3 电话遥控器主模块4 4 4 2 4 遥控器主模块4 5 4 3 配对地址码4 5 4 4 无线软件编码通信一4 7 4 5 边沿检测算法4 9 4 6 上下位机通信模块51 4 6 1 通信方式51 4 6 2 通信数据传输的c r c 算法5l 4 6 3 通信协议5 3 4 6 4 上下位机通信的实现5 3 4 7 系统数据传输c r c 算法的改进5 5 第五章系统各模块实现与调试一5 7 5 1 无线模块软件的编解码一5 7 5 2 配对模块5 9 5 3 风光信号检测与调试5 9 5 3 1 光强检测与调试5 9 5 3 2 风速检测与调试6 1 5 4 电机控制器调试6 3 5 4 1 控制器工作测试6 3 5 4 2 电机工作时间设定6 4 5 5 遥控器功能测试。6 4 5 6 电话功能测试6 5 5 7 抗干扰措施6 7 第六章论文工作总结。7 l 参考文献7 3 j 改谢7 6 攻读学位期间的研究成果。7 7 v 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着人类社会飞速的发展，科学技术也在快速的进展，人类开始迈入以数字化和网络化 为平台的智能化社会，家庭智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历 史趋势，也是社会发展的需求。 目前通常把智能家居定义为以住宅为平台，利用p c 机、网络通信技术、综合布线 技术、自动控制技术、安全防范技术将家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系 统，通过相应的硬件和执行机构，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提 升家居安全性、舒适性、便利性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。 由此可见，智能家居是一个系统层次概念【1 3 】，它涵盖了在建筑环境层次能够影响人们 生活的诸多方面。就实际应用而言往往有以下系统： ( 1 ) 可视对讲系统：为现代化的小康住宅提供访客与住户之间双向可视通话，达 到图像、语音双重识别从而增加安全可靠性，同时节省大量的时间，提高了工作效率。 ( 2 ) 家庭安防系统：运用计算机、通信网络等先进技术，通过对各类探测器及相关 处理设备的综合使用，为住宅提供防盗报警系统服务的一个综合性的系统。 ( 3 ) 网络通讯系统：通常语音识别系统、有线电视系统及数据通信系统统称为信息 网络系统。 ( 4 ) 智能照明系统：通过安装智能控制器，对客厅、起居室及卧室内的灯具开关进 行遥控，或者通过通讯网络实现照明的远程控制。 ( 5 ) 家居家电自动化控制系统：如遮阳蓬、窗帘、换气扇、空调、电热水器、煤气 开关阀门及电饭锅等设备，通过集中化、自动化、遥控化和异体化远程控制根据需要实现 对这些设备的状态进行控制、监视和调节。 随着人们对智能家居含义理解的不断加深，智能家居系统的功能也随之拓展，节能、 生态型的健康住宅已成为家居智能化的一个重要方向。住宅不仅仅要充分体现人类高科技 的智能化住宅，而且还应该是舒适健康的生态住宅。因此，今后的智能家居系统将拥有更 加丰富的内容，对它的功能将会提出更高层次的要求，会更加偏向环保、生态和节能的方 向发展。智能生态控制系统以推进绿色生态建筑、节约能源、实现居住环境的安全舒适为 浙江理工大学硕士学位论文 目标和方向，它将成为智能家居的一个重要子系统。2 0 0 8 年3 月2 6 日，建设部科学计划项 目生态智能建筑导入体系2 0 0 8 i 作年会在北京召开。建设部领导、国内智能建筑的专家、 各地设计院代表、房地产开发商代表等各界人士4 0 0 多人，对全国建筑生态智能化的推广 进行了深入的探讨，旨在推进国家生态智能人居建设，让国民享受生态智能人居环境。 室内生态控制是一个系统工程，包括温度控制、湿度控制、新风交换、空气质量等多 个参数控制【4 】。智能生态控制就是将众多环境参数，利用多传感器信息融合，按人体舒适 度指数，实现对遮阳蓬、窗帘、换气扇、空调等设备进行控制，为人们提供健康、舒适、 节能的生活环境，符合国家节能、环保策略。 目前，国内主要的智能家居产品有：智能电器控制系统，用来进行家庭照明控制、家 用电器运行状态控制；智能安防系统，可对门、窗防盗联合报警，煤气、火灾报警；远程 控制系统，通过网络或电话远程控制家中电器设备，电动窗帘、背景音响、电视对讲、智能 布线、中央空调等产品【5 1 。遮阳蓬，遮阳伞，电动窗帘是现代智能家居的装饰佳品及重要 组成产品，主要生产厂家主要集中在浙江、上海、北京、深圳、广州等地，但是对遮阳蓬 智能控制还没有较完善的产品。 遮阳蓬能抵挡热量及紫外线，调节阳光效应，遮风挡雨，在遮挡炎炎夏日的同时，能 够使强烈的阳光以漫射光的形式反射入室内，使室内光线明亮而不眩目，并且不影响从室 内看出的窗外景观，将人们的生活空间从室内延伸到室外，创造出了新的居住空间。随着 人们生活水平的提高，对生活质量的要求也随之提高，所以，对遮阳蓬的需求在数量上不 断增加，在质量性能上要求越来越高。 时下，电动遮阳蓬取代一般的手动遮阳蓬，已经成为市场发展潮流的必然趋势。电动 遮阳蓬智能无线控制系统用来对遮阳蓬实行自动控制，它可以根据不同的气象条件，自动 产生相应的控制动作，保证遮阳蓬安全、有效地使用，提高节能效果和环境的舒适性。无 线风、光传感器系统是电动遮阳蓬智能无线控制系统的组成部分，用于在检测风、光的强 度，根据设定值，向控制器发控制命令【6 】。由于效果出色深受人们的欢迎与亲睐，他可以 用来精准地调整室内亮度，以及更有效地调和现代装饰的直线风格，创造出无与伦比的舒 适度。 室内智能遮阳系统采用管状特制电机为驱动，代替传统的普通手动装置，配合各种类 型面料以达到不同的遮阳效果。先进的智能控制系统代替繁琐的手动控制，可以根据室内 不同程度的采光需要，实现安全、节能、方便的智能调节【7 棚，甚至可以根据需要设定时间 指令，控制蓬的自动按时开合，根据具体的要求设定采光指令，当光线侵害家具，地毯或 2 浙江理工大学硕士学位论文 者其他设施，蓬将会自动放下，给以适时的保护。此外，室内遮阳系统配合无线遥控装置， 无论身在家里哪一个位置，总在掌控之中，其应用于遮阳蓬、遮阳伞、电动卷帘、平开帘、 罗马帘、弧形帘、百叶帘，以及布幔与网帘等产品。 1 2 国内外研究现状 目前国内遮阳蓬控制的方法主要有以下2 种：( 1 ) 有线方式技术非常成熟，结构简单， 可靠性高，抗干扰能力强。但这种控制方式由于设备的分散性，需要布线，控制不够灵活， 成本也较高。( 2 ) 无线方式技术已经成为现代智能家居的发展趋势，使得遮阳蓬操作方便， 免除了布线的烦恼和安装，显著地降低了整体成本。 国内遮阳蓬产品与国外相比，很大程度上是控制系统的落后【9 】。目前，国内遮阳蓬在 控制上基本采用手动或遥控方式，没有对气象条件作出反映的自动控制功能；而国际上的 一些著名品牌都具有自动控制系统，利用传感器技术、计算机技术、无线电技术设计而成， 它能根据风、光、雨等气象条件，自动控制遮阳蓬的开启和关闭，使产品更加安全、环保、 方便，极大地提升了产品品质，使人们体会到现代技术带来的简单与方便。 当前代表国际先进技术水平的遮阳蓬自动控制系统是由意大利耐氏集n ( n i c es p a ) 生产的n i c e w a y 综合性无线控遥系统【l o - 1 2 】。耐氏集团是著名的门窗类自动化设备生产商， 在中国建立分支机构耐氏中国。n i e e w a y 系统建立在多个遥控器组件基础上，这些遥控器 可以置于不同的底座内，创造出灵活的定制化解决方案。尽管可控制1 到8 0 个自动化组 或拥有2 4 0 个通道，每个组件的个头却非常小巧，操作也异常简单。 n i e e w a y 控制系统主要包括控制器和气象传感器两大模块，控制器内置无线接收器， 能接收遥控器和气象传感器的命令，并按设定的参数控制2 2 0 v a e 单相电机，以实现对遮 阳蓬自动化操作。气象传感器分为三种：风传感器、风光传感器、风光雨传感器，它们是 由传感元件、信号处理电路、无线收发电路等模块组成，由于采用了无线收发，使传感器 的安装简单方便。风传感器能根据遮阳蓬的机械强度设定风速等级，当风力超过设定极限 时，向控制器发收蓬命令；光传感器能设定强度，在日照光强超过设定值时，向控制器发 打开遮阳蓬的命令；雨传感器功能表现在当天下雨时自动向控制发打开遮阳蓬的命令。这 些动作都是自动进行的，可以在恶劣的气候条件下保证遮阳蓬安全使用，避免可能发生的 损伤【1 3 4 1 。 目前，国内有上百家遮阳蓬生产企业，其产品主要用来满足国内的中、低档市场需求 和出口国外满足国际低档市场需求，国内高档市场被国外品牌所占领1 5 】。为了满足国外客 3 浙江理工大学硕士学位论文 户和国内高端市场的需求，我们只能选择国外先进的自动控制系统产品来提高遮阳蓬品牌 品质和性能，但价格昂贵。 综上所述，认为本项目的研究开发，并以最快的速度实现产业化，对完善国内智能家 居系统功能，降低建筑能耗，满足人们个性化家居生活的需求具有重要意义，市场潜力很 大。同时，对我国抓住这一发展机遇，调整产业结构也有促进作用。 1 3 本文的主要研究工作 本课题针对遮阳智能控制系统存在的主要问题，进行了以下工作： 利用新型的s t c 单片机，实现具有一定智能功能的自动控制遮阳系统。该系统能够自 动采集气象信息，并对数据进行预处理，具有双向通讯、在线实时显示系统状态功能，具 有一定的数据存储、记忆和信息处理功能，具有判断、决策处理功能。具体设计内容如下： ( 1 ) 系统功能的设计：实现无线电机控制器集近距离手持遥控、远程电话遥控和气 象传感器自动控制于一体。并可根据用户不同需求，对以上各项功能进行任意组合。 ( 2 ) 电机控制器硬件软件：由单片机、无线接收电路、电机控制电路等组成；接收 参数设定和传感器动作命令，控制遮阳蓬正确启开和收蓬，预设电机工作时间，提高系统 的安全性。 ( 3 ) 风光传感器电路：有效的提取光电传感器的电压信号和风传感器的脉冲信号， 在线实时检测传感器信号，按确定的算法对信号进行处理。 ( 4 ) 远程电话控制电路：电话振铃检测、用户身份认证、模拟摘挂机、d t m f 信号 的解码、控制信息的编码发射和系统复位等功能。其中，所发出的信号提示音的识别由单 片机软件设计。其中，交换机所发出的各种信号音的识别，多路受控设备的准确控制是 本模块设计中要解决的主要技术问题。 ( 5 ) 遥控器电路：电子元件都尽量采用贴片式封装，按键电路设计低功耗模式，尽 量降低软件复杂度，减少计算时间，不工作时间进入掉电模式，提高电源能量的使用时间。 ( 6 ) 通信协议的建立：根据系统的数据通信传速、传送的数据量大小，设计编码控 制算法，检验数据发送和接收的一致性。在此基础上，设计合理的通信协议，通过改进c r c 校验算法，为控制系统建立可靠的节点互连。根据各模块的通信能力，设计无线通信模块。 针对系统控制装置可靠性要求高的特点，就抗干扰能力措施、整机调试方法进行分析探讨j 本课题就是研究在不改变现有遮阳设备的使用方式基础上实现对遮阳蓬的智能化控 制方式的一种探索【1 6 】。本课题把智能传感器和无线控制技术紧密结合，用来解决遮阳自动 4 浙江理工大学硕士学位论文 控制及远程控制的关键问题，保证遮阳蓬安全、有效地使用，实现智能操作，可室内外安 装，直接起到节能、降温、环保效果，使用户的家居免受损坏。同时可以为社会提供节能 建筑遮阳产品合理化、规范化的方案，以打破国外产品在这一方面的垄断地位，提高国内 厂商的市场竞争力。 5 浙江理工大学硕士学位论文 第二章遮阳蓬智能无线控制系统的总体设计 控制系统主要包括电机控制器、风光传感器、远程电话遥控器、手动遥控器四大部分。 电机控制器可通过手动遥控器控制、远程电话遥控、风光传感器自动控制，并可根据用户 不同需求，对以上各项功能进行任意组合。 2 1 系统功能及主要性能指标 本系统利用传感器技术、计算机技术、无线电技术、通信技术设计而成，它可使用手 动遥控器、风光传感器系统通过无线遥控电机控制器，实现无线设定电机工作时间，遥控 单元配置，无线控制电机“上行”、“下行”、“停止”等动作，其中手动遥控器系统实现人工 控制，风光传感器能根据风、光气象条件，自动控制遮阳蓬的开启和关闭，使产品更加安 全、方便。 主要技术性能指标： ( 1 ) 电机主控制器 电源电压：2 2 0 v a e ( 。1 6 - , + 1 0 ) 5 0 h z 。 电机主控制器与遥控器、气象传感器系统各功能单元采用无线方式进行联接。电机 主控制器接收各功能单元命令并执行。 无线通信频率为3 1 5 m h z 。 一 编码方式：采用2 4 位二迸制编码形式，编码数量达1 6 0 0 万个。 主控制器电机工作时间设定，范围4 秒到2 4 0 秒。 主控制器控制功能设定。通过接收遥控器、气象传感器命令可设定系统的控制功能。 配对功能。控制器接收遥控器、气象传感器的配对命令，实现配对。 ( 2 ) 风光传感器 根据遮阳蓬的机械强度设定风速等级，在线检测风力，当风力超过设定极限时，向 控制器发收蓬命令。 根据设定光强度，在线检测日光强度，在日照光强超过设定值时，向控制器发打开 遮阳蓬的命令。 能设定被测信号的强度等级。风力设定为大、中、小三级，光可调节动作强度。 无线发送频率3 1 5 m h z 。 遥控距离：户外1 0 0 m 、室内2 0 m 。 6 ， 浙江理工大学硕士学位论文 编码方式：采用2 4 位二进制编码形式，编码数量每组1 6 0 0 万个。 发送传感器配对命令，设定电机主控制器的传感器自动控制功能。 ( 3 ) 远程电话遥控器 接收远程电话拨号命令，识别命令功能。 根据命令功能，向控制器发收蓬或开蓬命令。 无线发送频率3 1 5 m h z 。 遥控距离：户外1 0 0 m 、室内2 0 m 。 编码方式：采用2 4 位二进制编码形式，编码数量1 6 0 0 万个。 ( 4 ) 遥控器 向控制器发收蓬、开蓬、停止命令。 无线发送频率3 1 5 m h z 。 遥控距离：户外1 0 0 m 、室内2 0 m 。 编码方式：采用2 4 位二进制编码形式，编码数量1 6 0 0 万个。 发送遥控器配对命令，设定电机主控制器的遥控器控制功能。 2 2 系统结构设计 遮阳蓬智能无线控制系统结构如图2 1 所示。整个系统由四部分组成：电机主控制器、 风光传感器、远程电话遥控器、遥控器，由于主控制器与其它部分采用无线连接，所以各 部分电路在空间可自由移动，使用、安装非常方便。 图2 1 遮阳蓬智能无线控制系统结构图 2 3 控制命令设计 电动遮阳蓬智能无线控制系统通过风光传感器、遥控器向控制器发送控制命令，进行 手动和自动控制，有必要定义一套双方通信的命令集，约定系统的工作状态和相应的执行 动作。命令集中的每一条命令要求控制器完成指定的功能。命令由地址码、控制部件识别 码、命令码、校验码四部分组成，命令地址分配格式如表2 1 所示。 7 浙江理工大学硕士学位论文 表2 1 地址空问分配 其中，三字节的地址码用于识别系统部件身份，只有经过配对初始化后的设备才能被 设别，否则相应的命令不予执行；4 位部件识别码用于区别控制部件的种类，如遥控器、 气象传感器等，系统现配置了气象传感器、远程电话遥控器、遥控器三种部件，系统保留 1 3 种编码，可用于系统功能扩展。命令码用来确定控制器具体的动作。校验码用于控制器 接收时对命令的校验。具体命令设置如下： 收蓬命令( 命令代码：0 0 ) 放蓬命令( 命令代码：0 1 ) 蓬定位命令( 命令代码：0 2 ) 设备配对命令( 命令代码：0 3 ) 光强报警命令( 命令代码：0 4 ) 风速报警命令( 命令代码：0 5 ) 关光控命令( 命令代码：0 6 ) 开光控命令( 命令代码：0 7 ) 工作时间设定命令( 命令代码：0 8 ) 安全风速命令( 命令代码：0 9 ) 安全光强命令( 命令代码：1 0 ) 2 4 风光传感器的结构 近年来，国内外都出现了传感器热，各行各业都牵涉到传感器的应用。原因是由于微 型计算机的普及，传感器与微型计算机结合能增加检测装置的功能，利用微型计算机存储 数据的功能，可进行过去不能完成的计算与分析，还能利用这些计算与分析结果控制设备 仪器。显然，如果没有传感器提供信息给计算机，计算机就不可能完成上述功能。这大概 就是人们对传感器给予极大关心与期待的原因【1 7 1 。 由于传感器与微型计算机结合能使装置的功能增加和性能提高，故许多过去不用传感 8 浙江理工大学硕士学位论文 领域开始大量使用传感器。因此，传感器的市场十分庞大，当今令人关注的市场是家 器和汽车制造业。 现代信息技术的三大基础是信息的采集，信息的传输和信息的处理。既传感器技术、 技术和计算机技术，它们构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。而传感器 是位于信息技术之首，是信息技术之源，是获取信息的前端基础【擂】。如果没有传感器 始参数进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换还是信息处理，或者最佳数据的 和控制都将无法实现。 光传感器 本系统的光传感器采用光电池，直接把太阳光转变成电。光电池的特点是能够把 从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能，电能的电压值通过放大电路后传送 给单片机处理。 图2 2 光敏传感器的元器件 光电池是一种特殊的半导体二极管，在光的照射下产生电动势的半导体元件，能 将可见光转化为直流电【1 9 1 。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。光 电池是太阳能电力系统内部的一个组成部分，太阳能电力系统在替代现在的电力能源 方面正有着越来越重要的地位。 光电池是在光线照射下，直接将光量转变为电动势的光学元件，它的工作原理 是光生伏特效应。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空 穴，并在空间分开而产生电位差的现象，即将光能转化成电能。在有光线作用时p m 结 就相当于一个电压源。最早的光电池是用掺杂的氧化硅来制作的，掺杂的目的是为了 影响电子或空穴的行为 2 0 l 。其它的材料，例如c i s ，c d t e 和g a a s ，也已经被开发用 来作为光电池的材料。有二种基本类型的半导体材料，分别叫做正电型( 或p 型态) 9 浙江理工大学硕士学位论文 和负电型( 或n 型态) 。在一个p v 电池中，这些材料的薄片被一起放置，而且他们 之间的实际交界叫做p n 节。通过这种结构方式，p n 节暴露于可见光，红外光或紫 外线下，当射线照射到p - n 节的时候，在p - n 节的两侧产生电压，这样连接到p 型 材料和n 型材料上的电极之间就会有电流通过。一套p v 电池能被一起连接形成太阳 的模组，行列或面板。用来产生可用电能的p v 电池就是光电伏特计。 光传感器模块的主要优点之一是没有污染，只需要装置和阳光就可工作。另外的 一个优点是太阳能是无限的。一旦光电池系统被安装，它能提供在数年内提供能量而 不需要花费，并且只需要最小的维护【2 1 1 。 在本模块构造设计过程中，光电池两端接入外围电路，输出电压信号进行a d 采集并 放大处理，并接入单片机接口。 2 4 2 风传感器 在看到干簧管传感器比霍尔效应传感器有很多优势后，本系统的风传感器选用干簧管 为主要器件，功耗低，使用寿命长；同时利用干簧管的计数功能。风传感器如图2 3 所示。 传输方式全部采用数字化方式传输，能够准确、可靠的排除干扰，将所得的脉冲信号数读 入单片机内，转化为风速值，风速值与预警值相比较后，实现系统自动控制。 图2 3 风传感器 干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体 积小便于控制等优点，其外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电 板，还灌有一种叫金属铑的惰性气体 2 2 1 。平时，玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是 分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而 互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片 1 0 浙江理工大学硕+ 学位论文 由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开 关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等。 干簧管其优点及构造例： ( 1 ) 干簧管优点： 有优良的绝缘效果，玻璃管内部不会与外界环境接触，工作寿命长。 密封，能几乎工作于任何环境( 如对湿度，下雨天无影响) 。 结构紧凑、重量小，能够安装在极度有限的空间，极适合用于微型化设备。 触头在导通时有极低的导通电阻，磁灵敏度有一个较大的范围。 对环境温度影响不大，典型的工作温度范围从一5 0 到+ 1 5 0 。 ( 2 ) 干簧管构造： 玻璃管 图2 4 干簧管构造 在本模块构造设计过程中，将钕铁硼稀土强磁小磁铁固定粘在风扇的转页中部，干簧 管固定在转轴底部上。然后将簧片的两端引出信号线，并接入单片机风速采集电路接口。 2 5 传感器信号处理电路 本电路的软件设计主要是对传感器接收到的信号进行处理，与设定值比较，实现无线 远程对遮阳蓬收放的控制功能。传感器的主要任务是接收外部气象讯号，通过和预先设定 值比较向控制器发送命令，根据命令遮阳蓬执行相应的动作。 系统软件功能包括了光强检测功能，风速检测功能，并根据测得数值做出预警。本课 题讲就如何设计这样的系统进行有益的探索。 图2 5 光电池电压输出电路 光强检测用光电池采集光强信号。光电池可输出电压o 0 6 v ，当太阳光越强时，输出 浙江理工大学硕士学位论文 电压值就越大。光电池所产生的电动势与光照的强度有密切的关系，图2 6 表示硅光电池 的开路电压与短路电流和光照强度的关系，由图可见硅光电池的开路电压与光照是一种非 线性关系，当光照强度在2 0 0 0 勒克斯时就趋向饱和1 2 4 1 。而短路电流在很大的范围内与光 照成线型关系，因此使用光电池作为测量元件使用时，应该把它当成电流源的形式来研究， 因为短路电流与光强是线性的，处理起来比较方便，而不要当成电压源使用。需要说明的 是这里说的短路电流与开路电压与平时意义上不同，它是指外负载电阻相对与内阻非常小 时候的电流值，以及外负载很大时的端电压。实验时外负载电阻 5 o k q 时，就认为是开路电压