毕业设计（论文）无线电遥控器设计论文.doc

课题名称 无线电遥控器 学员姓名 系 别 电子信息工程系 专 业 电子信息工程技术 指导教师 摘 要一种无线电遥控开关，包括发射器盒、发射按钮、发射器电路、收器盒、接收器电路、插座、插头组成，其特征在于：在该发射器盒内装有发射按钮和发射器电路，发射器电路由数据电路、编码电路、调制振荡发射电路、电源电路组成，数据电路接编码电路，编码电路接调制振荡发射电路，电源电路分别与数据电路，调制振荡发射电路相接；接收器盒内装有手动开关按钮和接收器电路，接收器电路由接收振荡电路、整形放大电路、解码电路、手动开关电路、触发器电路、驱动电路、控制电路、电路组成，接收器电路中的接收振荡电路接整形放大电路，整形放大电路接解码电路，解码电路接触发器电路，触发器电路接驱动电路，驱动电路接控制电路，电源电路分别与接收振荡电路、整形放大电路、解码电路、触发器电路、驱动电路、控制电路相连接，手动开关电路与解码电路、触发器电路相连接。本实用新型涉及一种无线电遥控开关，为解决生产调试和抗干扰的问题，本实用新型绝大多数元器件采用集成块，包括发射器和接收器两部分，其发射器电路由数据电路、编码电路、调制振荡发射电路、电源电路连接而成，接收器电路由接收振荡电路、整形放大电路、解码电路、手动开关电路、触发器电路、驱动电路、控制电路、电源电路连接而成。本实用新型主要用于家用电器的遥控，并且能同时遥控几种家用电器。关键词：无线电遥控器， 遥控信号， 单片机（见附录一）控制开关， 电路原理，发射机， 接收机目录1前言41.1研究方向41.2研究背景41.3研究意义及作用42方 案 分 析52.1方案要求52.2方案原理52.3方案器件52.4方案步骤（流程图如图1）53电路分析73.1 发射系统7a.数据电路8b.编码电路8c.调制振荡发射电路9图593.2接收系统10a接收振荡电路12b整形放大电路13c译码电路13d手动开关电路15e触发器电路15f驱动电路15g控制电路163.3电源电路174结束语185谢词186参考文献197注释20附录221前言1.1研究方向无线电遥控控制电灯开关。1.2研究背景 随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机（见注释一），智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。无线电遥控技术的诞生，起源于无线电通信技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管（见注释二）的发明使得无线电技术的应用和普及很快应用在民用和军用等各个领域。自从爱迪生发明电灯以来，人类对照明电器的开启和关断控制主要使用手动机械开关。随着无线电的发展，从上个世纪60年代开始，相继出现了无线电遥控的灯开关。无线电遥控器（RF Remote Control）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。一个多键的无线电遥控器可集中控制全家的只能遥控开关，具有人性化夜光功能，方便夜间找到开关位置，具有安装方便，使用简单，安全可靠等优点。但因为无线电波有穿墙越壁能力，所以会误开关邻居的灯。为了解决这个难题，后来的一种无线电遥控器采用了编码技术，像一把钥匙开一把锁一样，一个遥控器只对应控制一盏灯。1.3研究意义及作用设计着重研究无线电控制开关的系统组成部分及其原理。设计有利于巩固所学的专业知识，促进深入理论研究，为继续深造打基础，对在校期间学业情况的评估和综合能力的考查,也是培养和锻炼运用所学基本知识、理论和技能分析解决实际问题能力和科研创新能力，培养严谨治学的态度。且在研究过程当中遇到的各种问题又能促进钻研业务学习，使学习成绩得以进步与提高。并对通信系统建立起一个完整的概念。2方 案 分 析2.1方案要求（1）遥控电路的发射频率为28MHz.（业余频段）。（2）发射距离为30m左右，主要是在家庭内遥控家用电器开关。（3）发射器电源电压要求在9V以下。（4）遥控接收器要求能够较准确地接收28MHz 的载频信号，并解调出控制信号控制开关动作。（5）遥控接收器的电源要求利用220V交流电源供电，设计出一个简易稳压源为其供电。（6）整个遥控电路尽量简单可行。2.2方案原理无线电遥控开关系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。开关系统的工作原理是首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号（见注释三），再通过无线电发射电路将该信号发射出去。无线电发射电路它是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器,和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成的。用来产生载频振东和调制振荡的电路一般有：多揩振荡器、互补振荡器和石英晶体振荡器等，由低频振荡器产生的低频调制波，一般为宽度一定的方波。或是频率不同的方波去调制高频载波，组成的己调制波，向空中发射.。而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认（见注释四），确认是否为本遥控开关系统地址。如果是，则单片机电路产生相应的控制信号控制开关电路动作；如果不是，则解码电路不解码，单片机电路不响应，开关电路无任何动作。2.3方案器件电阻器 电位器 电容器 电感线圈和变压器 开关 接插件和保险元件 石英晶体和陶瓷元件 晶体二极管 晶体三极管 单片机 LED数码管等2.4方案步骤（流程图如图1）1发射系统通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关信息的编码脉冲信号。2通过无线电发射电路将信号发射出去。3接收系统接收电路无线电接收，同时将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认。4单片机电路产生相应的控制信号控制开关电路动作。无线电发射电路遥控开关89C2501单片机无线电接收电路AT89C51单片机开关电路开关动作图13电路分析3.1 发射系统主要由地址译码模块和发射模块组成，发射主要由数据电路、编码电路、调制振荡电路组成。主要完成的功能是首先将受控电路的开关进行编址，再将编址信息进行编码后得到一编码脉冲信号，此信号调制无线电发射电路并发射出去。其中包括89C2501单片机，振荡器，倍频器，放大器，调制器等器件（发射系统如图2）。89C2501单片机：89C2501是由ATMEL公司推出的一种小型单片机，共20条引脚，可工作在2.76V，12HZ的工作环境，还包括2K的Flash程序存储器和128K的片内RAM，附图一所示。用于产生编码地址和开关信息的脉冲信号。振荡器：用以产生射频振荡信号，即载波信号。倍频器：将射频信号的频率倍乘到更高的频率。放大器：放大器可分为电压放大器和功率放大器两类。电压放大器可有效放大信号的幅度，但对所放大信号的功率无明显要求。功率放大器则不然，主要要求将信号的功率放大到所要求的值。调制器：用以实现对载波信号的调制。图2a.数据电路数据电路指的是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。信号变换由AT89C51单片机控制单片机接收和输出的信号是由电平信号转换成二进制脉冲信号的方式（转换方式如图3）。图3b.编码电路无线电遥控常用的编码方式有两种类型，即固定码与滚动码两种（见注释五），滚动码是固定码的升级换代产品，目前凡有保密性要求的场合，都使用滚动编码方式。 滚动码码编码方式有如下优点：（编码电路如图4)1、保密型强，每次发射后自动更换编码，别人不能用“侦码器”获得地址码； 2、编码容量大，地址码数量大于10万组，使用中“重码”的概率极小； 3、对码容易，滚动码具有学习存储功能，不需动用烙铁，可以在用户现场对码，而且一个接收器可以学入多达14个不同的发射器，在使用上具有高度的灵活性； 4、误码小，由于编码上的优势，使得接收器在没有收到本机码时的误动作几乎为0。 固定码的编码容量仅为6561个，重码概率极大，其编码值可以通过焊点连接方式被看出，或是在使用现场用“侦码器”来获取，所以不具有保密性，主要应用于保密性要求较低的场合，因为其价格较低所以也得到了大量的应用。图4c.调制振荡发射电路调制振荡电路由振荡器产生载波信号，经调制传输信号发生器把要传递的开关信号附加到振荡电流上，然后经电路发射出去。调谐电路接收到的信号中既有传递的信息信号，又有高频信号，这就需要将这两种信号进行分离.。（调制振荡发射电路如图5）图53.2接收系统 无线电接收系统主要由接收振荡电路、整形放大电路、解码电路、手动开关电路、触发器电路、驱动电路、控制电路、电源电路等组成。完成的功能是首先对接收进来的信号解调后进行解码，解码后的数据送AT89C51单片机，由AT89C51单片机根据此数据去控制相应的开关进行动作。接收电路把电感接收的无线电信号通过高频电路进行放大，再通过调频电路进行调频，再经中频放大器和检波器将高频信号变换成低频信号，对已调的高频信号进行解调，最后经过放大器放大低频信号形成开关信号。基本任务是在接收端从无线电信号中提取系统所需的信息，（接收电路如图6）。图6AT89C51单片机：AT89C51是ATMEL公司（见注释六）推出的一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory），高性能CMOS，8位多功能微处理器CPU和闪烁存储。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。用于将接收信号译码并控制开关电路。D触发器：当电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿到来前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿到来前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。D触发器的逻辑符号如图7图7D触发器的真值表如图8图8D触发器的时序图如图9：图9a接收振荡电路无线电接收方式分为超外差和超再生接收方式。振荡电路作用是接收由无线电遥控发射的无线电开关信号，振荡电路由三极管、电阻、电容及电感元件（变压器或电感）等组成。超外差方式：是利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预先确定的频率的方法。超外差原理最早是由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。外差方法是将输入信号频率变换为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。1919年利用超外差原理制成超外差接收机。这种接收方式的性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜，所以至今仍广泛应用于远程信号的接收，并且已推广应用到测量技术等方面。方式原理如图10：图10超再生接收方式：超再生解调电路也称超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡（又称淬装饰振荡）双是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇（淬熄）振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为一百几百千赫）。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低；反之，频率选高了，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。b整形放大电路整形放大电路是将接收振荡电路发送的信号做一个低通滤波器滤除噪声再进行信号同步放大，然后再加一个跟随器增大输出阻抗最后加一个AD转换器。电路中实现放大的装置称为放大器，“放大”的本质是实现能量的控制，即能量的转换：用能量比较小的输入信号来控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变化量，放大的前提是传输不失真。整形放大电路如图11：图11c译码电路无线电译码方式可以分为：变量译码和显示译码两类 变量译码：是一种较少输入变为较多输出的器件，变量译码器是一个将n个输入变为2n个输出的多输出端的组合逻辑电路。其是输入变化的所有组合中，每个输出为1的情况仅一次，由于最小项在真值表中仅有一次为1，所以输出端为输入变量的最小项的组合。故译码器又可以称为最小项发生器电路。一般分为2n译码和8421BCD码译码两类。 显示译码：主要解决二进制数（高电平为1低电平为0）显示成对应的十、或十六进制数的转换功能，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。译码电路图如图12：图12只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。译码芯片PT2272将数据输入端接收到的信号，经内部电路解码辨识确认。如果所接收到的信号地址码与本机地址编码相同，D0D3输出与无线电发射系统所发射的相对应的开关信息给单片机电路，由单片机控制相应的开关电路动作。否则，译码芯片不译码，单片机电路不响应，开关电路保持原有的工作状态不变。单片机电路采用AT89C51来实现对输入信号的处理和开关电路的控制。AT89C51的P1.0P1.3端作为数据输入端口，分别和译码芯片 PT2272的数据输出D3D0端连接。PT2272的有效输出端输出的信号作为单片机外部中断 的触发信号。当外部中断采样到有效触发信号时，它对P1.0P1.3脚的信号进行中断处理，实现对开关电路的状态进行控制。AT89C51的P3.7脚外接一个蜂鸣器，对有效的开关动作进行提示。d手动开关电路手动开关电路是指电灯的硬件电路。与编码电路，D触发器和驱动电路相连接。每按发射器一次，接收电路集电极输出一次开关信号，经触发的双稳态电路，使电路导通（或截止）状态改变，继电器吸合（或释放）状态改变，实现了遥控开关的目的。开关电路中继电器属于强电电路，直接用集成电路芯片不能驱动，为此在单片机与继电器之间必需设置一个驱动继电器的电路。e触发器电路工作原理：当CP=0时，无论D为何值，Qn+1维持原状态。 当CP=1时，若D=0，则Qn+1=0；若D=1，则Qn+1=1。D触发器可以使干扰时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。电路如图13：图13f驱动电路驱动电路：主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路（即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管），称为驱动电路。本实例利用三极管的饱和来关断继电器的吸合。驱动电路如图14：图14g控制电路控制电路的核心是AT89C51单片机，接收的信号通过控制外设电路到单片机，单片机分析信号并发出模拟信号再经控制外设电路然后通过驱动电路来控制开关电路。 控制电路如图15：图153.3电源电路电源电路分别与接收振荡电路、整形放大电路、解码电路、触发器电路、驱动电路、控制电路相连接，手动开关电路与解码电路、触发器电路相连接，为各电路提供电源。图164结束语无线电遥控电灯开关系统的研制，采用了较为先进的电子技术，为无线电遥控提供了一种合理、低成本、高性能的实现方案。无线电遥控器以其小巧、价格低廉、控制方便而越来越被人们所接受。本设计同时适合开发各种低成本遥控报警器及各种遥控系统，如可应用于家用电器遥控、文教娱乐场馆的电器设备遥控和办公场所电器遥控等。此系统的应用不仅可以给人们的工作和生活带来很多的便利，同时具有较好的推广应用价值。5谢词最后要感谢在整个论文写作过程中帮助过我的每一位人。首先，也是最主要感谢的是我的指导老师。在整个过程中他给了我很大的帮助，在论文题目制定时，他首先肯定了我的题目大方向，但是同时又帮我具体分析使我无线电遥控控制电灯开关这个具体目标，让我在写作时有了具体方向。在论文提纲制定时，我的思路不是很清晰，经过老师的帮忙，让我具体写作时思路顿时清晰。在此十分感谢雷老师的细心指导，才能让我顺利完成毕业论文。其次，要感谢帮我查资料的同学，后期因为实习的关系，因时间和精力不能随时去学校的图书馆和上网查阅资料，在此也十分感谢他能抽出时间帮我找的一些相关资料。6参考文献1迟荣强:单片机原理及接口技术M，高等教育出版社。2刘文涛:单片机语言C51典型应用设计M，人民邮电出版社3童长飞:C8051F系列单片机开发编程M，航空航天大学出版社。4何立民:单片机应用技术选编M,北京航空航天大学出版社。5杨素行:模拟电子技术基础M,高等教育出版社。6张龙三:C语言控制与应用M,清华大学出版社。7胡宴如:高频电子线路M,高等教育出版社。8沙占友:单片机外围电路设计M，电子工业出版社。9张立科:单片机典型模块设计实例导航M，人民邮电出版社。10刘国永：陈杰平：单片机控制步进电机系统设计J，高等教育出版社。 11赵 健：实用声光及无线电遥控电路300例M,中国电力出版社出版。12姚金生、刘小利：元器件M,北京电子工业出版社。13黄继昌：电子元器件应用手册 M,北京人民邮电出版社。14张伟、王力、赵晶：电子设计与制版Protel DXP入门与提高 M,北京人民邮电出版社。15姜立东、姜雪：Protel DXP原理图与PCB设计 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LIPSHITZ; JOHN VANDERKOOY Journal of the Audio Engineering Society.2004，52(3).-200-215 M.美国：734B0009（刊号）.18AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-5) ANSI NCITS 1998 .7注释注释一：单机微处理器简称单片机，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂，更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。注释二：早在19世纪初就已经发明的真空电子管（Vacuum Electronic Tube，简称为真空管），代表玻璃瓶内部抽真空，以利于游离电子的流动，也可有效降低灯丝的氧化损耗。注释三：信息编码（Information Coding）是为了方便信息的存储、检索和使用，在进行信息处理时赋予信息元素以代码的过程。即用不同的代码与各种信息中的基本单位组成部分建立一一对应的关系。信息编码必须标准、系统化，设计合理的编码系统是关系信息管理系统生命力的重要因素。注释四：即为脉码调制，采用脉码调制的模拟信号数字传输系统如图G如图G注释五：固定码就是遥控器发出的地址编码固定不变。滚动码是指编码器检测到按键输入，把系统从省电状态唤醒，同步计数加一，与序列号一起经密匙加密后形成密文数据，并同键值一起发送出去。由于同步计数值每次都不同，即使是同一按键多次按下也不例外。同步计数自动向前滚动，发送的码字不会在发生。注释六：ATMEL在系统级集成方面所拥有的世界级专业知识和丰富的经验使其产品可以在现有模块的基础上进行开发，保证最小的开发延期和风险。凭借业界最广泛的知识产权（IP）组合，ATMEL提供电子系统完整的系统解决方案的厂商。 这使客户能够带领他们与市场的电子产品的体积更小，更聪明，更符合成本效益比以往任何时候都通用的服务。 ATMEI集成电路的主要集中在消费，工业，安全，通信，计算和汽车市场。附录附录一：发射和接收用单片机：AT89C2501和AT89C51附录二:无线电接收电路和发射电路原理图：原理图附录三：实物图：实物图