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畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 開 題 報(bào) 告 課 題 名 稱 多用途智能遙控開關(guān)設(shè)計(jì) 院　 系 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 電子信息工程0902班 姓　 名　 白映楊 評(píng) 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(bào)告 學(xué) 生 姓 名 白映楊 學(xué) 號(hào) 20091186067 專業(yè)班級(jí) 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(jì) 1．課題研究的目的和意義 遙控開關(guān)是智能化控制時(shí)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(yùn)用智能開關(guān)，能實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)控制燈光、電器、窗簾、門鎖，享受隨時(shí)隨地的智能家居遙控，使智能與時(shí)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(shí)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(hào)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(hào)對(duì)遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)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(hào)40KHZ的載波形成皆用與非門加外部元件實(shí)現(xiàn)，具有較高的穩(wěn)定性，這部分電路用到了一個(gè)與非門集成電路。 （2）接收器電路又由幾個(gè)部分組成，使用了LM567集成塊實(shí)現(xiàn)了鎖相環(huán)加密功能，用雙穩(wěn)態(tài)電路對(duì)繼電器進(jìn)行控制，利用繼電器的開關(guān)對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)控制。 圖【1-1】總體設(shè)計(jì)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(jī)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(hào)都是頻率較低的電信號(hào)，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上，還要將指令信號(hào)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(jī)有接收電路及譯碼電路組成。由接收天線送來的信號(hào)經(jīng)由接收機(jī)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(hào)，由于卸載的指令信號(hào)是混雜的，所以再送到譯碼電路譯碼，還原指令信號(hào)。 無線電遙控是利用無線電信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(hào)都是頻率較低的電信號(hào)，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上，還要將指令信號(hào)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(jī)有接收電路及譯碼電路組成。由接收天線送來的信號(hào)經(jīng)由接收機(jī)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(hào)，由于卸載的指令信號(hào)是混雜的，所以再送到譯碼電路譯碼，還原指令信號(hào)。 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(jī)設(shè)計(jì)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(chǎng)合，并可實(shí)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(huì)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(jìn)行多路遙控。相對(duì)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(qiáng)和易于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種處理等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)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(hào)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(jì)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(hào)，并解調(diào)出控制家用電器開關(guān)的信號(hào)的控制開關(guān)動(dòng)作。 （5）整個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)的2.4 GHz擴(kuò)頻技術(shù)，從理論上講可以讓上百人在同一場(chǎng)地同時(shí)遙控自己的模型而不會(huì)相互干擾．而且在遙控距離方面也頗具優(yōu)勢(shì)，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(dá)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(kuò)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(gè)部分：增強(qiáng)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(gè)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(jìn)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(duì)任何無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高強(qiáng)度的加密，確保無線數(shù)據(jù)的安全，特別滿足RFID對(duì)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(shí)為12.3mA，該特性為設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)： （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(dòng)應(yīng)答及自動(dòng)重發(fā)功能 （6） 地址及CRC 檢驗(yàn)功能及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(qiáng),特別適合工業(yè)控制場(chǎng) 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(gè)可選工作頻道,滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 （11） 支持無線喚醒,很短的頻道切換時(shí)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(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋F24D的傳輸速率可達(dá)到1Mbps,並具有快速跳頻校驗(yàn)等功能，可在擁擠的ISM 頻段中達(dá)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(diǎn)： （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(cuò)，校驗(yàn)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(shí)現(xiàn) （1）采用51系列單片機(jī)（AT89S51）進(jìn)行軟件編程完成信號(hào)的編碼譯碼工作以實(shí)現(xiàn)多路遙控。 （2）采用無線遙控器編碼／譯碼芯片完成信號(hào)的編碼譯碼工作以實(shí)現(xiàn)多路遙控。如：EV1527,PT2262,PT2294-M4,PT2264等。 雖然實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的方法很多，但我覺得使用JF24C無線收發(fā)模塊和單片機(jī)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(jī)連接。它支持SPI標(biāo)準(zhǔn)格式(CKPHA=0)。 圖【3-1】單片機(jī)與JF24D端口連接 表【3-2】單片機(jī) JF24D端口連接 說明：JF24C可以和各種單片機(jī)配套，對(duì)于硬件上沒有SPI的單片機(jī)可以用IO口或者串口模擬SPI。與51系列單片機(jī)配套時(shí)在P0口加一個(gè)10K的上拉電阻，其余IO口可以和JF24C直接相連。單片機(jī)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(huì)損壞器件。 4．實(shí)施計(jì)劃 第七學(xué)期： 第 8 周: 選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。完成指導(dǎo)教師和畢業(yè)設(shè)計(jì)課題確定。 第 9-12 周：完成開題報(bào)告和外文翻譯。 第 12 周: 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的開題答辯。 第13-20周：根據(jù)擬定的課題實(shí)施方案，進(jìn)行深入研究，基本完成畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件或軟件設(shè)計(jì)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(jì)、系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等相關(guān)方面進(jìn)行深入研究。 第八學(xué)期： 第 1-5 周：繼續(xù)完成論文設(shè)計(jì)。 第 6- 9周：向指導(dǎo)教師提交畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文初稿，根據(jù)指導(dǎo)意見對(duì)初稿進(jìn)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(xiàn)： [1] 陳永甫.實(shí)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(jìng)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(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì).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