多用途智能遙控開關(guān)設(shè)計開題報告.doc

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畢業(yè)設(shè)計/論文 開 題 報 告 課 題 名 稱 多用途智能遙控開關(guān)設(shè)計 院　 系 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 電子信息工程0902班 姓　 名　 白映楊 評 分 指 導(dǎo) 教 師 王思賢 華中科技大學(xué)武昌分校 華中科技大學(xué)武昌分校學(xué)生畢業(yè)論文開題報告 學(xué) 生 姓 名 白映楊 學(xué) 號 20091186067 專業(yè)班級 電子信息工程0902班 院系 信息科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 王思賢 職稱 課題名稱 多用途智能遙控開關(guān)設(shè)計 1．課題研究的目的和意義 遙控開關(guān)是智能化控制時代必不可少的發(fā)展，給我們的生活帶來的很多的方便快捷。如在家庭中運用智能開關(guān)，能實現(xiàn)智能開關(guān)控制燈光、電器、窗簾、門鎖，享受隨時隨地的智能家居遙控，使智能與時尚完美結(jié)合。 常用遙控器大致分為兩類：紅外線遙控器，無線電遙控器。 人們見到的紅外遙控系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光。常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通φ5mm 發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約 100mW。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，無線電遙控是利用無線電信號對遠(yuǎn)方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設(shè)備。 （1）發(fā)射器電路由3V電源提供，低頻信號40KHZ的載波形成皆用與非門加外部元件實現(xiàn)，具有較高的穩(wěn)定性，這部分電路用到了一個與非門集成電路。 （2）接收器電路又由幾個部分組成，使用了LM567集成塊實現(xiàn)了鎖相環(huán)加密功能，用雙穩(wěn)態(tài)電路對繼電器進行控制，利用繼電器的開關(guān)對負(fù)載實現(xiàn)控制。 圖【1-1】總體設(shè)計框圖 無線電遙控系統(tǒng)一般分為發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射機主要包括編碼電路和發(fā)射電 路。編碼電路由操作開關(guān)控制，通過操作開關(guān)使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。編碼電路產(chǎn)生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上，還要將指令信號送到發(fā)射電路使它載在高頻載波上，才能由發(fā)射天線發(fā)射出去。接收機有接收電路及譯碼電路組成。由接收天線送來的信號經(jīng)由接收機高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。解調(diào)器的作用是從載波上卸載指令信號，由于卸載的指令信號是混雜的，所以再送到譯碼電路譯碼，還原指令信號。 無線電遙控是利用無線電信號對遠(yuǎn)方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設(shè)備。無線電遙控系統(tǒng)一般分為發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射機主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操作開關(guān)控制，通過操作開關(guān)使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。編碼電路產(chǎn)生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上，還要將指令信號送到發(fā)射電路使它載在高頻載波上，才能由發(fā)射天線發(fā)射出去。接收機有接收電路及譯碼電路組成。由接收天線送來的信號經(jīng)由接收機高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。解調(diào)器的作用是從載波上卸載指令信號，由于卸載的指令信號是混雜的，所以再送到譯碼電路譯碼，還原指令信號。 采用Silicon Laboratories 研制的無線發(fā)射芯片Si4010、無線接收芯片Si4313和C8051F920 單片機設(shè)計并制作的無線電遙控多路開關(guān)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，控制方便，適用于含有較多受控電器的場合，并可實現(xiàn)多路多功能控制。 無線電遙控多路開關(guān)系統(tǒng)由無線電發(fā)射電路和無線電接收控制電路兩大部分組成。 圖【1-2】系統(tǒng)組成框圖 紅外遙控器由于受遙控距離、角度等影響，使用效果不是很好， 如采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收編碼，則可提高遙控距離，并且沒有角度影響。紅外遙 控發(fā)射和接收模塊可以用在室內(nèi)紅外遙控中，它不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器 設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，所以不同房間的家用電器可使用通用遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入 工作；編解碼容易，可進行多路遙控。相對于有線遙控，無線遙控不受距離的影響，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來的故障隱患，給人們的日常工作和生活帶來了更多的便利。 隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，無線數(shù)字通信技術(shù)日趨成熟，其抗干擾能力強和易于對數(shù)字信號進行各種處理等優(yōu)點，使得無線遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善。 相對于超聲波遙控和紅外線遙控，無線電遙控是利用無線電信號在空氣中傳播，根據(jù)無線電波的頻率來遙控，可穿透一定的障礙物，傳播距離較遠(yuǎn)，因此成為無線遙控領(lǐng)域的首選，在國防、軍事、科研和日常工作生活領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。 2．課題研究的主要內(nèi)容 設(shè)計一種無線電遙控開關(guān)，要求 （1）遙控開關(guān)的發(fā)射頻率為2.4GHZ。 （2）遙控距離為10m左右，主要用于家庭內(nèi)遙控家庭電器開關(guān)。 （3）發(fā)射器電源電壓要求在10V以下。 （4）遙控接收器要求能夠較準(zhǔn)確的接收2.4GHZ的載頻信號，并解調(diào)出控制家用電器開關(guān)的信號的控制開關(guān)動作。 （5）整個遙控電路盡可能簡單可行。 3、研究方法 3.1 2.4GHZ無線遙控器： 無線遙控就是利用高頻無線電波實現(xiàn)對模型的控制。目前，傳統(tǒng)無線遙控系統(tǒng)普遍存在同頻干擾和遙控距離小兩大問題。主要原因是載頻較低導(dǎo)致帶寬較窄和控制信息以模擬方式傳輸使得同頻干擾可能性的增大。而采用先進的2.4 GHz擴頻技術(shù)，從理論上講可以讓上百人在同一場地同時遙控自己的模型而不會相互干擾．而且在遙控距離方面也頗具優(yōu)勢，2.4 GHz遙控系統(tǒng)的功率僅僅在100 mW以下，而它的遙控距離可以達到1以上，而且由于頻率高，天線長度只有3 cm；另外，可借鑒的商用技術(shù)較多。因此，很有必要將2.4 GHz擴頻通信技術(shù)應(yīng)用于無線遙控領(lǐng)域。 3.2 2.4G無線模塊： 3.2.1 nRF24LE1無線芯片模組 挪威Nordic公司nRF24LE1用作遙控器的主控芯片，其內(nèi)部有兩個部分：增強型的8051MCU和內(nèi)嵌2.4G低功耗無線收發(fā)內(nèi)核nRF24L01P，空中速率有三個選擇:250 kbps, 1 Mbps，2 Mbps，保證數(shù)據(jù)的空中快速傳輸。兩者之間通過SPI接口進行通信。還擁有豐富的外設(shè)資源，尤其是內(nèi)置128 bit AES硬件加密器，可對任何無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行高強度的加密，確保無線數(shù)據(jù)的安全，特別滿足RFID對高安全性的要求。CPU的工作模式可以通過開關(guān)狀態(tài)寄存器的控制位來控制，當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm，電流消耗為9mA，接收模式時為12.3mA，該特性為設(shè)計低功耗系統(tǒng)提供了先天性條件。 nRF24LU1+芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和nRF24LE1基本一致，考慮到成本的計算，采用nRF24LU1+符合全速USB 2．0標(biāo)準(zhǔn)的器件控制器。 3.2.2 JTT-24L01+ 嵌入式微功率無線數(shù)傳模塊 JTT-24L01+是一款工作在2.4~2.5GHz 的通用ISM 頻段的單芯片微功率無線收發(fā)模塊，是成都江騰科技有限公司采用高性能的無線射頻芯片nRF24L01+以及高精度外圍元件開發(fā)的一款無線通信模塊。 特點： （1） 內(nèi)置 2.4Ghz 天線,體積小巧 15mm X 24mm （2） 傳輸距離遠(yuǎn),開闊地?zé)o干擾視距100米,具體距離視環(huán)境而定 （3） 采用真正的GFSK 單收發(fā)芯片 （4） 2.4Ghz 全球開放 ISM 頻段免許可證使用 （5） 自動應(yīng)答及自動重發(fā)功能 （6） 地址及CRC 檢驗功能及點對多點通信地址控制 （7） 最高工作速率2Mbps,高效 GFSK 調(diào)制,抗干擾能力強,特別適合工業(yè)控制場 合,可以傳輸音頻、視頻 （8） 標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口,便于嵌入式應(yīng)用 （9） SPI 接口數(shù)據(jù)速率0~10Mbps （10） 125 個可選工作頻道,滿足多點通信和跳頻通信需要 （11） 支持無線喚醒,很短的頻道切換時間可用于跳頻 （12） 采用10PPM的高精度晶振 （13） 采用高Q值0402封裝的電感和電容 （14） 工作電壓1.9~3.6V,推薦3.6V,但是不能超過3.6V.可以把電壓盡可能靠近 3.6V但是不超過3.6V 3.2.3 2.4G JF24D無線收發(fā)模塊 JF24D整合了高頻鍵控（GFSK）收發(fā)電路的功能，以特小體積實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。JF24D的傳輸速率可達到1Mbps,並具有快速跳頻校驗等功能，可在擁擠的ISM 頻段中達到穩(wěn)定可靠的短距離數(shù)據(jù)傳輸。工作在全球開放的ISM頻段面許可證適用。 特點： （1） 低電壓，高效率 （2） 低成本，雙向高速數(shù)據(jù)傳輸 （3） 特小體積（不需要外接天線） （4） 具有快速跳頻，前向糾錯，校驗等功能 本課題擬采用JF24D無線收發(fā)模塊。 3.3 多路遙控的實現(xiàn) （1）采用51系列單片機（AT89S51）進行軟件編程完成信號的編碼譯碼工作以實現(xiàn)多路遙控。 （2）采用無線遙控器編碼／譯碼芯片完成信號的編碼譯碼工作以實現(xiàn)多路遙控。如：EV1527,PT2262,PT2294-M4,PT2264等。 雖然實現(xiàn)該設(shè)計的方法很多，但我覺得使用JF24C無線收發(fā)模塊和單片機來完成較好，以下是我決定的研究方法： JF24D采用SPI數(shù)字接口與單片機連接。它支持SPI標(biāo)準(zhǔn)格式(CKPHA=0)。 圖【3-1】單片機與JF24D端口連接 表【3-2】單片機 JF24D端口連接 說明：JF24C可以和各種單片機配套，對于硬件上沒有SPI的單片機可以用IO口或者串口模擬SPI。與51系列單片機配套時在P0口加一個10K的上拉電阻，其余IO口可以和JF24C直接相連。單片機可以用5V供電，JF24C用3.3V供電。JF24C工作電壓不得超過3.5V，否則會損壞器件。 4．實施計劃 第七學(xué)期： 第 8 周: 選擇畢業(yè)設(shè)計課題。完成指導(dǎo)教師和畢業(yè)設(shè)計課題確定。 第 9-12 周：完成開題報告和外文翻譯。 第 12 周: 完成畢業(yè)設(shè)計的開題答辯。 第13-20周：根據(jù)擬定的課題實施方案，進行深入研究，基本完成畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的硬件或軟件設(shè)計工作。 第 21 周：在教師的指導(dǎo)下，完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計、系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計、實驗測試等相關(guān)方面進行深入研究。 第八學(xué)期： 第 1-5 周：繼續(xù)完成論文設(shè)計。 第 6- 9周：向指導(dǎo)教師提交畢業(yè)設(shè)計/論文初稿，根據(jù)指導(dǎo)意見對初稿進行修改。 第10-14周：完成畢業(yè)論文定稿和畢業(yè)論文格式審查。 第 15 周：畢業(yè)答辯。 5、參考文獻： [1] 陳永甫.實用無線電遙控電路.北京：人民郵電出版社，2007. [2] 朱衛(wèi)華,陳和.高頻電子線路.北京：電子工業(yè)出版社，2003. [3] 黃智偉，王彥.全國大學(xué)生電子競賽訓(xùn)練教程.北京：電子工業(yè)出版社，2005. [4] 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006. [5] Tavares, Jose.Mendes.Teleswitch Board for Home.University of Minho, Portugal. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 答辯小組意見： 組長簽字： 年 月 日 教研室審查意見： 教研室負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 院系審查意見： 院系負(fù)責(zé)人簽字： （公 章） 年 月 日