红外遥控系统设计与编程及引力波的实验探测给我们的启示

电子工程设计报告PAGE4电子工程设计报告题目：红外遥控系统设计与编程专业：通信工程小组：姓名学号指导老师：完成日期：2

摘要： 电子工程设计第三阶段的任务是完成基于单片机的红外遥控系统硬件电路设计，并编程实现按键控制，数据显示，最终实现通过红外发射管发射38KHzASK信号，与模板红外接收单元的简单通信联系（测试通信协议），进行闭环温控的启动/停止控制，接收模板红外发送单元发出的温度数据并进行显示这几项功能。在调试成功基础上，可进行程序固化，从而真正完成红外遥控系统开发。 完成硬件电路的设计焊接，包括以下几个单元：单片机处理：核心单元，完成与各个单元的数据，控制线连接，编程实现对各单元控制，最终实现遥控；显示：显示键控定义的值和测温结果；按键控制：控制显示和协议的收发，以及4060完成的分频器设计（提供ASK信号载频）与串行数据运算产生ASK信号。 完成软件编程实现测试模块的基本功能，运行完整程序完成各个协议的收发，从而实现对模板的遥控。经不断调试及排障，使各个模块基本达到了相应要求，且编程联调实现了遥控的功能。目录一．课题背景及需求分析……...5二．设计方案的选择及原理…………………..5（一）系统框图及电路图………………5（二）显示部分(方案选择，设计，原理，计算)……6（三）键盘部分(同上)…………………6（四）单片机及ASK信号产生，红外接收部分（同上）………………6(五)程序设计………8三．焊接和调试。。。。。。。。。。。。………………121.焊接2.通信协议部分四．出现问题及解决（方法总结），提出结论………………13五．体会与建议………………13六．致谢……….14七．参考文献………………….14一．课题背景及需求分析需求分析：电子工程设计第三阶段的任务是完成基于单片机的红外遥控系统，用以代替系统小键盘的部分功能，遥控距离不小于3米，通信格式和通信协议同串行通信。完成硬件电路设计，并编程实现按键控制，数据显示，最终实现通过红外发射管发射38KHzASK信号，与模板红外接收单元的简单通信联系（测试通信协议），进行闭环温控的启动/停止控制，接收模板红外发送单元发出的温度数据并进行显示这几项功能。完成相应软件编程，实现遥控功能。二．设计方案的选择及原理（一）系统框图及电路图框图上图为系统完整电路图（二）显示部分1.原理图说明：单片机P0，P1口直接与共阳极数码管相连（三）键盘部分1.原理图：说明：四个键值分别与单片机P10—P13连接，按键时相应口置0。（四）单片机及ASK信号产生，红外接收部分1.单片机电路①复位电路：分析：电源与地之间接入RC电路。电源接通：向电容充电是RST引脚电压降低，C应足够大以使复位信号保持足够时间。分析：电源与地之间接入RC电路。电源接通：向电容充电是RST引脚电压降低，C应足够大以使复位信号保持足够时间。②.时钟电路：分析：与内部部件共同组成皮尔斯振荡器，提供芯片工作所需时钟信号分析：与内部部件共同组成皮尔斯振荡器，提供芯片工作所需时钟信号2.ASK信号的产生及红外接收1.ASK信号的产生①载波的产生Qn=2-nQn=2-nfQn：ASK载频f：晶体振荡频率n：分频此题Qn=5M/27约为39k②ASK信号的产生说明：串行数据先求反，再与产生39KHz脉冲的74HC4060的6端口（分频输出）相与非，输出信号通过三极管推动红外发光二极管发射出去。串行数据收发端平时为高电平，当有数据传送时，产生一个低电平起始位，而后紧跟8位数据和校验位。若不对串行数据取反后发射，则红外发光二极管平常一直处于发射状态，只有当有数据发射时，发光管才截止。这样不仅使电路消耗许多无用功耗，也使当发射机发射方向偏离接收机或被遮挡时，产生误传送，即当发射机没有发射信号时接收机收到信号。把串行数据取反后发射，便可解决此问题。同时，在接收端也要取反。红外发光二极管的发射距离是同消耗在管子上的瞬时功率呈单调递增关系。在红外发光二极管最大功耗一定的情况下，要想增大发射距离，只能把信号调制到一个小占空比的脉冲载波上。脉冲载波的占空比越小，红外发光二极管的瞬时功率才能越大，发射距离才能越远。2.红外接收Hs0038为Hs0038为红外接收探头，接收红外信号频率为38kHz，周期约26μs在本设计中我们采用红外一体化接收头HS0038。HS0038黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS电路兼容。HS0038为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38kHz,周期约26μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。三个管脚分别是地、＋5V电源、解调信号输出端。(五)程序设计1．流程图2.程序代码$include(C8051F020.inc) ORG 0000H LJMP INITTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,099H,092H,082H,0F8H ;字符段码表0-7 DB 080H,090H,088H,083H,0C6H,0A1H,086H,08EH ;字符段码表8-FINIT: lcall Init_Device JP3:MOVR2,#00H;操作数据初始值JP2:MOV R1,#00H MOV A,R1 CJNE R2,#10H,MAIN;FF后从0开始计 SJMPJP3MAIN: MOV DPTR,#TAB ;读取与A中数值对应的显示段码 MOVC A,@A+DPTR MOVP2,A;段码送并行口显示MOVA,R2 RLA RLA RLA RLA MOVR3,A MOVA,R2 MOVC A,@A+DPTRMOVP1,A MOVA,R1 ADDA,R3 MOVR3,A MOVA,R1JNBP0.3,FUWEIJP4:NOPJNBP0.4,JIESHOUJP5:NOPJNBP0.5,FASONGJP6:NOP JBP0.2,MAIN;等待按键CALLDELAY CALLDELAY CALLDELAY CALLDELAY CALLDELAY INC R1 ;操作数据(R1)增1 MOV A,R1 CJNE A,#10H,MAIN ;检查操作数据是否大于显示范围（F） INCR2 SJMP JP2 ;无限循环FUWEI:MOVR1,#00HMOVR2,#0AH SJMPJP4JIESHOU:;转串行通信中断程序 MOVTMOD,#20HMOVTH1,#0E8HMOVTL1,#0E8HSETBTR1MOVSCON0,#50HMOVPCON,#00H SETBESSETBEA CLRRI WAIT:JNBRI,WAIT MOVA,SBUF0 CLRRI BCD: MOVB,#10H DIVAB MOV R5,A MOVR6,B SMGXS: MOVDPTR,#TAB MOVA,R5 MOVCA,@A+DPTR MOVP1,A MOVA,R6 MOVCA,@A+DPTR MOVP2,AJNBP0.3,JP7 SJMPSMGXSJP7:LJMPMAINFASONG:MOVA,R3MOVTMOD,#20HMOVTH1,#0E8HMOVTL1,#0E8HSETBTR1MOVSCON0,#50HMOVPCON,#00H SETBESSETBEA CLRTI MOVSBUF0,A WAIT1:JNBTI,WAIT1 CLRRI WAIT2:JNBRI,WAIT2 MOVA,SBUF0MOVR7,A SUBBA,R3CJNEA,#00H,JP20 CLRRI JMPWAIT2JP20:MOVA,R7BCD1: MOVB,#10H DIVAB MOV R5,A MOVR6,B SMGXS1: MOVDPTR,#TAB MOVA,R5 MOVCA,@A+DPTR MOVP1,A MOVA,R6 MOVCA,@A+DPTR MOVP2,AJNBP0.3,JP19 SJMPSMGXS1JP19:LJMPMAIN DELAY:MOV R5,#0H ;延时子程序D1: MOV R6,#0H DJNZ R6,$ DJNZ R5,D1 RET $include(Init_Device.inc)END三．焊接，调试1:焊接组装与焊接：根据protel99se绘制原理图，在插件布局时，尽量使电路中逻辑相邻元件靠近，以减少线数量，合理布局。焊接时，尽量多利用了电路板本身导通的焊点，及电阻，元件的插针。第二，注意镀锡以保证无短路。第三，连线起始点与终点距离适当，保证与其他不想相连焊点的有一定距离。2:通信协议部分1.调试原理及方法通信协议如下：发A0A1A2A3A4A5A6A7收温度

设定定时状态发

数模命令设定定时

实现功能查询当前温度改变当前温度设定系统当前状态设定闭环保持温度设定启动闭环延时查询闭环保持温度查询启动闭环延时时间查询系统当前状态说明：其中A2命令，当发送为02时启动/关闭闭环程序。其中A7命令，当闭环控制时D4=1,可以打印时D0=1。四．出现问题及解决（方法总结）本次实验的硬件部分并不是非常复杂所以我们组焊接比较快。但是软件部分比较难。虽然老师建议我们采用C编程，但是由于我们的C语言基础比较薄弱，所以我们组采用汇编来实现。由于全班只有我们组采用的是汇编所以在出现问题时不能去询问别的同学。第一部分：（第一按键的连加功能）因为对于汇编还比较熟悉，所以这一功能实现起来还是比较顺利。第二部分：（红外接受显示功能）我们将东南大学出版的单片机书籍当做参考书，在参考其对于51控制字的内容后我们编辑了接受的程序，但是在运行程序后却并没有接收到应该接受到的内容。在这个问题中我们徘徊了很久，在多次检查程序和硬件确定没有问题之后，我们咨询了老师。最后发现对于接受的波特率上实验的单片机和书上所设置的波特率并不相同。在改变控制字后可以成功接收。第三部分（对于实验指导书的要求进行编程）由于我们之前对于按键的设置是有接受和发送，但是调试板是接收到控制内容后直接发送，所以我们运用中断进行编程，但是编程后才发现一直受到的数据就是发送的数据，这个问题一直没想明白是为什么，后来和老师交流后知道是发出的数据又被自己接受到了，我们在接收程序部分设置了一个循环接收后最终实现实验要求，非常高兴。五．体会与建议体会：这可以说是我们的第一个自主实验，能做出来非常高兴。我们在实验过后觉得我们在课后也要同时学习C语言的编程在实验过程中如果遇到问题一定要想方设法解决，考虑问题一定要考虑周全，不要轻易去放弃，实在不会可以去询问老师。本次实验对于我们今后对于单片机和嵌入式是很好的帮助，同时也提高了我们的汇编语言能力。六．致谢（一）指导老师：司农老师非常感谢帮助（二）及其他为我组排疑解惑，提供帮助的同学七．参考文献（1）清华大学电子学教研组编，高等教育出版社，《模拟电子技术基础（第四版）》（2）《电子工程设计任务书》（3）《MCS-51系列单片微型计算机及其应用》孙育才编（4）其他元器件参数及简介书目

引力波的实验探测给我们的启示摘要：引力理论的发展经历了数百年，从牛顿到爱因斯坦，从万有引力定律到广义相对论。在这过程中，科学家们引力波的预言质疑不休、争论不止。而引力波的实验探测无疑证明了一切。引力波的发现，弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，也确定了他的理论的正确。这是人类史上出现的又一契机，它将为人类社会带来重大变革。“破五”是中国传统迎财神的日子。2016年的这一天，却一个让全世界物理学界沸腾的日子，甚至许多的物理学家为之痛哭流涕——被预言已经百年的引力波，终于被探测到了。引力是什么？在今天人们所知道的物质的四种基本相互作用中，引力作用为最弱。四种相互作用按作用强度比例顺序是：强相互作用(1),电磁相互作用(10),弱相互作用(10),引力相互作用(10)。因此，在研究基本粒子的运动时，引力一般略去不计。但在天文学领域内，由于涉及的对象的质量极其巨大，引力就成为不仅支配着天体的运动，而且往往是天体的结构和演化的决定因素。引力并不是一种所谓的“力”，而是一种属性。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首次提出万有引力定律，基于此，他结识了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象，并根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学。简单的说，质量越大的东西产生的引力越大，地球的质量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。1905年，爱因斯坦提出狭义相对论，突破了绝对时间和绝对空间的概念，否定了瞬时超距作用，从根本上动摇了建立在这些旧观念基础上的牛顿引力理论。经过十年的探索后，爱因斯坦于1915年提出了迄今为止最成功的近代引力理论——广义相对论。广义相对论中，引力被归咎于时空的弯曲。这种弯曲是由物质造成的，物质的质量越大，所形成的扭曲也就越严重。但是这种弯曲，对于人类来说根本感知不到，一是因为人类伴随这种弯曲一起弯曲了，而是由于这种弯曲太微小。大质量物体发生的扭曲引起了震动，而这种震动，就是引力波。科学家们通过探测这种时空震荡，来证实引力波的存在。早在1916年，爱因斯坦在广义相对论中就预言了引力波的存在。而科学家们普遍认为，这次LIGO这一发现是爱因斯坦相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，证实了爱因斯坦广义相对论的正确性，弥补了爱因斯坦的广义相对论的漏洞，验证了已故科学家爱因斯坦的预言。探测的仪器叫做迈克尔逊干涉仪，或是LIGO。LIGO的“两条腿”都有4千米长，最近的一次升级就花去了几十亿美元。LIGO的原理是什么？简单来说是利用光速不变，在同样的直线路程里测试耗时，而通过时间的偏差（尽最大可能排除误差，也是耗资巨大的原因）来判定空间确实存在震动。这样的实验设置基于爱因斯坦的假设：光速不变，是因为以光的视角看，它沿途经过的空间发生了折叠伸缩。可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。在过去的数十年里，许多物理学家和天文学家为证明引力波的存在进行了大量研究。其中，泰勒和赫尔斯由于第一次得到引力波存在的间接证据荣获1993年诺贝尔物理学奖。到目前为止，类似的双中子星系统已经发现了近十个，但是双黑洞系统却是首次。在实验方面，第一个对直接探测引力波作伟大尝试的人是韦伯。虽然他的共振棒探测器最后没能找到引力波，但是韦伯开创了引力波实验科学的先河，为如今的硕果打下了基础。因为在地面上很容易受到干扰，所以物理学家们也在向太空进军。欧洲的空间引力波项目eLISA（演化激光干涉空间天线）。eLISA将由三个相同的探测器构成为一个边长为五百万公里的等边三角形，同样使用激光干涉法来探测引力波。此项目已经欧洲空间局通过批准，正式立项，目前处于设计阶段，计划于2034年发射运行。作为先导项目，两颗测试卫星已经于2015年12月3日发射成功，目前正在调试之中。中国的科研人员，在积极参与目前的国际合作之外之外，也在筹建自己的引力波探测项目。引力波的实验探测引起了世界范围的轰动，这些探测极其不易，宇宙中发生爆炸性的大事件时产生的引力波，才相对容易探测到，例如黑洞合并、星系合并、超新星爆炸等。100年前，爱因斯坦在预言引力波存在时就曾说：“这些数值是如此微小，她们不会对任何的东西产生显著的作用，没人能够去测量它们。”蔡一夫给出解释：“时间发生得越早，距离越远，越会在宇宙中传播期间被红移。红移指的是由于宇宙本身的膨胀将所有的波动的波长拉直拉平，这样其波动性就难以被探测到。例如，这次LIGO探测到的引力波，是13亿年以前两个大约30个太阳质量的黑洞并合所产生的引力波，振幅之小，是在原子核尺寸的千分之一的尺度。能探测到真的是非常不容易，LIGO实验组的科学家们也是在几十年里经历多次挫折，不断调整方案，改进仪器，才最终探测到的。”所以它的成功探测也标志着在这个领域人类的技术进步到了前所未有的水平。而它所具有的里程碑意义不止在科学情感上，更在于能够打开人类的一个新的世界——每个人都对它满怀期待。如果电磁波探测是人类的眼睛，那么人类又多了一双聆听外界的耳朵。马克斯·普朗克引力物理研究所说：“在《星际穿越》和《三体》中，都不约而同地将引力波选为了未来科技发达的人类的通讯手段，这也许只能是美好的幻想，但对于天文研究而言，引力波的确开启了一扇新的窗口。吹进来的第一缕清风，就带来了一个重大的信息：极重的恒星级双黑洞系统存在并可以在足够短的时间（10亿年）内并合。这是让我们始料未及的。谁能知道在将来的更多的探测中，LIGO和一众引力波探测器能带给我们什么样的惊喜呢？”引力波有两个非常重要而且比较独特的性质。第一：不需要任何的物质存在于引力波源周围。这时就不会有电磁辐射产生。第二：引力波能够几乎不受阻挡的穿过行进途中的天体。比如，来自于遥远恒星的光会被星际介质所遮挡，引力波能够不受阻碍的穿过。对于天文学家来说，这两个特征允许引力波携带有更多的之前从未被观测过的天文现象信息，而每一个电磁波谱的打开，都会为我们带来前所未有的发现。天文学家们同样期望引力波也是如此。而引力波本身的性质也可能对基础物理学产生巨大的影响。另外，引力波蕴含的，很可能是宇宙诞生的画面。我们从小都被告知一个最著名的猜想——宇宙是在一场爆炸中诞生的。这意味着，在时空的开始，宇宙又一次最为剧烈的震动。引力波就能让我们还原这个震动——它是否存在？有多大规模？不仅如此，引力波还能传递信息——我们看不到的宇宙空间在发生什么？据科学家解释，这次的引力波就是在遥远的距离上巨大的黑洞变化引起的。而这一结果也证明了黑洞真实存在——至少是广义相对论预测的由纯净、真空、扭曲时空组成的完美圆形物体。并且，引力波传递的信息可以让科学家更精确地估计宇宙膨胀的速度。总而言之，一个新的重大科学发现，总会给人类社会带来无法预估的发展。18世纪面熟电磁波的麦克斯韦理论确认的时候，也没人知道会给人类带来什么，但是现在不管是电视机还是移动电话，都与电磁现象有关。引力波的发现类似当年的发现X光一样，是一种工具。有了这个工具，我们可以利用引力波的观察，去观察遥远的宇宙的现象。发现暗物质、时空穿梭等等才是有可能实现的事情。如果没有引力波，以我们现有的技术是做不到这些科幻世界才有的事情的。“既然引力波是存在的，基于引力波的科研思路可信性就大大提高了。就好像走一条未知的路，走到半路，有人怀疑不对，结果证实是对的，那么就可以加快步伐了。”苏萌说。世界各国都加大了探测研究引力波的力度，我国也紧跟探索引力波的步伐。“天琴计划”参与者、中山大学天文与空间科学研究院院长李淼教授介绍，“天琴计划”是我国自主开展空间引力波探测的可行方案，发射三颗卫星探测引力波，该计划预期执行期为2016~2035年，分四阶段实施。项目还将挖山洞，建观测站以及建设综合研究大楼。预计拟投三亿启动。天琴计划预期执行期为2016-2035年，分四阶段实施：（1）2016-2020年：完成月球/深空卫星激光测距、空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验所需关键技术研发。主要研发成果包括：新一代月球激光测距反射器、月球激光测距台站、高精度加速度计、无拖曳控制（包含微推进器）、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距技术等；（2）2021-2025年：完成空间等效原理检验实验和下一代重力卫星实验工程样机，并成功发射下一代重力卫星和空间等效原理实验卫星。主要研发成果包含：超静卫星平台、高精度大型激光陀螺仪以及进一步提高加速度计、无拖曳控制、高精度星载激光干涉仪、星间激光测距等技术；（3）2026-2030年：完成空间引力波探测关键技术，完成卫星载荷工程样机；（4）2031-2035年：进行卫星系统整机联调测试、系统组装，发射空间引力波探测卫星。李淼介绍，“天琴计划”的出发点是切实根据我国的技术能力实际和未来几十年的发展前景，提出我国自主开展空间引力波探测的可行方案。在目前讨论的初步概念中，天琴将采用三颗全同的卫星构成一个等边三角形阵列，每颗卫星内部都包含一个或两个极其小心悬浮起来的检验质量。卫星上将安装推力可以精细调节的微牛级推进器，实时调节卫星的运动姿态，使得检验质量始终保持与周围的保护容器互不接触的状态。这样检验质量将只在引力的作用下运动，而来自太阳风或太阳光压等细微的非引力扰动将被卫星外壳屏蔽掉。高精度的激光干涉测距技术将被用来记录由引力波引起的、不同卫星上检验质量之间的细微距离变化，从而获得有关引力波的信息。“天琴”的卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行探测。这样的选择能够避免测到引力波信号却无法确定引力波源的问题。中国科学院也于2016年2月16日公布了空间引力波探测与研究的“空间太极计划”。按照这一计划，我国将在2030年前后发射由位于等边三角形顶端三颗卫星组成的引力波探测星组，用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测。主要科学目标是观测双黑洞并合和极大质量比天体并合时产生的引力波辐射，以及其他的宇宙引力波辐射过程。中科院力学研究所胡文瑞院士表示，“我国目前的技术能力与国际先进水平还有一定的差距，这种差距可以通过良好的国际合作得到一定的弥补。”胡文瑞说，“空间太极计划”是一个中欧合作的国际合作计划，目前有两个方案：方案一是参加欧洲空间局的eLISA双边合作计划；方案二是发射一组中国的引力波探测卫星组，与2035年左右发射的eLISA卫星组同时遨游太空，进行低频引力波探测。据介绍，空间引力波探测被列入中科院制订的空间2050年规划。2008年由中科院发起，中科院多个研究所及院外高校科研单位共同参与。引力波的发现是感人至深的，它印证了一位物理学大师的睿智伟大，为年富力强的物理学家们增添了信心和安慰。在理性上，引力波的发现更是激动人心的，人类的历史将会改写，一切都是未知，未知也许会更加美好。参考文献：[1].柏格曼著，周奇、郝苹译：《相对论引论》，高等教育出版社，北京，1961。(P.G.Bergmann,IntroductiontotheTheoryofRelativity,Butterworths,London,1958.)[2].温伯格著，邹振隆译：《引力和宇宙论》，科学出版社，北京，1979。(S.Weinberg,GravitationandCosmology,JohnWileyandSons,NewYork,1972.)[3].北京:科学出版社,1977.J·韦伯著,陈凤至,张大卫.《广义相对论与引力波》[4].《引力波与引力波探测》李芳昱、张显洪[5].《引力、引力波和引力波的探测》薛凤家，《大学物理》[6].《空间时间引力》（美）沃尔德史新奎金丽莉[7].《自然哲学的数学原理》艾萨克牛顿1687[8].《原理》艾萨克牛顿[9].《论引力波》爱因斯塔1918[10].《广义相对论》刘辽，赵峥-2004[11].《广义相对论与现代宇宙学》须重明-南京师范大学出版社-1999[12].《广义相对论引论》俞允强-北京大学出版社-1987[13].《广义相对论基础》赵峥-清华大学出版社-2010[14].《引力波探测》胡恩科-《物理》[15].《引力波、引力波源和引力波探测实验》唐孟希，李芳昱，赵鹏飞《天文研究与技术》

公司信息化工作总结XXX公司成立伊始，公司领导就非常注重信息化建设工作，提出了“3I”管理思想，即制度管理（Institution）、国际质量环境管理（ISO）、信息化管理（Information）。公司逐步建立起信息化工作平台，为公司蓬勃发展打下了良好的基础。目前，公司通过加快信息化建设，改进和强化了公司物资流、资金流、人才流及信息流的集成管理，公司的经营思想和管理模式带来了根本性的变革。而信息技术与公司管理的发展与融合，又使公司竞争战略管理不断创新，提高了企业的核心竞争力。一、企业信息化建设对企业至关重要信息技术、信息系统甚至信息作为一种资源，已不再是仅仅支撑企业战略，而且还有助于决定企业的发展战略。公司在战略规划中把企业管理信息化建设作为企业发展战略的重点之一。对企业信息化进行总体规划，分步实施，不断的持续改进及优化信息系统的规划，满足公司发展的要求。信息化建设不能照搬别人的成