智能家居无线遥控多路开关系统设计

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湖南理工学院毕业设计（论文）学号14092200253毕业设计(论文)题目:智能家居无线遥控多路开关系统设计作者谢灵聪届别2013届院别信息与通信工程学院专业电子信息工程指导教师张敏职称讲师完成时间2013年5月10日 湖南理工学院毕业设计（论文）摘要为了实现现代家庭多种家居智能化，设计了一套智能家居无线遥控多路开关系统。本系统主要由发送模块和接收模块组成，是以AT89S52单片机为控制核心，以无线编译码芯片PT2262/2272为无线通信核心的无线遥控多路开关系统。为了设备安全和节能，在本系统还外扩了人体红外感应模块，用于检测人体活动状态，从而智能控制家居,这也是本设计的创新之处。发送电路采用12V直流电源供电，接收电路采用5V直流电源供电，人体红外感应电路采用5V直流电源供电。发送电路主要由PT2262组成，由按键实现四路控制信号，每路信号通过接收电路控制相应的继电器，从而实现多种家电器的工作，另外数据信息还送入数码管显示。接收电路主要由PT2272、AT89S52和继电器组成。人体红外感应电路主要由热释电红外传感器HC-SR501和芯片BIS0001组成。本设计完成了按键控制家电工作，数码管准确显示，以及红外感应电路反馈控制家电的工作。本设计的最大控制距离为40米。关键词：单片机；编码；译码；直流电源；继电器；传感器II 湖南理工学院毕业设计（论文）AbstractInordertorealizetheintelligenceofmodernfamilyfurniture,asetofintelligenthomefurniturewirelessremotecontrolmulti-channelsystemisdesigned.Thissystemismainlycomposedofatransmittingmoduleandareceivingmodule.Itisawirelessremotecontrolmulti-channelswitchsystemusingAT89S52single-shipasthecoreofcontrolandwirelesscodinganddecodingchipPT2262/2272asthecoreofwirelesscommunication.Forequipmentsafetyandenergysaving,thissystemalsoincludesaninfraredhumanbodyinductionmoduleforthedetectionofhumanactivityandintelligentcontrolofhomefurniture,thisistheinnovationofthedesign.Thetransmittingcircuituses12VDCpowersupplywhilethereceivingcircuitandthehumanbodyinfraredinductioncircuituse5VDCpowersupply.ThetransmittingcircuitismainlycomposedofPT2262.Fourchannelcontrolsignalsaregeneratedbykeys,eachonecontrolsarelaythroughreceivingcircuitsothatvarietyofhomeapplianceworks,inaddition,datainformationissendtonixietubesfordisplay.ThereceivingcircuitmainlyconsistsofPT2272,AT89S52andrelays.InfraredhumanbodyinductioncircuitconsistsmainlyofthepyroelectricinfraredsensorHC-SR501andthechipBIS0001.Besidesoflowpowerconsumptionandlesslimitsbydirection,thedesignissimpleandconvenient.Itslinearmaximumcontroldistanceis50manditisaintelligenthomefurnituredesignschemeofscience.Thedesignworkdonebuttoncontrolhomeappliances,digitaldisplayaccurately,aswellasinfraredsensingcircuitfeedbackcontrolapplianceswork.Thedesignofthemaximumcontroldistanceis40meters.Keywords:Microcontroller;coding;decoding;DCpowersupply;relay;SensorII 湖南理工学院毕业设计（论文）目　录摘要IAbstractII目　录I第1章绪论11.1无线通信技术的意义11.2无线遥控的概述11.3无线遥控的发展史与前景1第2章总体设计32.1课题分析32.2系统方案的设计32.3系统元件的选取及介绍42.3.1芯片AT89S52单片机的介绍42.3.2芯片PT2262/2272的介绍42.3.3热释电红外传感器HS-R501C的介绍62.3.4芯片BIS0001的介绍72.4系统设计框图9第3章硬件设计103.1无线发送电路103.1.1无线发送原理框图103.1.2发送电路的原理及电路图103.2无线接收电路113.2.1超再生电路原理及原理图113.2.2译码控制电路和负载电路的原理及原理图123.3人体红外感应模块14第4章软件设计154.1系统的功能实现方法154.1.1PT2262的编码格式154.1.2PT2272的解码格式154.1.3单片机控制负载电路16第5章调试和性能分析18 湖南理工学院毕业设计（论文）5.1调试过程185.1.1软件调试185.1.2硬件测试185.2性能分析215.2.1发送模块的性能分析215.2.2接收模块的性能分析215.2.3人体红外感应模块的性能分析22结论23致谢24参考文献25附录一电路原理图26附录二程序代码27 湖南理工学院毕业设计（论文）第1章绪论1.1无线通信技术的意义近20年以来，随着经济的快速发展，无线通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。无线通信技术由其易集成、功耗低、易操作等优点，从而广泛应用于人们的日常生活（手机、电话、汽车等设备），同时也广泛应用于国防科技、教育、医学、生产、农业等领域。因此，无线通信产品在我们生活中是必不可少的。1.2无线遥控的概述无线遥控就是一种远程控制设备的装置。现代的遥控器，主要由编码芯片和用来产生不同信号的按钮组成。随着科技的发展与进步，无线遥控器已经扩展到许多种类（超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等），他们各有不同的优势[1]。本课题要研究的是无线电遥控。1.3无线遥控的发展史与前景无线电遥控技术的发展只有短短几十年的历史：20世纪20年代才出现无线电遥控的原型。当时，人们试图远程控制无人驾驶飞机和船只，但没有成功，因为该技术是不完美的。二战结束后，无线电遥控技术得到了迅速的发展，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术得到了广泛的应用。今天，随着电子技术的飞速发展，新的大型远程控制集成电路的不断涌现，远程控制技术得到了迅猛的发展。从早期的分立元件，集成电路，并逐渐发展到现在单片机的远程控制装置的中央控制单元，大大提高的智能程度。近年来，远程控制技术更广泛地应用于工业生产、家用电器、安全保卫和人们的日常生活。在无线遥控器领域中，远程超声波遥控、红外遥控、无线电遥控是我们常用的遥控方式。因为发射点在各个方向传播，无线电波可以穿透屏障，可以传播到很远的距离，所以能够实现大面积和空间的控制，成为远程遥控的主要方式；在国防、军事、生产、建设和日常生活中的应用非常广泛[2]。为此，在以往的研究的基础上，设计了一个集成芯片无线电遥控多通道开关系统。有研究表明，所设计的遥控开关系统是很容易控制，适合更多的控制电器和多渠道的多功能控制场合。无线电遥控器是一个远程控制装置来控制各机构遥远的无线电信号。远处的接收装置接收这些信号，则该指令可以驱动多种其他机械或电子的移动设备，来完成各种操作。无线电遥控器是一个良好的遥控器，广泛应用于车库门、电动门、道闸、遥控器、防盗报警器、工业控制以及无线智能家居领域。无线电控制的共同载波频率为315MHz或433MHz，是国家的开放频段，这个频段，发射功率小于10mW，覆盖范围是小于100米或不超过本单位范围，不需“33 湖南理工学院毕业设计（论文）无线电管理委员会”批准，并免费使用。中国的开放频段为315MHz和433MHz[3]。无线数据传输、广泛应用于车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络等领域。33 湖南理工学院毕业设计（论文）第2章总体设计2.1课题分析目前无线遥控技术已相对比较成熟，可分为：红外无线遥控、声波触发遥控、无线电遥控和无线网络远程遥控。由于无线网络遥控成本比较高，本次设计暂不做考虑，而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。下面就一一来分析一下红外无线遥控、无线电遥控和声波触发遥控的优缺点。①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，其频率的使用也不像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。②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。③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。这三种遥控的优缺点如表2.1所示。表2.1三种方式的优缺点遥控距离绕过障碍物能力控制可靠性多点控制能力红外线近不能较高近距离可以声波近近距离可以容易误控制不能无线电最远很高高可以因此，本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。2.2系统方案的设计33 湖南理工学院毕业设计（论文）本设计实现智能家居无线多路开关控制。由发送系统、接收系统和人体红外感应系统组成，其中发送系统主要由按键编码电路和发送模块(芯片PT2262部分)组成；接收系统主要有接收模块、单片机控制电路和负载电路组成；人体红外感应系统主要由热释电红外传感器HC-SR501和芯片BIS0001组成；发送系统采用一节12V的干电池供电，接收系统采用3节1.5V的干电池供电，单片机采用5V直流电源供电，人体红外感应系统采用5V直流电源供电。2.3系统元件的选取及介绍考虑到系统的兼容性、实用性、低耗性和节能性，本设计选用芯片AT89S52单片机来控制，采用无线编译码芯片PT2262/2272无线收发模块实现315MHZ的无线通信；在接收过程中用到LM358内部的比较器，用于对ASK信号比较输出；扩展模块(人体红外感应模块)选用热释电红外传感器HC-SR501和芯片BIS0001。2.3.1芯片AT89S52单片机的介绍AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8单片机，片内8KB可编程FLASH只读存储器。器件采用Atmel公司高密度、非易失性存储技术制造，兼容MCS-51的指令系统和80C51的引脚结构。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，也可用在常规编程器上。在单芯片上，拥有8位CPU及在系统可编程FLASH，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案[4]。AT89S52的引脚图如图2.1：图2.1AT89S52引脚图2.3.2芯片PT2262/2272的介绍PT2262/2272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，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（接低电平、悬空、接高电平），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6从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路[5]。PT2262/2272引脚图如图2.1和图2.3。33 湖南理工学院毕业设计（论文）图2.2PT2262引脚图图2.3PT227引脚图PT2262-IR引脚功能说明：Pin1-Pin6(A0-A5):地址输入端，可编成“1”、“0”、“开路”三种状态。Pin7、Pin8、Pin10-Pin13(A6/D0-A11/D5):数据或地址输入端，地址输入时用Pin1-Pin6，做数据输入时只可编成“1”、“0”两种状态。Pin14(TE):发射使能端，低电平有效。Pin15、Pin16(OSC1、OSC2):外界振荡电阻，决定振荡的时钟频率。Pin17(Dout):数据输出端，编码由此脚串行输出。Pin9、Pin18(VDD,VSS):电源+，-输入端。PT2272-IR引脚功能说明：Pin1-Pin6(D0-D5):地址输入端，可编写为“1”、“0”和“开路”三种状态。要求与PT2262设定的状态一致。Pin7、Pin8、Pin10-Pin13(D0-D5):数据输出端，分暂存和锁存两种状态。Pin14(DI):脉冲编码信号输入端。Pin15、Pin16(OSC1、OSC2)：外接振荡电阻，决定振荡的时钟频率。Pin17(VT):输出端，接收有效信号时，VT端由低电平变为高电平。Pin9、Pin18(VDD,VSS):电源+，-输入端。33 湖南理工学院毕业设计（论文）PT2262/2272的常见用法，一般采用4位数据码和8位地址码，这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第1~8脚为地址设定脚，共有3种选择：接正电源、接地、悬空。3次8方是6561，故地址编码不重复度为6561组，只有发射器PT2262和接收器PT2272编码地址是完全相同的，才能够配对使用。生产厂家为了便于生产管理，将发送模块的PT2262和接收模块的PT2272八位地址编码全部悬空，因此用户能够方便的选着各种编码状态，如果用户想更改地址码，只需相同的设置PT2262和PT2272的1~8脚。如发射机中的PT2262第一引脚接地第5引脚连接正电源，其它脚都悬空，与之对应的接收机中的PT2772也要和PT2262引脚设置相同，才能配对接收。当两者地址编码完全相同时，接收机中的PT2272对应的D1~D4端输出高电平信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号[6]。2.3.3热释电红外传感器HS-R501C的介绍热释电红外传感器HC-SR501的外形图如图2.5所示。图2.5热释电红外线传感器外形D脚、S脚、C脚分别为传感器的电源端、目标电压输出端、接地端。输出信号经过放大送入单片机读取。传感器由光学滤镜、场效应管和红外感应源(热释电元件)等元器件组成[7]，其内部电路框图如图2.6所示。图2.6热释电红外传感器内部结构33 湖南理工学院毕业设计（论文）光学滤镜的主要作用是只允许波长为10um左右的红外线(人体发出的红外线波长)能通过，而光和其他辐射都被滤除，从而避免外界信号的干扰。红外感应源通常由两个两个电极性相反的热释电元件通过串联或者并联组成，两个热释电元件在环境背景辐射下具有的作用几乎相同，使其产生可以相互抵消的热释电效应，其输出信号接近为零。当有人侵入探测区域内时，人体辐射红外线通过部分镜面聚焦，并且能够被热释电元件接收，因为角度不同，两片热释电元件会接收到不同的热量，产生不同的热释电能量，所以热释电效应不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号[8]。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由压电晶体元件或陶瓷氧化物组成，在元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内有大小为△T的温度变化时，热释电效应使两个电极产生△Q的电荷，即两电极之间有大小为△V的微弱电压产生。因为它的输出阻抗极高，在传感器中有一个FET进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷△Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，△T=O，传感器无输出。在自然界，任何高于绝对温度(-273℃)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低有关[9]。2.3.4芯片BIS0001的介绍BISS000结构完整,功能齐全,只需少量外围元件就可完成信号的高倍率线性放大、双向鉴幅、信号处理、延迟定时和封锁定时等功能,其引脚图如图2.6所示。图2.6BIS0001引脚图BIS0001的内部框图如图2.7所示。33 湖南理工学院毕业设计（论文）图2.7BIS0001内部框图BIS0001引脚功能及说明：Pin1(A):可重复触发和不可重复触发控制端。当A=“1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。Pin2(V0):控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使V0输出从低电平跳变到高电平时为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。Pin3(RR1)，Pin4(RC1):输出延迟时间TX的调节端,TX=49152RC1。Pin5(RC2)，Pin6(RR2):触发封锁时间Ti的调节端，Ti=24RC2。Pin7(VSS):工作电源负端,一般接0V。Pin8(VRF):参考电压及复位输入端。一般接VDD，当接“0”时可使定时器复位Pin9(VC):触发禁止端，当VcVR时允许触发(VR≈0.2VDD)。Pin10(IB):运算放大器偏置电流设置端，经RB接VSS端，RB的取值为1M欧姆。Pin11(VDD):工作电源正端，范围为3-5V。Pin12(2OUT)、Pin13(2IN-):第二级运放的输出端和反相输入端。Pin14(1IN+)、Pin15(1IN-):第一级运放的同相输入端和反相输入端。Pin16(1DOUT):第一级运放的输出端。BIS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路[10]。33 湖南理工学院毕业设计（论文）2.4系统设计框图系统电路框图如图2.5所示。译码控制模块（PT2272、单片机、继电器）接收模块（超再生接收）发送模块(PT2262、按键)人体红外感应模块图2.5　设计方案思路图33 湖南理工学院毕业设计（论文）第3章硬件设计3.1无线发送电路3.1.1无线发送原理框图315MHZ调制器PT2262编码编码输出功率放大触发信号图3.2发送电路框图3.1.2发送电路的原理及电路图无线发送电路主要由编码芯片PT2262完成，PT2262对四个按键信号进行编码，其原理图如图3.1所示。图3.1无线发送电路图PT2262的1-8脚为编码地址端，每个地址可以设置为三种状态，包括“1(该脚接+12V)”，“0(该脚接地)”，“f(悬空)”。在本设计中为了方便简洁将PT2262的1-8脚全部悬空。10-13脚为数据端，接编码的数据输入端D0-D3(使用四位数据)，由四个按键控制(S1、S2、S3、S4)，每个按键控制一位数据的输入，从而实现多种家居设备的控制。每次按下按键，LED指示灯发光(说明发射电路正常工作)，按键将+12V的电压加到PT2262的数据输入端，PT2262会根据原来已经设定好的地址和最新输入的数据进行编码，编码信号过程为地址码->数据码->同步码，数据信息通过加载到由三极管V1(NPN)和晶振(GDX315)产生的高频载波上实现数据传输。当有一个按键(S1-S4任意一个)33 湖南理工学院毕业设计（论文）按下时，PT2262处于工作状态，则17引脚(编码输出端，平时状态为低电平)脉冲为“1”，V1(NPN)和晶振(GDX315)组成的振荡器正常工作，产生315MHZ的高频载波，从而把数据信号发送出去[5]。当没有按键按下时，PT2262处于断电状态，则17引脚脉冲为“0”，V1(NPN)和晶振(GDX315)组成的振荡器停止工作，无线发送模块不发射信号。当连续按着某个按键(S1-S4任意一个)时，则17引脚脉冲一直为“1”，V1(NPN)和晶振(GDX315)组成的振荡器正常工作，无线发送模块会连续的发射信号。可见高频发射电路完全受控于PT2262的17引脚输出的数据信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅[11]。3.2无线接收电路无线接收电路由超再生接收电路、译码控制电路和负载电路。3.2.1超再生电路原理及原理图本设计采用超再生检波接收器目的是将混合信号解调成原来的数据信号，将数据信号送入译码芯片PT2272的14引脚进行译码，整个过程经过选频(选出与发射载波频率相同的信号)、滤波、放大、再滤波、电容耦合、检波电路[12]。其原理图如图3.3所示。图3.3超再生接收电路Q1进行选频放大，滤除无用频率信号；Q2与C6、C7、L3等元件组成超再生高频接收电路，微调L3改变其接收频率，使之发射频率315MHZ相同。当L2收到ASK调制波时，经Q1调谐预放大，再经Q2检波调制信号送入前放大器放大。C13相对于自激频率来讲是个大电容，充电完成后自激熄灭导致放电（R18、C1233 湖南理工学院毕业设计（论文）、C13起自熄作用），之后继续下一个自激过程。ASK信号的检波解码是靠后比较器来完成的,据噪声电压的平均值与电压本身（R21和R23分压2.5V），用LM358内部比较器比较出1或者0的信号，输出的是解调后的方波信号，从1脚输出给PT2272。3.2.2译码控制电路和负载电路的原理及原理图译码控制电路和负载电路的原理图如图3.4和图3.5所示。PT2272的1-8脚为地址管脚，用于地址编码，可设置为“1(该脚接+5v)”,“0(该脚接地)”，“f(悬空)”三种状态。译码芯片PT2272的编码与数据脚要与编码芯片PT2262的编码与数据脚一一对应，即PT2262的D0(13脚)对应于PT2272的D0(13脚)，这样才能正确解码。本设计中PT2262的1-8脚设置为“悬空”,因此PT2272的1-8脚也设置为“悬空”。当发射电路发送信号经过超再生电路接收后，PT2272对地址码进行两次比较即解码，如果解码成功，PT2262的TE引脚端发出的信号经超再生检波接收电路由14引脚进入PT2272，同时PT2272的数据输出引脚DO-D3(10-13脚)直接进入单片机AT89S52；如果地址核对错误，则PT2272输出脚没有任何操作。当信号进入单片机后，单片机经过分析并做出相应的控制。本设计发射模块中S1按键控制家电1，S2按键控制家电2，S3按键控制家电3，S4按键控制家电4。当按下S2按键时，发射指示灯发光，发射模块发射315M无线信号，经过超再生检波接收电路和译码电路后，若接收模块中蜂鸣器发出“滴”的响声，说明接收信号成功，单片机接收到信号为高电平，单片机控制数码管显示“21”(“2”表示家电2，“1”表示为家电2为正常工作)，同时单片机给相应的继电器送入高电平，继电器吸合，家电2开始工作；当再次按下S2按键时，发射指示灯发光，发射模块发射315M无线信号，经过超再生检波接收电路和译码电路后，若接收模块中蜂鸣器发出“滴”的响声，说明接收信号成功，单片机接收到高电平，这时单片机控制数码管显示为“20”(“2”表示为家电2，“0”表示为家电2停止工作),同时单片机给继电器送入低电平，继电器断开，家电2停止工作；当第三次按下S2按键时，发射指示灯发光，发射模块发射315M无线信号，经过超再生检波接收电路和译码电路后，若接收模块中蜂鸣器发出“滴”的响声，说明接收信号成功，单片机接收到高电平，这时单片机控制数码管显示“21”(“2”表示为家电2，“1”表示家电2正常工作)，单片机给继电器送入高电平，继电器吸合，家电2正常工作。这样，若家电停止工作时，按下相应的按键就会控制相应家电正常工作，再次按下此按键控制家电停止工作。若第一次按下S1按键，第二次按下S2按键，则家电1和家电2会保持各自的工作状态，互不影响。因此继电器和数码管会很容易控制家电和清楚的显示家电的工作状态。33 湖南理工学院毕业设计（论文）图3.4译码控制电路图3.5负载电路33 湖南理工学院毕业设计（论文）3.3人体红外感应模块本设计采用人体红外感应电路的目的是检查人体活动状态，实现家电智能化处理。如果室内一段时间没有人体活动，为了设备安全和节能，则将家电自动停止工作。人体具有恒定的的体温，一般在37°C左右，所以会发射特定波长10um左右的红外线，用热释电人体红外传感器可以针对性的检测这种红外线是否存在。当人体进入到检测区域内时，人体发射的10um左右的红外线通过菲尔透视镜滤光片增强后聚焦在红外感应源(热释电元件)上，红外感应源接收到人体红外辐射式就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生△T并将△T向外围电路输出。由于产生的信号比较微弱，本设计采用红外线处理芯片BIS0001对信号进行处理，然后送入单片机的P3.3引脚进行控制。其原理图如图3.6所示。图3.6红外感应电路原理图PIR(热释电人体红外传感器)输出的人体感应信号从BISOOO1的14脚输入，BIS0001中的运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C33耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs从2脚输出，调节R50、R51的比值可改变放大器的增益。输出延迟时间和触发封锁时间由R45、C16和R46、C19设定,为适应单片机控制,设定两值应尽量小。当人进入其感应范围则输出高电平，送入单片机读取，这时没有任何操作；当人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出待机时的低电平，送入单片机读取，当高电平超过一段时间时，蜂鸣器发出报警声音(“滴,滴,滴”)，则单片机控制相应的家电停止工作，相应的数码管显示“0(关闭状态)”和相应的指示灯熄灭。33 湖南理工学院毕业设计（论文）第4章软件设计4.1系统的功能实现方法4.1.1PT2262的编码格式PT2262的编码格式如图4.1所示。图4.1PT2262的编码格式图这里a=OSC(OscillatingClockPeriod),a=2*时钟振荡周期，位“f(悬空)”只对地址码有效，同步码的长度是4个AD位的长度，含一个1/8AD位宽度的脉冲[13]，如图4.2所示。图4.2用不同宽度的脉冲来表示数据码和地址码，“0”用两个窄脉冲来表示，“f”用一个宽脉冲和一个窄脉冲来表示即地址码“悬空”，“1”用两个宽脉冲来表示。4.1.2PT2272的解码格式PT2272的解码格式如图4.3所示。33 湖南理工学院毕业设计（论文）图4.3PT2272的解码格式图同步码将每组字符分别隔开，因此当用单片机解码时，程序只需判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲识别就可以了。PT2262每次发射时至少需要发射4组字码，而PT2272只在连续两次检测到相同的地址码和数据码时，才会把数据码的“1(高电平)”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。根据无线发射的特点，第一组字码很容易受到零电平的干扰，会产生误码，故程序可以将其丢弃处理。4.1.3单片机控制负载电路PT2272的4位数据输出端D0-D3分别接单片机的P1.4-P1.7脚，单片机P2.0和P2.3脚控制数码管显示，P0.0-P0.4脚控制四个继电器，P1.0脚控制蜂鸣器，人体红外感应信号送入单片机的P2.7脚。当解码成功后，D0-D3中的一个输出为高电平，单片机检测到高电平后，首先置P1.0为低电平，置P0.0-P0.4中相应的脚为低电平，并通过P2.0和P2.3将数据送入数码管显示，当室内有人体活动时，P2.7一直为高电平，当室内一段时间没有人体活动时，P2.7脚为低电平，则相应的家电停止工作[14][15]33 湖南理工学院毕业设计（论文）。其程序流程图如图4.4和4.5所示。图4.4无线收发控制家电流程图图4.5人体红外控制流程图33 湖南理工学院毕业设计（论文）第5章调试和性能分析5.1调试过程经过硬件和软件设计后，理论上能达到本设计的要求，但为了使本设计准确、可靠、能够实现量产，就需要不断的调试直至结果准确稳定。5.1.1软件调试利用KeilC51编写程序并烧录到AT89S52单片机中，利用串口调试助手，对单片机输入信号进行不同的赋值，测试结果100%的准确，完全符合预期。5.1.2硬件测试本设计采用步进电机代替家电1，直流电机代替家电2。经过多次的硬件测试，可用表5.1来表示。表5.1无线遥控调试表按键序号次数蜂鸣器数码管显示家电状态对应控制灯S11发声11开启亮2发声10关闭灭S21发声21开启亮2发声20关闭灭S31发声31开启亮2发声30关闭灭S41发声41开启亮2发声40关闭灭没用任何按键按下时，P3.5脚输入波形如图5.1所示。图5.1P3.5脚的输入波形33 湖南理工学院毕业设计（论文）第一次按下S2按键时，P3.5脚的输入波形如图5.2所示，此时直流电机转动，实物图形如图5.3所示。图5.2P3.5的输入波形图5.3数码显示和直流电机此时有家电工作，而且有人在活动，则P3.3脚的输入波形如图5.4所示33 湖南理工学院毕业设计（论文）图5.4P3.3的输入波形第二次按下S2按键时，P3.5脚的输入波形如图5.5所示，直流电机停止工作，实物图形如图5.6所示。图5.5P3.3的输入波形33 湖南理工学院毕业设计（论文）图5.6数码管显示和直流电机5.2性能分析5.2.1发送模块的性能分析发送模块是以AM为调幅方式，工作频率是315MHZ，频率稳定度为±75KHZ，发射功率小于等于500MW，工作电压范围为3-12V，当电压发生变化时，发射频率基本上是相同的，没有变化，接收模块可以不做任何调整而稳定地接收，发送模块采用ASK调制方式，这样可以很好的降低功耗。模块的传输的距离和接收机的灵敏度受收发环境影响，如果在开阔的区域中，一般最大传输距离为50米，因为无线电信号在传输过程中的反射和折射，会形成一些死区和不稳定的地区，因此不同的传输环境会有不同的通信距离。经过多次测试本设计中最长控制距离为40米。5.2.2接收模块的性能分析本设计采用超再生检波电路接收信号，超再生检波电路有很高的增益，在没有接收到控制信号时，超再生检波接收电路由于受到自身的热骚动和外界杂散信号的干扰，会产生一种频率范围为在0.3-5KHZ之间，听起来像流水似的“沙沙”的噪声，叫做超噪声。在没有信号时，超噪声的电平非常高，经过滤波放大后输出噪声电压，该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电器吸合或断开（由设计的状态而定）。其以AM为调幅方式，工作频率为315MHZ，频率稳定度为±200KHZ，工作电压为5V，静态电流为4MA,接收灵敏度为-106DBM，具有如下优点：1.不需依赖1/4波长天线长度选频，天线输入端有选频电路，甚至在短距离时可以不需天线。2.模块自身的辐射很少，自身振荡泄露小。同时超再生接收模块也存在一些缺点，如抗干扰能力差，频率受温度漂移大。33 湖南理工学院毕业设计（论文）5.2.3人体红外感应模块的性能分析对于人体红外线传感器来说，由于其功耗很小，能够长时间的可靠工作，并且没有任何类型的辐射信号发射，常规手段不容易侦测到，所以广泛使用于安全监控的领域。由于各种热源、光源、射频辐射很容易干扰人体红外线传感器，其穿透力比较差，人体的红外辐射容易被各种物体遮挡，并且当环境温度接近于人体温度时，探测灵敏度会明显下降，严重时还会导致探测失效，因此对于上述问题在设计及安装使用时应特别注意。人的运动方向对于红外线热释电传感器人体的敏感程度来说关系很大。红外线热释电传感器最不敏感的是径向移动反应,而最为敏感的是横切方向(即与半径垂直的方向)移动，因此为了避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环就是在现场选择合适的安装位置。为了减小误差，本设计采用了菲涅尔光学透镜，这样距离越远感应越强，角度越大，探测灵敏度更高。33 湖南理工学院毕业设计（论文）结论本文设计了以无线发射和无线接收两部分组成的无线通信系统，采用单片机控制外围负载电路，人体红外感应电路控制家居实现家居智能化；本设计装置造价低、制作简单、操作方便、能够实现远距离准确控制。在本次设计中遇到很多硬件和软件问题，硬件问题如下：1.问题：单片机输出信号直接驱动继电器，结果继电器不工作。原因：单片机输出信号电压不够高，不能驱动继电器。措施：单片机输出信号加入三极管放大后驱使继电器。2．问题：直流电机用单片机最小模块供电，直流电机工作时遥控失灵，数码管微亮。原因：直流电机分流过多，单片机不能正常工作。措施：给直流电机和单片机单独供电。软件问题如下：1.问题：数码管显示函数在主函数内调用显示，数码管不能正常显示。原因：主函数内其他调用函数有延迟，致使数码管每次扫描时间过长。措施：用定时器定时中断完成数码管扫描。33 湖南理工学院毕业设计（论文）致谢大学四年生涯即将结束，经过两个多月的踉踉跄跄地忙碌，我的毕业设计课题也将告一段落。在此我由衷的感谢我的导师张敏老师，在这两个月里，我得到了她悉心的指导和无私的帮助。她那严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习和工作的楷模。感谢我四年同窗的室友们，我们都来自五湖四海，相遇在同一个校园，同一个寝室。四年里，我们从同学到朋友，再到兄弟，关系一步步的融洽，让我们的寝室如家一般的温馨。四年了，一晃而过，犹如昨日，让我久久迷恋于我们相处的日子，无法忘怀。在这段日子里，我们虽有争执，但这却不影响我们的感情；相反我们更加尊重彼此。以后的日子大家很难再一起共度元宵节了，没关系，各奔前程，同创辉煌。但愿读研的同学步步高升，创业的同学一帆风顺，挥师北上的同学顺顺利利。感谢二十年来爸爸妈妈的抚养和培育，是他们辛勤的劳作，无私的付出为我学习创造了良好的学习条件，我才能顺利完成学业，您们的养育之恩，我无以回报，祝您们身体健康是我最大的心愿。感谢在我的毕设设计过程中给过我帮助的学长和学姐们，祝你们学业有成。最后很想对自己说“大学，我不后悔我曾来过”，就要离开学校就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。33 湖南理工学院毕业设计（论文）参考文献[1]吴文通,蒋达国.8051单片机教学的思考与探索[J].井岗山医专学报,2001(6):14-15.[2]何书森.实用遥控电路原理与设计速成[M].福建科学出版社,2002:99-169.[3]丁镇生.传感器及其遥控遥测技术应用[M].第一版.电子工业出版社,2003:214-216.[4]徐敏,卢周平.单片机原理及应用课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2006(1):12-14.[5]BickfordRL，MeyerCM，ZakrajsekJF．Real-timeSensorDataValidationforPropulsionSystems[J].A-IAA,1990:78-80.[6]ChiDongfning.51Dongsen.APplieationofCANbusfortheintelligentlightingcontrolsystemonParkControl&Automation,n,2(X)5:46-7.[7]AbidiA.Direct-ConversionRadioTransceiverforDigitalCommunications[J].IEEEJ,Soilid-StateCircuits,1995:204-212.[8]李林,赵国库.基于单片机的教室灯光控制系统设计[J].机械与电子.2004(6):69-70．[9]赵负图.传感器集成电路手册[G].第一版.化学工业出版社.2004:55-60．[10]俞海珍,李宪章,冯浩.热释电红外传感器及其应用[J],电子照明技术.2006(7):70-80．[11]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M],第六版.国防工业出版社,2009(5):88-90.[12]EditedbyM．I．Elmasry．BiCOMSInteratedCircuitDesign[M]．IEEEPress,1994:23-24．[13]MoskowitzR,NikanderP.HostIdentityProtocol（HIP）Architecture[S].RFC4423,2006:11-12.[14]郭红海,郭朝彬.基于单片机的电话报警系统的设计与实现[J].产品设计与实现,2009(11):14-17.[15]马忠梅.单片机C语言应用程序设计[M].北京航空大学出版社,2000:13-20.33 湖南理工学院毕业设计（论文）附录一电路原理图33 湖南理工学院毕业设计（论文）附录二程序代码/************************************************************//****************智能家居无线控制多路开关********************//************************************************************//********************功能介绍********************************//*******四位按键控制四种家电实现家电智能化设计***************A—控制家电一B—控制家电二C—控制家电三D—控制家电四按下某一按键家电开始工作，再次按下此键家电停止工作，并且数码管显示某一路家电的工作情况。*//************************************************************//*******************作者：谢灵聪*************************************************完成时间：2013.5.5***********************//****************包含头文件*********************************/#include#include/****************函数声明**********************************/voiddelay(unsignedinti);//延迟函数声明voidconduct(void);//控制函数声明voidbeep(void);//蜂鸣器提示函数声明voidmotor_ffw();//步进电机函数声明voiddelay1(unsignedintt);//延迟函数2voidsystem_Ini();//定时器初始化函数声明voidclose();//关闭所用家电函数声明voidbaojing();//报警函数声明/****************共阴LED数码表******************************///此表为LED的字模,共阴数码管0-9-unsignedcharcodeDisp_Tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40};//段码控制//此表为8个数码管位选控制,共阴数码管1-8个-unsignedcharcodedispbit[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdF,0xbF,0x7F};//位选控制查表的方法控制unsignedcharcodeRUN[8]={0x0e,0x0c,0x0d,0x09,0x0b,0x03,0x07,0x06};//步进电机相序表/****************定义全局变量*******************************/33 湖南理工学院毕业设计（论文）/****************端口定义**********************************/sbitBeep=P3^3;//定义蜂鸣器端口sbitRalay=P1^4;//定义继电器端口sbitHong=P3^2;//人体红外端口charflag1,flag2;unsignedchardat;//接收到的数据unsignedcharnum[8]={0,0,0,0,1,2,3,4};/**********************************************************延迟函数功能：数码管扫描延时子程序入口参数：i**********************************************************/voiddelay(unsignedinti){charj;for(i;i>0;i--)for(j=200;j>0;j--);}/*********************************************************延时函数功能：为步进电机延迟入口参数:i*********************************************************/voiddelay1(unsignedintt){unsignedintk;while(t--){for(k=0;k<60;k++)//用for的空循环延长程序的执行时间{}}}/*********************************************************定时器初始化***********************************************************/voidsystem_Ini(){TMOD|=0x11;TH0=(65535-2000)>>8;//11.0592MTL0=(65535-2000)&0xFF;TH1=(65535-45872)>>8;33 湖南理工学院毕业设计（论文）TL1=(65535-45872)&0XFF;IE=0x8A;TR0=1;//TR1=1;}/**********************************************************蜂鸣器提示函数功能：提示收到信号**********************************************************/voidbeep(void){Beep=0;delay(10000);Beep=1;}/*************************************************************************步进电机驱动**************************************************************************/voidmotor_ffw(){unsignedchari,temp;for(i=0;i<8;i++)//一个周期转3.75*8=30度{temp=P1;temp&=0xf0;P1=RUN[i]|temp;//取数据delay1(10);//调节转速}}/**********************************************************控制函数**********************************************************/voidconduct(void){dat=(P3&0xf0);if(dat==0x10)//家电A(本设计控制直流电机){beep();num[0]++;33 湖南理工学院毕业设计（论文）num[0]=num[0]%2;if(num[0]!=0){P1&=0xef;Ralay=0;}else{P1|=0x10;Ralay=1;}}if(dat==0x20)//家电B（本设计控制步机电机）{flag1=!flag1;beep();num[1]++;num[1]=num[1]%2;if(num[1]!=0)P1&=0xdf;elseP1|=0x20;}if(dat==0x40)//家电C{beep();num[2]++;num[2]=num[2]%2;if(num[2]!=0)P1&=0xbf;elseP1|=0x40;}if(dat==0x80)//家电D{beep();num[3]++;num[3]=num[3]%2;if(num[3]!=0)P1&=0x7f;elseP1|=0x80;}33 湖南理工学院毕业设计（论文）}/***********************************************************关闭所有家电函数**********************************************************/voidclose(){chari;P1|=0XF0;flag1=0;for(i=0;i<4;i++)num[i]=0;}/**********************************************************报警函数********************************************************/voidbaojing(){Beep=0;delay(50000);Beep=1;}/**********************************************************主函数**********************************************************/voidmain(void){P0=0x00;//端口初始化P1=0xff;//端口初始化P2=0x00;//置输入状态P3=0xff;//Ralay=1;//Hong=0;flag1=0;flag2=0;system_Ini();while(1){conduct();if(flag1)motor_ffw();33 湖南理工学院毕业设计（论文）if(flag2){baojing();flag2=0;}}}/***************************************************定时0中断延时*************************************************/voidTzd0(void)interrupt1{staticchari=0;unsignedcharLedOut[8];LedOut[i]=Disp_Tab[num[i]%10];TH0=(65535-2000)>>8;//11.0592MTL0=(65535-2000)&0xFF;P0=LedOut[i];P2=dispbit[i];//使用查表法进行位选if(Hong==0&&(P1&0XF0!=0))TR1=1;elseTR1=0;i++;if(i==8)i=0;}/******************************************************红外定时控制******************************************************/voidTzd1(void)interrupt3{staticunsignedintj=0;TH1=(65535-45872)>>8;TL1=(65535-45872)&0XFF;if(Hong==0)j++;else33 湖南理工学院毕业设计（论文）j=0;if(j==300){flag2=1;close();j=0;}}33