1、毕业论文 文客久久 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 无线 AP 信号自动跟踪器设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 文客久久 无线 AP 信号自动跟踪器设计 摘要 无线 AP（ Access Point）即无线接入点，它是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心。 无线 AP 被应用在世界的每一个角落，对于信号接收强弱的调整，已经有了很多的方案。本文想通过一个无线 AP 信号发射器，一个无线 AP 信号接收器，单片机，步进电机和液晶显示来设计一 个无线 AP 信号自动跟踪器，它能实时调整接收机的信号，使接收机的接收信号一直
2、保持在最佳的状态，该设计主要用于海上，由于海上不良因素较多，所以接收机必须时刻调整角度，使接收信号保持最佳状态。 本设计是利用单片机来控制的，控制器件用的是步进电机，显示器也是市场上最普遍的液晶显示器，单片机选用大家比较熟悉的 AT89C51，该单片机的操作比较简单，价格也很便宜。为了提高接收信号调整的精确度，步进电机的控制方式选用 1-2 相励磁方式。液晶显示器的型号为 1602，该显示器比较容易控制，而且很实惠，总体来说，整个设计价格便宜 ，操作也比较方便。 本设计采用 C 语言进行编程， C 语言比较简单，而且大家都比较熟悉，便于理解。信号强度采集本文采用的是查询方式，一旦采集到接收信号
3、不是满格，单片机就控制步进电机正反转，是接收信号强度为满格。信号强度可以从液晶显示器上得知，接收信号强度采集一次，液晶显示就更新一次。为了提高本设计的精确度，接收信号强度采集的频率要高，液晶显示也要实时跟新显示。 【关键字】： AP 信号，步进电机，液晶显示器，单片机 毕业论文 文客久久 Abstract Wireless AP (Access Point), wireless access point, it is the wireless switch for wireless network, is alse the core of wireless network. The wirel
4、ess AP is applied in every corner of the world, for the signal reception strength of the adjustment which has been a lot of programs. via a wireless AP signal transmitor, a wireless AP signal receiver, microcontroller, stepper motor and LCD to design a wireless AP signal automatically tracker, it ca
5、n adjust the receiver of the signal in real time, so that the received signal of the receiver has been kept in the best condition, the design is mainly used for sea,because of the sea adverse factors, the receiver must always adjust the angle, so that the received signal to maintain the best conditi
6、on. This design uses a microcontroller to control, the control device is a stepper motor, the display is also the most common liquid crystal display, microcontroller use AT89C51, we are more familiar with the operation of the microcontroller which is relatively simple, the price is very cheap. In or
7、der to improve the accuracy of the received signal to adjust ,the stepper motor control mode selects 1-2 phase excitation mode. Model of the liquid crystal display 1602, the display easier to control, is also very affordable, in general, the entire design is cheaper and more convenient operation. Th
8、is design uses the C programming language, C language is relatively simple, but we are more familiar, easy to understand. The signal strength acquisition used in this paper is the query, once collected the received signal is not a full grid, the microcontroller to control the stepper motor is the re
9、ceived signal strength for the full grid. The signal strength can be learned from the liquid crystal display, the received signal strength acquisition time, the LCD is updated once. In order to improve the accuracy of the design, to receive the frequency of the signal strength acquisition, the LCD a
10、lso real-time display with the new. 【 keywords】 : AP signal, stepper motor, LCD monitors, SCM 毕业论文 文客久久 目录 第一章 设计的背景和意义 . 1 1.1 设计背景 . 1 1.2 设计意义 . 1 第二章 设计方案论证 . 1 2.1 AP 的信号采集与校正方案 . 1 2.2 微处理器的选择 . 2 2.3 随动系统的选择方案 . 3 2.4 电动机驱动芯片的选择 . 3 2.5 跟踪算法选择 . 3 2.6 液晶显示器的选择 . 3 第三章 系统硬件设计 . 4 3.1 系统整体硬件电路
11、. 4 3.2 单片机控制系统 . 4 3.2.1 AT89C51 引 脚分布图和管脚说明 . 4 3.2.2 AT89C51 单片机电源电路 . 6 3.2.3 AT89C51 单片机复位电路 . 7 3.2.4 AT89C51 单片机时钟电路 . 7 3.3 无线 AP 的信号检测电路技术 . 8 3.4 步进电机及其驱动 . 8 3.4.1 步进电机的特性 . 8 3.4.2 步进电机的工作原理 . 9 3.4.3 步进电机的励磁方式 . 9 3.5 步进电机的驱动芯片及其与单片机的接口 . 10 3.6 LCD 显示及其连接 . 11 第四章 软件设计 . 12 4.1 程序整体流程
12、. 12 4.2 信号采集软件设计 . 12 毕业论文 文客久久 4.3 步进电机控制软件设计 . 13 4.4 LCD 显示程序设计 . 14 4.4.1 基本操作时序 . 14 4.4.2 RAM 地址映射图 . 14 4.4.3 指令说明 . 14 4.4.4 操作时序图 . 16 4.5 1602 液晶显示流程图 . 17 第五章 系统仿真 . 18 5.1 KEIL软件简介 . 18 5.2 PROTEUS简介 . 20 5.2.1 Proteus 功能特点 . 20 5.2.2 Proteus 功能模块 . 21 5.2.3 Proteus 的仿真应用 . 21 5.3 无线 AP
13、 的信号自动跟踪系统的 PROTEUS的仿真 . 22 5.3.1 Proteus 的仿真原理图 . 22 5.3.2 Proteus 的仿真的结果 . 23 小结 . 25 致谢 . 25 【参考文献】 . 26 附录一：部分源程序 . 27 附表二：总硬件电路图 . 39 毕业论文 文客久久 第一章 设计的背景和意义 1.1 设计背景 无线 AP 信号是相当便利的数据传输系统，它利用射频技术取代铜线所构成的有线网络，能够利用简单的存取 架构，使用户透过它可以达到“信息随身化，便利走天下”的境界 无线 AP 的初步应用，可以追溯到二次世界大战期间，美国陆军采用无线电信号进行资料的传输。在中国
14、几乎所有的局域网络（ LAN）都还是有线的架构，但近年来无线局域网的应用日益增加，而且相关的技术也一直在进步。事实上在很多的企业中，通过电话线接入网络来构建信息系统已经凸现其局限性，越来越多的企业认识到了这一点，并且开始借助无线技术来解决这个问题，所以新一代无线电子商务的发展趋势。 1.2 设计意义 无线 AP 信号在海上传输是未来的一种发展趋势，所以对无线 AP 信号接收技术将会成为一种热门技术。 远距离的无线 AP 一般功率较大，采用的天线都有一定的指向角，且随着功率的增加指向角随之减少。在陆地上一对无线 AP 使接收机接收信号最强时，使它们天线方向固定后不会改变，而 在海上无线 AP 接
15、收机的天线方向不像陆地那样一成不变，由于海风和 潮汐等因素的影响，接收机的方向会有所改变，使之接收信号减弱，甚至根本无法接收到信号，为了能接收强的信号，接收机天线的方向必须得做出 实时 调整，本 设计 就是为了完成上述的任务，设计一个无线 AP 信号自动跟踪器，它可以实时地根据接收机的信号强弱来做出调整，使接收机收到的信号保持着较强的信号， 以保证传输信息的畅通。 第二章 设计方案论证 2.1 AP 的信号采集与校正方案 为了实现对无线 AP 信号自动跟踪器的设计，即利用单片机来控制步进电机，使 AP 信号接收机随着步进电机的转动而转动，而信号强度可以实时的显示在液晶显示器上，当信号强度不是最
16、佳的状态时，单片机会控制步进电机，使它正反转，而步进电机的转动会带动无线AP 信号接收机的转动，最终找到一个接收信号最强的指向，液晶显示器上也会显示满格信号。在本设计中，一般情况下，液晶显示器上显示的信号强度应该是满格的，一旦液晶显 示的信号不是满格时，就会促使单片机控制电机，进行校正。而无线 AP 信号的采集，本文采用的是光敏电阻，由于无线 AP 信号接收机上面有 4 个 LED 灯， LED 灯亮的个数代表着接收机接收信号的强度。为了控制方便，用光敏电阻来检测 LED 灯是否发光，一旦 LED 灯发光了，光敏电阻的阻值就会发生变化，光敏电阻的阻值变化可以促使流过它的电流发生变化，电流改变了
17、，光敏电阻的端电压也会发生变化。从而可以利用光敏电阻端电压的变化来检测接收机接收信号的强弱。所以本设计的具体设计框图如下图 2.1 所示： 毕业论文 文客久久 图 2.1 总体设计框图 由上图可以看出：本设计的框图包括：无线 AP 信号接收器，无线 AP 信号发射器，步进电机，单片机， LCD 液晶显示信号强度。其中步进电机控制 AP 信号接收器，而单片机为控制核心，它控制步进电机，最终实现对无线 AP 信号接收器的控制，完成无线 AP 信号自动跟踪。而 1602 液晶显示器用来显示接收信号的强弱程度，有了液晶显示，操作者就不用看 LED 灯亮的个数来判断 AP 接收机接收信号的强度，可以方便
18、地从液晶显示屏上看出来。整个流程图的控制流程为：首先，单片机实时的检测接收机接收信号 的强弱，然后，单片机控制液晶显示器和步进电机，使液晶显示器能实时的，准确的显示接收信号强弱程度，使步进电机能精确的调整接收机信号，最后，使接收信号能一直保持着最佳状态，液晶显示上面现实的接收信号为满格。 2.2 微处理器的选择 近年来，随着科学技术的发展，微型计算机技术日益发展，已经在许多领域得到了广泛的应用。随着集成电路工艺的发展，出现了单片机、 DSP,ARM等多种单片机。 DSP：它从 16位32位，内部采用哈佛结构，特别适合数据处理。其中 16位 DSP适合中高级工控到简单语音 /图片（不含视频）处理
19、；其中 32位 DSP适合复杂语音 /图片 /视频处理。 ARM：是 32位单片机，由于结构和计算速度的原因，目前适合做事务处理或者中低端应用，从中高级工控到简单语音 /图片（不含视频）处理。 AT89C51是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 A
20、T89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 51单片机虽然和 DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次 实验 的要求，所以我们采用 AT89C51这款单片机。 AP信号发射 单片机 步进电机 AP信号接收 无线 AP 信号传输 1602 显示信号强度 毕业论文 文客久久 2.3 随动系统的选择方案 由于直流电机的转速很快，而且不能实时控制其停止，即使停止了，要想保持停止状态，需要给电机上电，因为直流电机在断电的情况下，轻轻碰下，它也会转动的。而步进电机转速可以控制，而且可以方便地控 制它，使它
21、正反转，并且能实时地控制其是否停止，一旦停止了，如果不给它上电，它是不会转动的。步进电机的上述原理很适合本设计的要求，所以本设计选择的是步进电机。 4 相步进电机的励磁方式有 3 种，可以根据设计时所需的精确度来选择步进电机的励磁方式。本设计对精确度要求比较高，可以利用 1-2 相励磁方式，在该方式下，步进电机的转角比较小，可以满足本设计的要求。 2.4 电动机驱动芯片的选择 在自动化密集的的场合会有很多被控元件如继电器，微型电机，风机，电磁阀，空调，水处理等元件及设备，这些设备通常由 CPU 所集中控制，由于控 制系统不能直接驱动被控元件，这需要由功率电路来扩展输出电流以满足被控元件的电流，
22、电压。 ULN2XXXX 高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品就属于这类可控大功率器件，由于这类器件功能强、应用范围语广。因此，许多公司都生产高压大电流达林顿晶体管阵列产品，从而形成了各种系列产品。 原理： LN2003 也是一个 7 路反向器电路，即当输入端为高电平时 ULN2003 输出端为低电平，当输入端为低电平时 ULN2003 输出端为高电平，继电器得电吸合。 2.5 跟踪算法选择 由于 本文 所用的只是无线 AP 信号收发，只是简单的收与发，不需 要复杂的控制。为了操作简单，我选用了 Nanostation M5，它有 4 个 LED 灯，可以根据灯亮个数的多少来确定信号的强弱，不需
23、要知道它的内部结构，不像有些无线 AP 信号接收器，它需要了解内部结构，然后从内部结构中引出信号检测端，根据信号输出端来检测接收信号的强度。所以为了能简单的检测接收机接收信号的强弱，本文选用了 Nanostation M5。 本文可以引入 PID 算法，它是自动控制系统设计中最经典应用的一种控制器。它包括了比例，微分，积分 3 种算法。它以其结构简单，稳定性好，工作可靠，调整方便而成为工业控制的 主要方法之一。 2.6 液晶显示器的选择 本文采用的液晶显示比较简单，只需要简单的显示信号强度，所以本文采用 1602 液晶显示器。该液晶显示器内部 RAM 缓冲区有 80 个字节地址，没一行有 40
24、 个字节地址，但液晶显示器上每一行只能显示 16 个字节。该液晶最佳工作电压为 5V。它的引脚比较少，用起来比较方便，外围电路配置简单，而且价格也比较便宜，深受很多单片机爱好者的喜欢。最重要的是它的体积小，而且操作它所用到的指令比较少，很容易理解，操作它也很方便。深受单片机初学者的喜爱。本文为了简单化，就选用了该芯片。 毕业论文 文客久久 第三章 系统硬 件设计 3.1 系统整体硬件电路 图 3.1 原理图 有上图可知，本原理图包括单片机 AT89C51， uln2003A，液晶显示器，电动机，光敏电阻五部分组成，光敏电阻用于检测 AP 的信号接收强度，其中 AP 信号是有型号为 NSM5 的
25、AP 信号发射器发射的，接收机的型号也是 NSM5， AP 接收机与发射机上都有 4 个 LED 灯，在本设计中，我们是通过光敏电阻的阻值变化来采集信号强弱的。信号强弱采集好后，先在液晶显示器上显示信号的强度，然后根据信号的强度，单 片机判断是否要校正，要校正时，单片机控制步进电机来校正，使接收机保持在信号接收最强的角度。 注意：由于单片机引脚不能直接驱动步进电机，所以加了一个驱动元件，可以使单片机能间接的控制步进电机。接收信号强弱是通过电阻与光敏电阻之间的点位来判断的。 3.2 单片机控制系统 3.2.1 AT89C51 引脚分布图和管脚说明 由下 图可知 89C51单片机共有包括 GND,
26、VCC在内的 40个引脚 ， 下面着重介绍几个重要的引脚 ，且本设计中会使用这些引脚。 毕业论文 文客久久 图 3.2 AT89C51 引脚 P0口由一个输出锁存器， 2个三态级输入 缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。驱动电路有上拉场效应管 FETT1和驱动场效应管 FETT2组成。 P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O口，每脚可吸收 8TTL门电流。当 P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1
27、口是一个准双向口，用作 I/O口。 P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1口缓冲器能接收输出 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口作为第八位地址接收。 P2口比 P1口多了一个 MUX开关和转换开关控制部分。 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 4个 TTL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
28、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 的高八位。在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当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口是一个多功能端口。 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 4个 TTL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（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0外部输入） P3.5 T1（记时器 1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
