電力機車彎道速度遙控--信號接收系統(tǒng)

電力機車彎道速度遙控--信號接收系統(tǒng),電力機車,彎道,速度,遙控,信號,接收,接管,系統(tǒng) 河南科技學院 2009屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 論文題目：電力機車彎道速度遙控--信號接收系統(tǒng) 學生姓名： 趙銀銀 所在院系： 機電學院 所學專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)教育 導師姓名： 楊天明 完成時間：2009 年 5月 25日 電力機車彎道速度遙控--信號接收系統(tǒng) 摘 要 電力機車彎道速度遙控技術(shù)是鐵道部門發(fā)展的重要技術(shù)之一，它的發(fā)展直接制約著電力機車速度和運行效率的提高。本文簡要介紹了目前的電力機車彎道速度遙控技術(shù)的發(fā)展概況，分析了電力機車彎道速度遙控系統(tǒng)的基本原理。該項技術(shù)以最新推出的電力機車彎道速度遙控系統(tǒng)的核心——單片機接收控制系統(tǒng)為中心，以信號的發(fā)送和接收以及提示報警系統(tǒng)為輔助，設(shè)計了電力機車彎道速度遙控的信號發(fā)射系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)、單片機接收控制系統(tǒng)和接收報警系統(tǒng)。本課題著重對其中的信號接收系統(tǒng)進行了詳細的介紹說明。信號接收系統(tǒng)是利用無線電電子技術(shù)，在電力機車運行接近軌道彎道時，接收由彎道速度遙控——信號發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的信號，識別后作相應(yīng)控制以適當?shù)乃俣?，以便安全通過彎道。 關(guān)鍵詞：電力機車，彎道速度遙控，AT89S52單片機，信號發(fā)射，信號接收，報警 Electric locomotive curve speed remote control --Signal receiving system Abstract Turn the speed of electric locomotive remote control technology is an important railway sector development technologies, which restricts the development of direct electric locomotive speed and running efficiency. In recent years, with electrical, electronic technology, electric locomotive has developed by leaps and bounds. This paper introduces the current turn speed electric locomotive remote control technology development, analysis of the electric locomotive speed curve of the basic principles of remote control system. The latest technology to turn the speed of the electric locomotive remote control system of the heart - single-chip microcomputer control system for the center to receive in order to send and receive signals and alarm system for prompt assistance, designed to turn the speed of electric locomotive remote control signal launch system, signal receiving system, single-chip control system to receive and receive alarm system. The topic focused on the signal receiving system in which a detailed briefing notes. Signal receiving system is the use of radio-electronic technology, in the electric locomotive running close to the track curve, the curve from the speed of the remote control receiver - the signal transmitting system signals to identify the corresponding control after the appropriate speed in order to secure the adoption curve. Key words: electric locomotive, turn the speed of the remote control, AT89S52 microcontroller, signal transmission, signal reception, alarm 目 錄 1 緒論…………………………………………………………………………………1 1.1 國內(nèi)外研究綜述……………………………………………………………….1 1.2 設(shè)計理論基礎(chǔ)………………………………………………………………….1 2 電路主要元器件介紹………………………………………………………………1 2.1 AT89S52單片機……………………………………………………………….1 2.1.1功能特性描述…………………………………………………………….1 2.1.2引腳結(jié)構(gòu)………………………………………………………………….2 2.1.3管腳說明………………………………………………………………….2 2.2 CD4511…………………………………………………………………….…...4 2.2.1CD4511概述………………………………………………………………4 2.2.2CD4511特點………………………………………………………………5 2.2.3CD4511外引線排列………………………………………………………5 2.3 繼電器…………………………………………………………………………5 2.3.1繼電器原理……………………………………………………………….5 2.3.2繼電器的特征…………………………………………………………….5 2.4 4N35光電耦合器……………………………………………………………..6 3 系統(tǒng)設(shè)計及其工作原理……………………………………………………………6 3.1 紅外遙控技術(shù)概要……………………………………………………………6 3.1.1紅外遙控技術(shù)…………………………………………………………….6 3.1.2紅外技術(shù)的發(fā)展歷史…………………………………………………….6 3.1.3紅外遙控的基本遙控原理……………………………………………….7 3.1.4紅外遙控系統(tǒng)基本框圖………………………………………………….8 3.1.5遙控發(fā)射及其編碼……………………………………………………….8 3.1.6遙控信號接收…………………………………………………………….8 3.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計…………………………………………………………9 3.2.1發(fā)射系統(tǒng)……………………………………………………………….....9 3.2.2接收系統(tǒng)………………………………………………………………...10 3.2.3系統(tǒng)功能實現(xiàn)方法...................................................................................12 3.3 程序設(shè)計……………………………………………………………………..12 3.3.1程序設(shè)計方法…………………………………………………………...12 3.3.2具體程序流程圖和程序設(shè)計…………………………………………...13 4 其他部分電路……………………………………………………………………..13 4.1信號發(fā)射系統(tǒng)………………………………………………………………...13 4.2接收報警系統(tǒng)………………………………………………………………...13 4.3單片機控制系統(tǒng)……………………………………………………………...14 5 結(jié)論………………………………………………………………………………..14 致謝…………………………………………………………………………………..15 參考文獻……………………………………………………………………………..15 附錄1...………………………………………………………………………………16 附錄2………………………………………………………………………………...23 1緒論 隨著電力、電子技術(shù)的發(fā)展以及環(huán)保意識的倡導，電力機車的發(fā)展取得了巨大的技術(shù)進步。電力機車彎道速度遙控技術(shù)是鐵道部門發(fā)展的重要技術(shù)之一，它的發(fā)展直接制約著電力機車速度和運行效率的提高。在山區(qū)或者一些地形比較復雜的地區(qū)，彎道運行容易出現(xiàn)脫軌事故。因此，列車安全問題被擺在了首要位置。在綜合安全和效率的同時，彎道速度遙控技術(shù)便被提上日程。 1.1國內(nèi)外研究綜述 電力機車的普及和推廣促進了該系統(tǒng)各項技術(shù)的突破。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源以及相關(guān)資料調(diào)查，類似本課題的項目在國內(nèi)外有一定的研究成果。 彎道速度遙控是以AT89S52系列單片機芯片為核心。根據(jù)接收發(fā)送信號以及當前電力機車彎道速度遙控的新要求，設(shè)計了電力機車彎道速度遙控的信號接收系統(tǒng)，以便于電力機車能夠順利通過彎道，并且更能準確的確定電力機車現(xiàn)時的行程情況。 1.2設(shè)計理論基礎(chǔ) 紅外光是電磁波的一種，其頻率高于微波而低于可見光，是一種人的肉眼看不到的光線。紅外技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣天氣下的工作能力優(yōu)于可見光，紅外系統(tǒng)的功耗低、成本低、速度快，而且?guī)拵缀醪皇芟拗啤? 紅外發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源調(diào)制后發(fā)射，紅外接收系統(tǒng)通過光電轉(zhuǎn)換器接收，對信號進行放大、檢波、解調(diào)、整型等后輸出。 紅外信號接收是一體化的組件為了更有針對性地接收所需要的編碼，就設(shè)計成以載波為中心頻率的帶通濾波器，只允許指定頻率的載波信號通過，這樣以來就很好的解決了以前提到的防止現(xiàn)實環(huán)境中的其它紅外線干擾的問題。 2 電路主要元器件介紹 2.1 AT89S52單片機 2.1.1 功能特性描述 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)89C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 主要性能 ⑴ 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 ⑵ 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器 ⑶ 1000次擦寫周期 ⑷ 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz ⑸ 三級加密程序存儲器 ⑹ 32個可編程I/O口線 ⑺ 三個16位定時器/計數(shù)器 ⑻ 八個中斷源 ⑼ 全雙工UART串行通道 ⑽ 低功耗空閑和掉電模式 ⑾ 掉電后中斷可喚醒 ⑿ 看門狗定時器 ⒀ 雙數(shù)據(jù)指針 ⒁ 掉電標識符 2.1.2 引腳結(jié)構(gòu) 圖2-1 AT89S52 引腳圖 2.1.3 管腳說明 VCC : 電源 GND : 地 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表2-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR,A）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @Ri,A）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 表2-1 P1口引腳及功能表 引腳號 第二功能 P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P1.5 MOSI(在系統(tǒng)編程用) P1.6 MIOS(在系統(tǒng)編程用) P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表2-2所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用 表2-2 P3口引腳及功能表 引腳號 第二功能 P3.0 RXD（串行輸入） P3.1 TXD(串行輸出) P3.2 /INT0(外部中斷0) P3.3 /INT0(外部中斷1) P3.4 T0（定時器0外部輸入） P3.5 T1（外部1外部輸入） P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 /PSEN: 外部程序存儲器選通信號（/PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，/PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，/PSEN將不被激活。 /EA/VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，/EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，/EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，/EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。 2.2 CD4511 2.2.1 CD4511概述 CD4511是BCD—7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器，具有CMOS結(jié)構(gòu)和NPN雙極型晶體管輸出的BCD—7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器。由一個4位鎖存器、一個8421BCD碼—7段譯碼器和輸出驅(qū)動器組成，輸出驅(qū)動電流為25 mA 。有燈測輸入端（LT）,消隱輸入端（BI）和選通輸入端（LE）來控制顯示亮暗。 2.2.2 CD4511 特點 ⑴ 驅(qū)動電流 25 mA ⑵ 低功耗 ⑶ 輸入BCD 碼可存入鎖存器中 ⑷ 輸入BCD 碼大于1001 時輸出消隱 2.2.3 CD4511外引線排列示意圖如圖2-2 圖2-2 CD4511引腳圖 2.3 繼電器 本設(shè)計中我采用的繼電器的型號為HKE的HRS4H—S—DC 5V。 2.3.1 繼電器原理 繼電器是利用電磁原理使觸點閉合或斷開來實現(xiàn)電路中聯(lián)結(jié)點控制的執(zhí)行部件。它實際上是一種用低電壓、小電流來控制高電壓、大電流的自動開關(guān)。是在自動控制系統(tǒng)，遙控遙測系統(tǒng)，通信系統(tǒng)等的控制裝置和保護裝置以及繼電器一體化設(shè)備中不可缺少的開關(guān)控制元件。 2.3.2 繼電器的特征 ⑴ 繼電器不同于一般的開關(guān)，它具有自動控制功能。一般的開關(guān)、插接件的動作需借助人力，不具備自動控制的功能。繼電器的動作是依靠輸入的各種物理量（包括電量），當輸入量達到規(guī)定值時，繼電器的輸出狀態(tài)就會發(fā)生變化。 ⑵ 繼電器不同于一般的電子開關(guān)，它的輸出與輸入機構(gòu)都是嚴格電隔離的，兩者之間的絕緣電阻不小于100 MΩ。 ⑶ 繼電器的輸出量的變化必須是跳躍的，或通或斷，或呈高電平或呈低電平，并且能對其他電器電路進行控制、保護或調(diào)節(jié)。 ⑷ 繼電器有邏輯功能，可以方便地實現(xiàn)對電路的邏輯控制。將多個繼電器合理地進行組合、排列，可構(gòu)成較復雜的邏輯電路和時序電路。 2.4 4N35 光電耦合器 光電耦合器是以光為媒介，用來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（發(fā)光三極管）與受光器（光電管）封裝在同一管殼之內(nèi)，當輸入端加入電信號時， 發(fā)光器產(chǎn)生光線，受光器接受光照之后就產(chǎn)生了光電流，并由輸出端引出，從而實現(xiàn)了“電—光—電”的轉(zhuǎn)換。其管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖2-3與圖2-4。 圖2-3 管腳圖 圖2-4 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ANODE---正極 CATHODE---負極 NC---NO CONNECTION 沒有連接 BASE---基極 COLLECTOR---集電極 EMITTER---發(fā)射極 3系統(tǒng)設(shè)計及其工作原理 3.1 紅外遙控技術(shù)概述 3.1.1 紅外遙控技術(shù) 紅外遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。 紅外遙控的基本硬件構(gòu)成是：通用的紅外遙控系統(tǒng)的硬件由發(fā)射和接收兩大部分組成。 3.1.2 紅外技術(shù)的發(fā)展歷史 紅外光又稱紅外輻射或紅外線。自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對零度就存在分子和原子的無規(guī)則運動，其表面就會不斷地輻射紅外線，溫度越高輻射紅外線的強度也越大。自從1800年英國天文學家 F·W·Herschel發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了兩個多世紀。從那時起，紅外輻射和紅外元件、部件的科學研究逐步發(fā)展，但是發(fā)展速度比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代紅外技術(shù)。當時，德國研制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元件制成了一些軍用紅外系統(tǒng)。 紅外技術(shù)發(fā)展的先導是紅外探測器。1800年F·W·Herschel發(fā)現(xiàn)紅外輻射時使用的是水銀溫度計，這是最原始的熱敏型紅外探測器。1830年以后，相繼研制出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計等。在1940年以前，研制成的紅外探測器主要都是熱敏探測器。19世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器認識了紅外輻射的特性及規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有同樣的物理特性，遵守相同的規(guī)律。它們是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速，波長是它們的參數(shù)并可以測量。20世紀初，測量了大量的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價值。20世紀30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜儀后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。40年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)牢靠。50年代，半導體物理學、量子力學等科學的迅速發(fā)展，許多可用于紅外探測的物理現(xiàn)象和效應(yīng)，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60年代初期，對于1～3、3～5和8～13微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在同一時期內(nèi)，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù)在軍、民兩用方面都得到了廣泛應(yīng)用。 紅外技術(shù)的優(yōu)點： ⑴ 環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣天氣下的工作能力優(yōu)于其他信號； ⑵ 隱蔽性好，不易被干擾； ⑶ 紅外系統(tǒng)的體積小、重量輕、功耗低、成本低、速度快，而且?guī)拵缀醪皇芟拗啤? 3.1.3 紅外遙控的基本遙控原理 從介紹的原理和我們平時的使用經(jīng)驗知道，當按下某個鍵時，發(fā)送電路就產(chǎn)生對應(yīng)的編碼，經(jīng)過調(diào)制后，在輸出端產(chǎn)生串行編碼的脈沖，這些脈沖經(jīng)過驅(qū)動電路后由紅外二極管發(fā)射出去。當接收端接收到光信號后，先經(jīng)過光放大器再經(jīng)過專用解碼芯片將其還原(解調(diào))為串行編碼脈沖，然后由接收電路按照編碼和解碼的協(xié)議轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制電平，最后由執(zhí)行電路驅(qū)動開關(guān)等完成要求的操作。 遙控系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一串編碼脈沖，也就是一組連續(xù)的串行二進制碼，只是該脈沖是用調(diào)制過的載波表示的。對于一般的遙控系統(tǒng)，此串行碼由紅外接收頭解調(diào)后，作為微控制器的遙控輸入信號，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令的解碼，設(shè)計人員通常利用紅外編碼解碼專用芯片或者單片機研制各種紅外遙控系統(tǒng)，對各種電氣設(shè)備進行遙控。 遙控器發(fā)出的串行二進制編碼信號只需要持續(xù)數(shù)十個毫秒的時間，大多數(shù)是十多毫秒或一百多毫秒重復一次，根據(jù)數(shù)字示波器觀察到的信號，最短的是45ms,最長的是179ms,也就是說一串編碼也就包括十位左右到數(shù)十位二進制編碼，換言之，每一位二進制編碼的持續(xù)時間或者說位長在2ms左右（根據(jù)示波器顯示的情況看，絕大多數(shù)時1.125ms和2.25ms，頻率大概在500KHZ這個量級，一般是以480KHZ或者455KHZ居多）,要發(fā)射更遠的距離必須通過載波，將這些信號調(diào)制到數(shù)十個 KHZ，用得最多的是38KHZ。因為大多數(shù)普通紅外遙控器的載波頻率是所用的陶瓷振蕩器的振蕩頻率的1/12,最常用的陶瓷振蕩器的頻率規(guī)格是455KHZ,故最常用的載波頻率就是:455KHZ/ 12=37.9KHZ，簡稱38KHZ載波。此外還有480KHZ(40KHZ),440KHZ(37KHZ)，432KHZ(36KHZ)等規(guī)格，也有200KHZ左右的載波，用于高速編碼。紅外信號接收器是一體化的組件為了更有針對性地接收所需要的編碼，就設(shè)計成以載波為中心頻率的帶通濾波器，只允許指定頻率的載波信號通過，這樣以來就很好的解決了以前提到的防止現(xiàn)實環(huán)境中的其它紅外線干擾的問題。家用電器絕大多數(shù)都用38KHZ，并且很多紅外線接收器也能很好地接收頻率相近的40KHZ或36KHZ的遙控編碼，本系統(tǒng)涉及到的遙控器都是家電遙控器，包括白家電和黑家電，二者在編碼方式和傳送方式上有眾多的不同點，但它們的載波頻率都使用的是38KHZ。 3.1.4紅外遙控系統(tǒng)的基本框圖 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成。如圖3-1所示 一體化紅外接收頭 解 碼 單 片 機 解 調(diào) 光電放大 編碼和調(diào)制 鍵盤 紅外遙控器 圖3-1 紅外線遙控系統(tǒng)框圖 3.1.5 遙控發(fā)射及其編碼 遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明。當發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有的特征為：采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。 上述“0”和“1”組成的32位二進制碼經(jīng)38kHz的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在45～63ms之間。 3.1.6 遙控信號接收 接收電路可以使用一種集紅外線接收和放大于一體的一體化紅外線接收器，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。 接收器對外只有3個引腳：Out、GND、Vcc與單片機接口非常方便，如圖3-2所示。 1腳：脈沖信號輸出接，直接接單片機的IO 口 2腳：GND接系統(tǒng)的地線（0V） 3腳：Vcc接系統(tǒng)的電源正極（+5V） 1 2 3 圖3-2接收器示意圖 3.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 3.2.1發(fā)射系統(tǒng) 近紅外光可以通過紅外發(fā)光二極管 (LED)　獲得。紅外發(fā)光二極管是一種由PN結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的近紅外光。發(fā)光二極管有交流電流、直流電流和脈沖電流等驅(qū)動方式。交流電流驅(qū)動方式主要用于紅外測量、檢測以及較簡單的紅外光通信中。 直流電流驅(qū)動方式，如圖3-3（發(fā)射方式示意圖）左圖所示，也被稱為平 圖3-3 發(fā)射方式示意圖 均發(fā)射方式，是指通過啟動直流電源驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)出恒定的紅外光。一般用這種驅(qū)動方式的紅外光電二極管功率較?。ù蠖夹∮?00mV）、功耗較大、抗干擾能力也很差。 為了提高紅外遙控系統(tǒng)的工作距離，而又不使紅外發(fā)光管過載，一般不采用這種方式，而是采用如圖3-3右圖所示的脈沖式發(fā)射方式或調(diào)制載波脈沖發(fā)射方式，紅外遙控系統(tǒng)的工作有效作用距離取決于發(fā)光二極管輻射的峰值功率，而峰值功率是由驅(qū)動發(fā)光二極管的電路峰值所決定的。在相同的平均電流下，脈沖寬度越窄，峰值功率越大，傳輸?shù)乃俣染驮娇?，發(fā)光的效率也就越高，遙控的有效距離也就越遠。這種發(fā)射方式也大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 3.2.2接收系統(tǒng) 在紅外遙控系統(tǒng)中，與紅外發(fā)射器相對應(yīng)的是紅外接收系統(tǒng)。接收部分通常由遙控接收器(包括光電轉(zhuǎn)換放大器、接收電路、解調(diào)電路)、解碼電路以及執(zhí)行電路等組成。遙控接收器主要完成對遙控信號的放大、檢波、整形并解調(diào)出遙控編碼脈沖，而這些功能的完成一般是一個器件——紅外接收頭執(zhí)行的。也就是將如圖3-4所示的幾個部分是集成到一個簡單的電子器件——紅外接收頭中的。在市面上，生產(chǎn)紅外接收頭的廠家很多，常見的歐洲產(chǎn)品主要有Siemens的SFH506-xx 系列、Telefunken的TFMS5xxO和TK18xx系列、Vishay的TSOP12xx, TSOP48xx和TSOP62xx系列等幾種，其中型號表示中的XX表示的是調(diào)制信號的載波的頻率，一般有33KHZ, 36KHZ, 38KHZ, 40KHZ四種。而在亞洲(我們國家使用的主要型號)主要有如下幾個公司的產(chǎn)品:Sharp,廈門華聯(lián)和日本電子，像sharp的GPIUD26xK , GPIUD27xK , GPIUD28xK等型號，廈門華聯(lián)的HRMxx00系列，日本電子的PIC-1204XLM系列等，X都是對應(yīng)不同的調(diào)制頻率。本系統(tǒng)所使用的紅外接收頭的型號是HRM3800，即其載波的頻率是用38KHZ(37.9KHZ)。 在紅外接收器中，光電轉(zhuǎn)換器件（一般是光電二極管或光電三極管，我們這里用的是PIN光電二極管）將接收到的紅外光指令信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號（電壓或電流）。此時的信號非常微弱而且干擾特別大，為了實現(xiàn)對信號準確的檢測和轉(zhuǎn)換，除了高性能的紅外光電轉(zhuǎn)換器件，還應(yīng)合理地選擇并設(shè)計性能良好的電路形式。 最常用的光電轉(zhuǎn)換器件是光電二極管，當光電二極管PN結(jié)的光敏面受到光照射后，PN結(jié)的半導體材料吸收光能，并將光能轉(zhuǎn)換為電能。當光電二極管上加有反向電壓時，二極管中的反向電流將隨入射光照強度的變化而變化，光的輻照強度越大，其反向電流越大。也就是說，光電二級管的反向電流隨入射的光脈沖作同頻率的變化。 圖3-4 遙控接收原理示意圖 圖3-5為該系統(tǒng)遙控接收電路原理圖，其中P1.1—P1.2口作為數(shù)碼管的二進制數(shù)據(jù)輸出，顯示數(shù)字為0—7，7代表最亮，0代表最暗，采用4511集成塊 圖3-5 遙控接收電路原理圖 硬件譯碼顯示數(shù)值；P0.0—P0.7以及P2.0—P2.6口作為15個電器的電源控制輸出。接口可以用繼電器或可控硅，在本電路中，P2.0口控制一個電燈的亮滅；P2.7口為可控硅調(diào)光燈的調(diào)光脈沖輸出；第10腳P3.0口為50Hz交流市電相位輸入，第12腳為中斷輸入口；P3.1口用于接收紅外遙控碼輸入信號。 3.2.3 系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法 ⑴ 遙控碼的編碼格式 該遙控器采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為2個脈沖，最大為17個脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms, 其余為1ms, 遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms。 ⑵ 遙控碼的發(fā)射 當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成40kHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 ⑶ 數(shù)據(jù)幀的接收處理 當紅外接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時，將對第一位（起始位）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于2ms, 將作為錯誤碼處理。當間隔位的高電平脈寬大于3ms時，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)輸出的操作。圖3-6為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。 圖3-6 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 3.3 程序設(shè)計 3.3.1程序設(shè)計方法 程序設(shè)計就是用計算機所能接受的語言把解決問題的步驟描述出來，也就是編制計算機的程序，在設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)時，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。軟件的質(zhì)量直接影響整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。應(yīng)用程序的設(shè)計因系統(tǒng)而異，但程序設(shè)計總是有共同特點及其規(guī)律的。在編寫程序時，設(shè)計人員可以采取如下幾個步驟： ⑴ 分析問題，明確所要解決問題的要求，將軟件分成若干個相對獨立的部分。根據(jù)功能關(guān)系和時序關(guān)系，設(shè)計出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)。 ⑵ 定程序框圖，即根據(jù)所選擇的計算方法制定出，這不僅是程序設(shè)計的一個重要組成 ，而且是決定成敗的關(guān)鍵部分。 ⑶ 合理分配系統(tǒng)資源，包括定時器/計數(shù)器，中斷，堆棧等。確分配好單元，進一步將程序框圖畫成詳細的操作流程。 ⑷ 根據(jù)程序的流和圖和指令系統(tǒng)編寫出程序。注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。 ⑸ 程序調(diào)試。通過編輯軟件編輯出的源程序，必須用編譯程序匯編后生成目標代碼。如果源程序有語法錯誤，需修改源文件后繼續(xù)編譯，直到無語法錯誤為止之后，利用目標碼通過仿真器進行程序調(diào)試，排除設(shè)計和編程中的錯誤直到成功。 ⑹ 程序優(yōu)化。使各功能程序模塊化，子程序化，縮短程序的長度，加快運算速度和節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間，減少程序執(zhí)行的時間。 3.3.2 具體流程圖和程序設(shè)計(詳見附錄) 4 系統(tǒng)其他部分 4.1信號發(fā)射系統(tǒng) 對于紅外通信，除了紅外遙控距離外，調(diào)制頻率、調(diào)制帶寬也是發(fā)光二極管的兩個重要參數(shù)。調(diào)制頻率關(guān)系到紅外發(fā)光二極管在光通信中的傳輸速度的高低，紅外發(fā)光二極管因受到注入PN結(jié)有源區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的限制（一般只有幾十兆赫茲），從而限制了紅外發(fā)光二極管在高比特速率系統(tǒng)種的應(yīng)用。通過合理的脈沖編碼和優(yōu)化驅(qū)動電路，可使發(fā)光二極管有可能用于高速光通信系統(tǒng)。調(diào)制帶寬定義為：在保證一定的調(diào)制頻率下，當發(fā)光二極管輸出的交流光功率比參考頻率下降３dB時，所對應(yīng)的頻率值。它是衡量發(fā)光二極管調(diào)制能力的重要參數(shù)。 紅外遙控發(fā)射器由鍵盤矩陣、遙控專用集成電路、激勵器和紅外發(fā)光二極管組成。遙控專用集成電路(采用AT89S52單片機)是發(fā)射系統(tǒng)的核心部分，其內(nèi)部由振蕩電路、定時電路、掃描信號發(fā)生器、鍵輸入編碼器、指令譯碼器、用戶碼轉(zhuǎn)換器、數(shù)碼調(diào)制電路及緩沖放大器等組成。它能產(chǎn)生鍵位掃描脈沖信號，并能譯出按鍵的鍵碼，再經(jīng)遙控指令編碼器得到某鍵位的遙控指令(遙控編碼脈沖)，由38KHZ的載波進行脈沖幅度調(diào)制，載有遙控指令的調(diào)制信號激勵紅外二極管發(fā)出紅外遙控信號 4.2接收報警系統(tǒng) 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展及語音合成技術(shù)的進步，出現(xiàn)了很多類語音芯片。報警裝置的發(fā)射傳感器經(jīng)編碼設(shè)置后安裝在彎道處，供電電源取自電網(wǎng)，發(fā)射傳感器功率應(yīng)足夠大，保證發(fā)射信號輻射范圍100公里。接收傳感器有效接收范圍半徑1公里。當電機車行駛到彎道10公里處時，安裝于電機車上的接收傳感器就可接收到無線電編碼信息，經(jīng)控制器處理后接通相應(yīng)的語音通道，發(fā)出觸發(fā)信號，使相應(yīng)的語音信息由喇叭播放出來，通知電機車司機，而電機車司機采取相應(yīng)措施，保證電機車的安全運行。 彎道集成無線遙控發(fā)射 系 統(tǒng) 電源 單片機AT89S52 無線遙控接收 系統(tǒng) 555芯片 發(fā)射電路 功放電路和喇叭 圖4.1接收報警系統(tǒng)框圖 4.3單片機控制系統(tǒng) 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。對那些指令少、功能單一的單片機，用其開發(fā)出來的硬件系統(tǒng)其電路結(jié)構(gòu)龐大而復雜、成本高、經(jīng)常容易發(fā)生電路方面的故障，且系統(tǒng)今后的升級和功能擴展都非常困難，顯然這樣的單片機已經(jīng)不能再滿足要求了。于是，一種新型的單片機出現(xiàn)了，這就是嵌入式單片機。這種新興單片機與上述單片機相比，它的芯片內(nèi)集成了RAM、可下載的Flash程序存儲器、可電擦寫的EEPROM、鍵盤掃描電路、甚至還具有可下載程序的SPI串行接口，同時其指令也更加豐富。 可見用這種單片機進行開發(fā)設(shè)計時，只需要增加少量的外圍電路并結(jié)合豐富的指令集合，就可以獲得功能強大的控制系統(tǒng)，由于這種芯片內(nèi)含有可下載程序的SPI串行接口和EEPROM、Flash，因此，開發(fā)出來的系統(tǒng)具有可升級性，用戶可以根據(jù)需要對其進行功能擴展。 由于單片機與控制對象聯(lián)系密切，所以不但對單片機的性能要求高，而且對設(shè)計者的要求也很高，他們不但要熟練掌握單片機，而且還要了解控制對象，懂得傳感器技術(shù)，具有一定的控制理論知識等。 5結(jié)論 本設(shè)計報告主要介紹了用單片機實現(xiàn)信號的接收的設(shè)計方法。系統(tǒng)介紹了該電路的硬件構(gòu)成和軟件工作過程，系統(tǒng)以單片機AT89S52為核心，主要采用D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，結(jié)合所學的單片機的知識，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。設(shè)計中很好的使軟、硬件相結(jié)合，雖然還存一些問題但產(chǎn)品基本上達到了設(shè)計的要求。在設(shè)計過程中，通過大量的查閱資料，認真研究教材，并向指導老師請教很多問題，使自己對單片機有了更為深刻的理解，在做軟件時，仔細的分析硬件電路，畫出程序流程圖，培養(yǎng)了我的耐性和刻苦鉆研的精神。 致謝 在這四年中，河南科技學院的各位領(lǐng)導、老師和同學對我的學習給予了很大的支持和幫助，我在這里不僅體會到了學習的樂趣，而且也感受到了集體給我的關(guān)懷，在此謹對各位表示衷心的感謝。 論文結(jié)束之際，首先感謝我的指導老師，楊老師在本次設(shè)計中給予了殷切指導，在寫論文的過程中，老師給我做了全程的分析與引導。楊老師知識淵博、治學嚴謹。他的認真與細致讓我佩服。 另外，在我設(shè)計期間，同組同學也給了我很多的幫助，在此我也向他們表達我真誠的謝意。 最后，對所有在我學習生活中給予幫助和關(guān)心的人表示衷心的感謝！ 參考文獻 [1]劉春明，梁晉．電力機車遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)的研究．2005年第12期 [2]楊金巖，鄭應(yīng)強，張振仁．8051單片機數(shù)據(jù)傳輸接口擴展技術(shù)與應(yīng)用實例．人民郵電出版社．2005 [3]樓然苗，李光飛．51系列單片機設(shè)計實例．北京航空航天大學出版社．2006 [4]李朝青．單片機原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學出版社．2005 [5]張毅剛，彭喜元等．新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計(第二版) ．哈爾濱工業(yè)大學出版社．2006 [6]朱勇．機原理與應(yīng)用技術(shù)．清華大學出版社．2006 [7]王慶有．光電傳感應(yīng)用技術(shù)．機械工業(yè)出版社．2007 [8]荊文芳，史忠科．計算機測量與控制．2006年第11期 [9]李炎清．畢業(yè)論文寫作與范例．廈門：廈門大學出版社．2006.10 [10]潭博學，苗江靜．集成電路原理及應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社．2003.9 [11]李志強，彭友云．基于單片機的紅外通信接口的設(shè)計．2007 [12]何立民．MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計．航空航天大學出版社．2001 [13]朱定華．單片機原理及接口技術(shù)．電子工業(yè)出版社．2001 [14]劉瑞新．單片機原理及應(yīng)用教程．機械工業(yè)出版社．2003 附錄1：接收部分程序 十五路遙控接收 A P1.0 1 40 VCC B P1.1 2 39 P0.0 LED0 C P1.2 3 38 P0.1 LED1 P1.3 4 37 P0.2 LED2 P1.4 5 36 P0.3 LED3 P1.5 6 35 P0.4 LED4 P1.6 7 34 P0.5 LED5 P1.7 8 33 P0.6 LED6 100HZ RST 9 32 P0.7 LED7 P3.0 10 MCS-51 31 EA VDD P3.1 11 30 ALE REMOTEIN P3.2 12 29 PSEN P3.3 13 28 P2.7 調(diào)光脈沖 P3.4 14 27 P2.6 LED8 P3.5 15 26 P2.5 LED9 P3.6 16 25 P2.4 LED10 P3.7 17 24 P2.3 LED11 XTAL2 18 23 P2.2 LED12 XTAL1 19 22 P2.1 LED13 VSS 20 21 P2.0 DEV14(燈泡) 注：P3.0為100HZ的交流電源過零點相位參考輸入 主程序和中斷程序入口 ORG 0000H 程序開始地址 LJMP START 跳至START執(zhí)行 ORG 0003H 外中斷0中斷入口 LJMP INTEX0 跳至INTEX0執(zhí)行中斷服務(wù)程序 ORG 000BH 定時器T0中斷入口地址 RETI 中斷返回（不開中斷） ORG 0013H 外中斷1中斷入口地址 RETI 中斷返回（不開中斷） ORG 001BH 定時器T1中斷入口地址 RETI 中斷返回（不開中斷） ORG 0023H 串行口中斷入口地址 RETI 中斷返回（不開中斷） ORG 002BH 定時器T2中斷入口地址 RETI 中斷返回（不開中斷） 初始化程序 CLEARMEMIO: CLR A DEC A A為#0FFH MOV P0,A P1-P3口置1 MOV P1,A MOV P2,A MOV P3,A CLEARMEM: MOV IE,#00H 關(guān)所有中斷 SETB EX0 開外中斷 SETB EA 總中斷允許 RET 子程序返回 主程序 START: LCALL CLEARMEMIO 上電初始化 LCALL LOOP 調(diào)用調(diào)光控制程序 MAIN: JB P3.0,MAIN 50HZ交流電未過零轉(zhuǎn)MAIN LCALL DLX 過零點時調(diào)用延時子程序（延時可變） CLR P2.7 發(fā)調(diào)光脈沖 LCALL DELAY 持續(xù)512微秒 SETB P2.7 關(guān)調(diào)光脈沖 LJMP MAIN 轉(zhuǎn)MAIN循環(huán) NOP PC值出錯處理 NOP LJMP START 出錯時重新初始化 遙控接收程序 采用中斷接收 INTEX0: CLR EX0 關(guān)外中斷 JNB P3.1,READ1 P3.1口為低電平轉(zhuǎn)READ1 READOUTT0: SETB EX0 P3.1口為高電平開中斷（系干擾） RETI 退出中斷 READ1: CLR A 清A MOV DPH,A 清DPTR MOV DPL,A HARD1: JB P3.1,HARD11 P3.1變高電平轉(zhuǎn)HARD11 INC DPTR 用DPTR對低電平計數(shù) NOP 1微秒延時 NOP AJMP HARD1 轉(zhuǎn)HARD1循環(huán)（循環(huán)周期為8微秒） HARD11: MOV A,DPH DPTR高8位放入A JZ READOUTT0 為0（脈寬小于8*255=2毫秒）退出 CLR A 不為0，說明是第一個寬脈沖（3毫秒） READ11: INC A 脈沖個數(shù)計1 READ12: JNB P3.1,READ12 低電平時等待 MOV R1,#06H 高電平寬度判斷定時值 READ13: JNB P3.1,READ11 變低電平時轉(zhuǎn)READ11脈沖計數(shù) LCALL DELAY 延時（512微秒） DJNZ R1,READ13 6次延時不到轉(zhuǎn)READ13再延時 DEC A 超過3毫秒判為結(jié)束，減1 DEC A 減1 JZ FUN0 為0執(zhí)行FUN0（2個脈沖） DEC A 減1 JZ FUN1 為0執(zhí)行FUN1（3個脈沖） DEC A JZ FUN2 為0執(zhí)行FUN2（4個脈沖）