基于单片机的无线控制系统.doc
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开封大学
毕业设计说明书
题目名称:
基于单片机的无线控制系统
学校名称：
开封大学
院部名称：
机电工程学院
专业名称：
电子信息工程技术
学号：
2009061206
姓名：
王昌胜
指导老师：
杨志帮
开封大学机电工程学院
2011年12月13日
摘要
随着当今社会科学技术的迅猛发展，高精尖科技及产品越来越多应用到工业生产等领域以及各种公共场所。
红外线、电磁波等无线传送与接收设备也随处可见。
基于单片机的无线遥控系统是根据发射机上的键的输入信号变为一定波长的红外线传送到接收设备，进行解码、调制，然后将所得的信号送至单片机内部，与其内部的程序相结合，在显示器上显示相应的字母，同时指示灯也被点亮。
此毕业设计设计出的数字编码无线遥控控制电路是由无线发射机、无线遥控接收机、单片机主控电路和执行机构4部分组成，它由无线遥控发射/接收和无线遥控专用编码/解码集成电路制作而成，可同时控制多种不同电路或控制同一电路不同工作状态。
具有灵敏度高、制作成本低、电路简洁、方便实用等特点，遥控距离可达百米之上，可以作为家用电路的控制开关，亦可用于遥控玩具、车辆防盗系统、家庭防盗系统和其他电器遥控等。
关键字：
单片机无线遥控发射无线遥控接收
目录
一、引言 ４
二、总体设计方案 ４
2.1、设计思路 ４
2.2、总体设计框图 ５
三、设计组成及原理分析 6
3.1、发射电路所用元器件及原理分析 6
3.1.1、编码芯片PT2262芯片原理简介：
8
3.1.2、解码芯片PT2272芯片原理简介：
12
3.1.3、无线发射控制电路原理分析 14
3.2、单片机主控电路 14
3.2.1、主要元器件介绍 14
3.2.2、控制电路原理分析 17
3.3、电源电路设计 17
四、软件设计 19
4.1、程序流程图 19
4.2、汇编程序设计（详见附录二）。
20
结束语 21
参考文献………………………………………………………………………………………….…….. 22
附录………………………...………………………………………………………………………………..23
附录一：
遥控装置总图 23
附录二：
汇编程序 24
一、引言
家用照明电路通常采用的都是拉闸手控开关，这种电路的最大缺陷就是使用起来不方便，近些年来声控开关被广泛地应用，例如在学校等公共场所的走廊、厕所等地方，但不管是城里车的鸣笛声还是其他的声音都能使得声控开关接通，显然，这不符合使用者省电的要求。
就此问题，我根据自己所学的知识利用本次的毕业设计的机会，设计一个基于单片机的数字编码无线收发控制电路，能够很好地满足家用用户的要求。
同时还可以广泛地应用于遥控儿童玩具、车辆防盗系统和家庭防盗系统等。
二、总体设计方案
2.1、设计思路
该无线遥控系统主要由无线遥控发射机、无线遥控接收机以及执行机构3部分组成。
发射机主要包括编码电路和发射电路，编码电路由开关控制，操纵者通过开关，使得编码电路产生所需要的控制指令，这些控制指令是具有某些特征的、相互间易于区分的电信号，例如：
用不同的数码代表不同的控制指令，除此之外，还可以用不同的相位、脉冲信号幅度、宽度等来代表不同的控制指令。
由于编码电路产生的控制指令信号都是频率比较低的电信号，无法直接送到遥控目标上去，必须要将指令信号送到发射电路，是它载到高频信号（载波）上，才能由天线送出去。
指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用是由发射电路的发射器完成。
发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号加载到载波上，经天线将已调至好的信号发送出去。
接收机是由接收电路和译码电路组成。
有天线接收到的信号经接收机的高频部分选择和放大后，送到解调器，将控制指令信号从载波上“卸”下来，再送到译码电路进行译码，译码后的各类信号经单片机主控电路内部的程序表现为I/O口输出电平的高低，再经发达后驱动相应的执行机构，从而实现了无线遥控。
2.2、总体设计框图
根据设计的主要思路得到该设计的总体的设计框图，如图2-1所示：
图2-1总体设计框图
三、设计组成及原理分析
3.1、发射电路所用元器件及原理分析
F05V采用SMT工艺声表稳频，是一款体积小、低功耗、低电压微功率发射模块，ASK方式调制，可通过FCC认证。
适合短距离无线遥控报警传输。
F05V无线数据输入时休眠电流1uA。
J05V是一款小体积，低电压型超外差接收模块，典型应用电压5V；极限值是4.2至5.6V，J05V具有休眠功能，休眠电流小于1uA。
图3-1、图3-2中的F05V与J05V为安装天线的外形图，图3-1、图3-2为最基本的由单片机来控制收发的一则典型应用电路，需要注意PT2262的14引脚TE端低电平维持时间必须大于2262连续发送三组码的周期，2262发码的周期与2262的振荡电阻有关，周期的计算详见PT2262资料，各种品牌的2262振荡电阻配套有区别，频率的计算参见厂家提供的资料。
2262的TE端置高电平后2262停止发码，17脚变为低电平，F05V进入休眠状态i。
2262的1-8脚为三态地址编码。
悬空状态码型比较好，如果没有特别的要求最好不要把全部的地址码置高电平或置低电平，这样容易误码。
10-13脚为数据码只有两种状态，即置高电平或置低电平，可以任意设置。
2272的10-13脚就有对应的输出。
2262与2272的地址编码必须一致。
J05V具有休眠功能，可以由单片来控制，低电平进入休眠状态，高电平唤醒。
如果不需要休眠功能可以将CE端接到VCC，不能悬空。
2272的D0-D3可以直接与单片机连接。
也可以去掉2272，由单片机直接解码。
图3-1发射控制电路原理图
图3-1、图3-2电路均可以采用5V供电，最高6.5V。
F05V和J05V属于低电压器件，需要几毫安的工作电流，不适合用电阻降压。
也不适合用开关电源，因为开关电源的纹波会干扰接收电路。
可以采用线性电源，用低功耗（uA级）三端稳压器件7132，性能优于7805，使用与78L05相同；如果对体积有要求，可采用小体积高容量的锂-亚硫酰氯电池，见图3.这种电池体积小高能量，储存及使用寿命可以达到10年以上。
图3-2接收控制电路原理图
无线发射、接收控制有两部分组成，发射部分采用编码芯片PT2262和DF数据发射模块，接收部分主要是由解码芯片PT2272、DF接收模块组成。
为简化电路，发射接收部分采用现成的收发芯片，其工作频率为315M，采用FM方式调制。
S1-S4为脉冲编码开关，按下后在接收端解码后将输出相应的电平控制电路的开机和Q9-Q11组成的电子开关的工作。
3.1.1、编码芯片PT2262芯片原理简介：
PT2262/PT2272是台湾普城公司的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，PT2262/PT2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可以有6位（D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
PT2262外形图及管脚排列如图4所示，管脚说明如图3-3所示。
图3-3PT2262外形图及管脚排列
在通常使用中，我们一般采用8位地址码和四位数据码，这是编码电路PT2262和解码PT2272的第1-8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：
悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只需要将PT2262和PT2272的1-8号脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地，第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地，第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1-D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。
表3-1|PT2262管脚说明
管脚名
I/O
说明
管脚编号
A0～A5
I
地址0～5：
这六个三态输入端的输入状态决定编码波形的第0～5位。
可被设为“0”、“1”或“f”（悬空）。
1～6
A6/D5～A11/D0
I
地址6～11/数据5～0：
这六个三态输入端的输入状态确定编码波形的第6～11位。
当做为地址端使用时，可被设“0”、“1”或“f”（浮空）。
做为数据端时,它们只能是“0”或“1”。
7～8
10～13
TE
I
输出使能：
“0”有效。
为“0”时2262将编码波形由DOUT输出。
14
OSC1
I
振荡器端
在这两脚之间连接一个电阻，此电阻决定2262的主频。
15
OSC2
O
振荡器端
16
DOUT
O
数据输出：
编码后的波形从此管脚串行输出。
TE_为高电平时，DOUT输出低电平。
17
VCC
--
电源
18
GND
--
地
9
当TE＿置“0”时，2262将从A0～A5和A6/D5～A11/D0管脚输入的“地址/数据”转换为专用的波形由DOUT输出。
DOUT输出提供给RF调制器或IR转换器，然后用无线电波或红外线将“地址/数据”信息发射出去。
发射的无线电波或红外线被RF解调器或IR接收器接收并恢复为原波形。
然后，2272对波形译码。
如果地址正确，就将其中的数据由相应管脚输出。
至此，完成了一次编解码。
RF操作代码位
代码位是编码波形的基本成分。
分为AD（地址/数据）位和SYNC（同步）位两种。
地址/数据（AD）位波形
一个AD位能被设置为“0”、“1”或“f”，分别对应“低电平”、“高电平”和“浮空”状态。
一位波形由2个脉冲周期组成。
每个脉冲周期持续时间为16个OSC（主频）周期。
参见图3-4：
图3-4地址/数据（AD）位波形
由上面我们可以看到，每一位码位都是从低电平开始到高电平，到低电平，再到高电平。
地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。
同步（Sync.）位波形
同步位波形是宽度为1/8位（4个主频周期）、持续时间为4位（128个主频周期）的正脉冲。
参见图3-5：
图3-5同步（Sync.）位波形
代码字
一组代码位称为代码字。
一个代码字由12个AD位，跟一个同步位组成。
12个AD位由对应的A0～A5、A6/D5～A11/D0管脚的输入决定。
当2262的A0～A5、A6/D5～A11/D0管脚中的某些被作为数据使用时，地址位将相应减少。
2262/2272最多可有12个地址位，包括6个地址/数据位。
一个完全的代码字
A0A1A2A3A4A5A6/D5A7/D4A8/D3A9/D2A10/D1A11/D0同步位
最先发送的是A0，且代码位A0～A5、A6/D5～A11/D0被管脚A0～A5、A6/D5～A11/D0的输入状态决定。
代码帧
代码帧（图3-6）由四个连续的代码字组成。
当TE_管脚出现“负脉冲”后，DOUT管脚输出代码帧。
代码帧传输结束时，如果TE＿仍为低电平，2262接着输出另一个代码帧。
图3-6代码帧
2262每次发射时至少发射4组代码字，2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”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。
单电阻振荡器
2262具有内置振荡器电路，只要在在OSC1和OSC2管脚之间外接一个电阻，就可构成一个精密的振荡器。
为了使2272能够对接收的波形正确解码，2272振荡器的频率必须是2262的2.5～8倍。
日常中，大部分产品都是用2262/1.2M/2272/200K组合的，少量产品用2262/4.7M/2272/820K。
振荡频率f=2*1000*l6／Rosc（kn）kHz其中Rosc为振荡电阻
例如：
取频率f=l0kHz，Rosc=3．3M，
则数据“0”发送的码位为：
发送0
数据“1”发送的码位为：
发送“1”
数据“f”发送的码位为：
发送“f”
3.1.2、解码芯片PT2272芯片原理简介：
图3-7PT2272外形图及管脚排列
PT2272外形图及管脚排列如图3-7所示，管脚说明如表3-2所示。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低电平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，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。
表3-2PT2272管脚说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2
所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
17
有效确认输出端（常低），
有效变成高电平（瞬态）
PT2262/PT2272特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：
2.6-15V，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。
应用范围：
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控等。
3.1.3、无线发射控制电路原理分析
发射电路原理图如图3-1所示，当按下四个键中的任意一个时，由PT2262的17脚输出的编码控制数据加载在F05V产生的高频信号（载波）上，经F05V调制处理后，通过F05V内藏天线发射出去。
每当按下一键，就会发射一次信号，发光二极管就会量一次。
3.2、单片机主控电路
3.2.1、主要元器件介绍
单片机主控电路的主要元件是AT89C51，其外型如图3-8：
图3-8AT89C51引脚图
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
管脚说明如下：
VCC：
供电电压。
VSS：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高祖输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，他可以被定义为数据/地址的低八位。
在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0口输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在Flash编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出4TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4TTL的门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（TTL）这是由于上拉的缘故。
P3口还可以作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
引脚
功能
引脚
功能
P3.0/RXD
串行输入口
P3.4/T0
计数/定时器0
P3.1/TXD
穿行输出口
P3.5/T1
技术/定时器1
P3.2//INT0
外部中断0
P3.6//WR
外部数据存储器写选通
P3.3//INT1
外部中断1
P3.7//RD
外部数据存储器读选通
P3口同时为闪烁编程和编程检验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在Flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可作用对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然后要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。
另外，该引脚被忽略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在外部程序存储器取址期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序寄存器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内访问内部程序寄存器。
在Flash编程期间，此引脚也用于施加12V的编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL1：
来自反向振荡器的输出。
本设计采用74LS47驱动共阳数码管，且只有一个继电器模拟受控电路。
3.2.2、控制电路原理分析
无线遥控接收控制电路原理图如图3-2所示。
J05V通过内藏天线接收到F05V发射的编码指令信号后，先是微弱的编码指令信号经接收机高频部分选择和放大，再送至解调器对其进行解码处理，当其编码指令信息与PT2262所设定数据一致时，PT2272相应的数据输出端和17脚输出高电平，与PT2272的17端相连的发光二极管亮，显示解码成功。
单片机根据P1.0至P1.3的电平变化，经过内部处理后输出对应的电平，从而驱动数码管显示对应的数字，控制继电器吸合和断开，进而实现对受控电路的控制。
3.3、电源电路设计
集成稳压器是将直流稳压电路的调整管、稳压管、比较放大器和多种保护电路集成到一块芯片上的单片集成稳压电源。
它具有体积小、可靠性高、使用简单安全等特点。
而三端集成稳压器又是集成稳压器最常用的一种。
7805是固定式三端集成稳压器，其输出为+5v。
它输出最大电流可达1A（需加散热片）。
温度范围为0°C～125°C。
7805是由它只有三个外部接线端子，即输入端、输出端和公共端（输出脚VO，输入脚Vi和接地脚GND）组成。
三端固定式集成稳压器有正稳压器78XXX系列和负稳压器79XXX系列。
78L05输出额定电压为5V，最大输出电流为100mA。
78系列与79系列的输出引脚号不同，在使用时应特别注意。
电路中C1为主滤波电容，对额定输出电流100mA，500mA，1.5A的稳压电路，C1最好分别用220µF、1000µF、2200µF以上，以取得良好的滤波效果，C2、C3在印制板上要尽可能靠近集成稳压器的输入输出端以消除可能产生的高频自激振荡。
它们的输入电压至少比输出的额定电压大3V以上，才能有良好的稳定电压输出，但两者差别太大，集成稳压器上的管耗大，发热量也大。
7805三端稳压器构成稳压源电路原理图如图3-9。
图3-9电源电路设计原理图
四、软件设计
4.1、程序流程图
主程序负责初始化和其他子程序的调用。
子程序包括一下几个部分：
查询P1口，数码管显示和控制继电器吸合通断。
本次设计全部的软件都是用汇编语言编写的。
初始情况下，继电器断开，数码管不显示，例如当A键按下时，PT2272将信号解码后，相应管脚10输出为高电平，经单片机内部程序处理后使相应端P2.0输出高电平，继电器吸合，同时数码管显示A。
当再次按下A后，数码管不显示，继电器断开。
而当数码管显示A时，此时若按下其它键，数码管会显示对应的字母或不显示，而相应继电器会吸合或断开。
程序流程图如图4-1所示。
图4-1程序流程图
4.2汇编程序设计（详见附录二）。
结束语
本设计主要体现了单片机在无线收发控制方面的应用。
通过这次设计使我在各个方面都有了很大的提高。
首先，在设计中使我感到一些细节问题是非常重要的，比如对一些参数的选择，过大不行，太小也不行。
必须根据实际需要进行选择。
而在含有数码管显示的系统中，如何选择也是很重要的，若是含有数码管多个，用到的口线较多，则需要采用串行输出，可以节省口线，而若是只有一个数码管，采用并行转换的方式也可以。
总之，通过这次设计，我学到了很多的知识，同时也找到了一些问题。
这将为我以后的学习起到很大的帮助。
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