(SRT)項目研究報告書

1、大學(xué)生研究訓(xùn)練（SRT）計劃項目研究報告書項目名稱： 改進教室照明系統(tǒng)的遙控裝置研究 完 成 人： 學(xué)院（中心）： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級：光信息科學(xué)與技術(shù) 物理學(xué) 光電顯示 指導(dǎo)教師: 職稱 起止年月： 2012 年 04 月至 2013 年 04 月 填寫日期：2013年04月 8 日研究報告一、項目名稱：改進教室照明系統(tǒng)的遙控裝置研究二、實驗設(shè)計： 1、系統(tǒng)設(shè)計綜述 本實驗研究通過本組成員與李淑娟導(dǎo)師的仔細研究討論，確定了一個清晰的實驗思路。我們將實驗劃分成為三部分。第一：自學(xué)單片機匯編語言及keil軟件，編制并調(diào)試遙控器發(fā)射特定信號的程序段，以確保能夠?qū)b控器進行準(zhǔn)確編程，保證遙

2、控裝置與照明系統(tǒng)的信息交換；第二：自主學(xué)習(xí)Protel軟件掌握基本的電路圖制版原理，以達到將各種實現(xiàn)系統(tǒng)需要的電子組件進行連接組合的目的。第三：系統(tǒng)的組裝及實驗。2、無線遙控遙控器介紹無線遙控器（Wirelss Remote Control）從字面上解釋就是一種用來控制遠程機器的裝置。主要由集成電路和用來產(chǎn)生不同控制信息按鍵所組成。隨著無線電技術(shù)的不斷進步，無線電分為很多種類，常見的有兩種：一種是紅外遙控；另一種是無線電遙控。兩者都具有不同的優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。3、設(shè)計任務(wù)設(shè)計要求設(shè)計實現(xiàn)無線遙控分別控制2盞照明燈，對室內(nèi)范圍內(nèi)的受控照明燈進行無線遙控控制和手動控制相結(jié)合，遙控距離5m以

3、上，本設(shè)計不光可以控制家用照明燈;也可以對辦公室，商場，酒店，倉庫的燈具照明控制，還可以隔墻實現(xiàn)遙控，在臥室可以遙控客廳的燈具。參考數(shù)據(jù)：遙控通道2通道以上； 遙控距離5m以上； 受控對象：燈具。4、方案設(shè)定與分析首先，要做無線遙控照明燈的控制器就需要無線遙控的發(fā)射與接收，對此設(shè)定了兩種方案 A 利用紅外線遙控 B 利用無線電遙控。4.1方案A ( 采用紅外遙控器)4.1.1 紅外線定義紅外線是太陽光線中許多不可見光中的一種，1800年發(fā)現(xiàn)由德國科學(xué)家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn).“紅外”指在紅光的外面光線。具體來說，紅外線發(fā)射部分的主要元器件為紅外發(fā)光二極管。由于內(nèi)部的材料不同于普通發(fā)光二極管，因

4、而在其兩端加上工作電壓便能發(fā)出不可見的紅外線。到目前為止大量使用紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940*10-7左右，外形和普通二極管相似，顏色不同。4.1.2 紅外發(fā)射元件紅外光發(fā)射元件一般指半導(dǎo)體紅外發(fā)光二極管，因為發(fā)射紅外光，又稱之為紅外線，現(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。 其管芯材料主要有GaAs和GaAIAs 兩種材料。工藝摻雜等原因而得到不同峰值波長的紅外發(fā)光管。如圖1：a)外形封裝，b )符號4.1.3 紅外接收器件紅外線接收器件是將光（紅外）信號轉(zhuǎn)變成電信號的半導(dǎo)體器件，常見用pin硅光電二極管，核心部件是一個特殊材料的PN結(jié)，比普通光電二極管，光電三極管（光電三極管分為兩種是NPN型

5、和PNP型。）管相應(yīng)速度快，靈敏度高。比GaAs或GaAIAs紅外二極管抗干擾能力強。如圖2是光電二極管。4.1.4 紅外線特點不干擾其他電器設(shè)備，由于不能穿墻；所以不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生干擾。其傳輸距離短（<10米）。4.1.5 紅外線的應(yīng)用其廣泛應(yīng)用于彩色電視機、VCD/DVD、空調(diào)等家用電器中。而且發(fā)展越來越廣。4.1.6 組成方框圖 圖3 發(fā)射電路組成框圖 圖4 接收電路組成框圖4.1方案B(采用無線電遙控)無線電遙控器是利用無線電信號對遠方的受控對象進行控制的遙控設(shè)備。這些信號被遠方的接收設(shè)備接收后，可以驅(qū)動其它各種相應(yīng)的電子設(shè)備或者機械動作，去完成各種

6、操作。 圖5 發(fā)射機4.2.1 發(fā)射部分由遙控器與發(fā)射模塊組成，遙控器和發(fā)射模塊對于應(yīng)用方式來說的，遙控器可以當(dāng)一個整體獨立使用，對外引出接線柱；而發(fā)射模塊在電路中可以看成元件使用根據(jù)引腳定義進行應(yīng)用。 圖6 接收機 4.2.2 接收部分 有超外差和超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱為超再生檢波電路。工作在間歇性振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差解調(diào)電路和超外差式調(diào)幅收音機差不多，在超外差式調(diào)幅收音機的變頻器電路中有一個本機振蕩器，它的本機振蕩頻率可以隨著外界輸入的高頻信號頻率的變化而同步變化，并且超過外界輸入的高頻信號頻率的差額總是465khz，即“超外差”額是中頻。超外差式的接收器靈敏度高、

7、穩(wěn)定性好、抗干擾能力也相對較好；超再生式的接收器體積小、成本低。無線電遙控常用的載波頻率是315Mhz(我國)或433Mhz（歐美國家），遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在此頻段內(nèi)發(fā)射功率小于10mW、有效范圍100m之內(nèi)。在此頻段內(nèi)不必經(jīng)過“國家無線電管理委員會”申請可以自由使用。4.2.3紅外遙控器與無線電遙控器的區(qū)別紅外遙控和無線電是對不同的載波來說的，前者是用紅外線來傳輸控制信號的，特點是有方向性、不能有阻擋、距離短（<8m）、電磁干擾沒有。后者是用無線電波來傳輸控制信號的，特點是無方向行、可以不用“面對面”控制、距離遠（有幾十米到幾千米不等）、受電磁很嚴重。在需要穿透或者無方

8、向性控制領(lǐng)域使用較多，比如工業(yè)控制等等，使用無線電遙控輕而易舉的解決，基于本課程在家庭中用需要穿墻，故選擇無線電遙控。 4.2.4 無線電遙控的發(fā)展及應(yīng)用無線電遙控技術(shù)的發(fā)展歷程不算長，上個世紀20年代才出現(xiàn)無線電的雛形。二次世界大戰(zhàn)之后，無線電遙控技術(shù)發(fā)展迅猛，并逐漸在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)今新型大規(guī)模遙控集成電路的出現(xiàn)，迅速推動遙控技術(shù)的發(fā)展。遙控裝置的核心由早期的分立元件、集成電路發(fā)展現(xiàn)在的單片微型計算機，人性化程度上有了很大的提高。在諸如工業(yè)生產(chǎn)控制、遙控爆破和一些人難接近或者不能的場合中，更顯魅力和便捷。在日常生活中也占主導(dǎo)地位，在電動車、汽車的防盜系統(tǒng)中、在兒童玩

9、具中等等無線電遙控獲得更加廣泛的應(yīng)。 4.2.5無線電遙控影響距離因素1) 發(fā)射功率：功率大距離遠，耗電大，受外界干擾能力弱；2) 接收靈敏度：誤動作或失控；3) 天線：天線（可拉伸）越長遙控距離越遠，占據(jù)空間大；天線 越高，遙控距離也更遠受客觀條件限制；4) 阻擋：可以穿墻壁，但遙控距離將降低；5、無線電工作原理接收機由高頻解調(diào)電路和譯碼電路組成的。由接收天線送來弱信號經(jīng)過高頻電路放大后，送到解調(diào)器。解調(diào)器的作用就是從載波信號還原指令信號。又因為取下的指令信號是混合在一塊的，所以還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的作用是把取下的信號進行分類，然后再送到相應(yīng)的執(zhí)行放大電路中。執(zhí)行放大電路的作用是把

10、取下的指令信號放大到一定的功率以足以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)就是將電能轉(zhuǎn)變成機械動作；如電磁繼電器、電機帶動被控對象實現(xiàn)目地控制。 5.1 電磁繼電器工作原理繼電器是利用電轉(zhuǎn)化為磁的方式來實現(xiàn)的，它是用過電產(chǎn)生磁來拖動動觸點銜鐵來實現(xiàn)電路的通斷。實際上電磁繼電器可以看成高級一點的單刀雙擲開關(guān)。 圖7 繼電器 5.2 電磁繼電器的結(jié)構(gòu)及組成1)繼電器由電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點組成。2)電磁鐵:通電時產(chǎn)生磁，吸引銜鐵3)銜鐵：讓電磁鐵磁性帶動動作，帶動動觸點上下運動4)彈簧：電磁鐵無磁時，帶動銜鐵脫離電磁鐵5)觸點：有3個觸點兩個靜觸點一個連接銜鐵的動觸點 5.3 電磁繼電器的作用利用電磁繼電器可以

11、實現(xiàn)用小電壓、小電流控制大電壓、大電流的電路，使人更安全的操作。5.4 CC4013介紹CC4013是正邊沿雙D(兩個)集成觸發(fā)器。且它們相互獨立，而且是相同的。每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)、復(fù)位、置位、時鐘輸入Q和Q輸出。在時鐘正邊沿觸發(fā)時，加在D輸入端的邏輯電平傳到輸出端Q。復(fù)位、置位和時鐘沒有關(guān)系，分別由復(fù)位和置位上的正邊沿完成。其中一個D觸發(fā)器可以構(gòu)成多路控制開關(guān)電路。礙于本課件的要求兩個CC4013（雙D）才能符合要求。 圖8 CC4013 引腳 真值表設(shè)電路初始狀態(tài)在復(fù)位后狀態(tài)，CC4013有兩個觸發(fā)器IC1和IC2,以IC1（IC2和IC1一樣）為例。Q1為低電平。當(dāng)信號輸入時，在第一個時鐘

12、脈沖的正邊沿作用下，觸發(fā)器IC1出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)一個脈沖下跳時，IC1再次翻轉(zhuǎn)；使Q1取得一個完整的周期輸出。一個觸發(fā)脈沖翻轉(zhuǎn)一次（改變一次狀態(tài)）。5.5 電路工作原理本電路是采用315MHZ（我國常用）無線遙控模塊及一些外圍元件構(gòu)成，組裝的遙控照明燈電路，可對四路照明燈進行控制。而且用到繼電器可以隔離高壓高流，利用繼電器電磁作用對觸點產(chǎn)生作用去控制照明燈。本電路中遙控高頻部分就不再介紹了。電路中采用數(shù)字電路中CC4013觸發(fā)器，輸出端 與輸入端Dn相連，接成具有技術(shù)功能的觸發(fā)器，另一個輸入端接三極管，控制三極管的導(dǎo)通（開）和截止（關(guān)），進而控制繼電器工作。此電路還有工作指示燈，圖上沒有畫出來

13、。有了工作指示燈更便于操作；很是方便?？聪鹿ぷ髦甘緹艟椭勒彰鳠粲袥]有工作。5.6 手動控制 將采用每個CP接兩個并聯(lián)自復(fù)位開關(guān)（4個CP接8個）。每一個CP上面的兩個開關(guān)可以控制照明燈的打開和關(guān)閉。就是兩個開關(guān)控制一個照明燈。5.7 遙控控制在手動控制的輸出接的繼電器和遙控輸出接的繼電器并聯(lián)，利用兩組繼電器的通斷(把兩個繼電器看成兩個用電控制單刀雙擲的開關(guān))從而也實現(xiàn)手動和遙控兩種方法控制控制一個照明燈。 圖9 一路工作圖 5.8 原理當(dāng)手動控制和遙控控制都沒工作時，K1,K2都打在上面位置；照明燈開始在220交流點的作用下開始發(fā)光?，F(xiàn)在如果手動控制或遙控任意一組工作時工作時照明燈不發(fā)光。其

14、實也就是把繼電器看成高級一點的一刀雙擲開關(guān)（用電控制），此電路就是兩個開關(guān)控制一個照明燈。 圖10 原理圖6.單片機編程通過學(xué)習(xí)單片機相關(guān)知識，分析該系統(tǒng)需要根據(jù)遙控器發(fā)射不同的信號給燈座，從而控制燈的電位進而實現(xiàn)對燈亮度的調(diào)節(jié)，結(jié)合單片機特點，以及為了控制簡便，編制出相應(yīng)程序。每一個單片機有6個按鍵輸入，其中1鍵為開按鍵，2鍵為關(guān)按鍵，3、4、5、6按鍵通過不同的開關(guān)狀態(tài)組合成16種不同的輸入，實現(xiàn)16種不同信號，繼而使得燈按照16種不同電位工作。附單片機程序：#include#include/-void sysint(void);/-main(void)uint32_t i;/* Enab

15、le AHB clock to the GPIO domain. */LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<6);/* Set up NVIC when I/O pins are configured as external interrupts. */NVIC_EnableIRQ(EINT0_IRQn);NVIC_EnableIRQ(EINT1_IRQn);NVIC_EnableIRQ(EINT2_IRQn);NVIC_EnableIRQ(EINT3_IRQn);LPC_GPIO0->DIR=0xFF;while(1)LPC_GPIO0-&

16、gt;DATA=LPC_GPIO0->DATA;i=300000;while(i-);/-void sysint (void)/ uint32_t i;#ifdef _DEBUG_RAMLPC_SYSCON->SYSMEMREMAP = 0x1; /* remap to internal RAM */#else#ifdef _DEBUG_FLASHLPC_SYSCON->SYSMEMREMAP = 0x2; /* remap to internal flash */#endif#endif#if (CLOCK_SETUP) /* Clock Setup */* bit 0 d

17、efault is crystal bypass,bit1 0=020Mhz crystal input, 1=1550Mhz crystal input. */LPC_SYSCON->SYSOSCCTRL = 0x00;/* main system OSC run is cleared, bit 5 in PDRUNCFG register */LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= (0x1<<5);/* Wait 200us for OSC to be stablized, no statusindication, dummy wait. */for ( i = 0; i < 0x100; i+ );#if (MAIN_PLL_SETUP)Main_PLL_Setup();#endif#endif /* endif CLOCK_SETUP */* System clock to the IOCON needs to be enabled ormost of the I/O related peripherals won't work. */LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<16);return;7、研究結(jié)果本照明系統(tǒng)基本能夠完成各項指