1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 无线电源控制系统设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 无线电源控制系统具有很强的通用性与实用性。可以省去许多电缆线，不仅可以节省开支，方便施工，提高工程美观度和简化控制过程。被广泛应用 于工农业自动化、国防军事、航空航天、电子电器、计算机技术等多个领域。 本文主要介绍的是以 AT89C2051 单片机为基础的的无线电源控制系统。该系统主要可分硬件和软件两个部分，都是从发射和接收两个角度来阐述。整个实现过程可以主要分为编码、发射、接收、解码及其开关控制 5 个步骤。其中，编
2、码和解码是通过单片机的软件实现。发射模块是由声表面波滤波器 SWAF 和 BG2构成的振荡器组成。接收模块则由 TDQ-3 高频调谐器和双差分同步检波电路组成。开关控制模块则是应用了固态继电器 SSR。该方案经由实践检验后确认可以实现。 本系 统的特点是易控制，成本低，安全可靠，扩展后可适应于汽车、家电、科研、医疗等各种自动化设备。 关键词 ： 无线遥控，控制系统，单片机 AT89C2051，固态继电器 SSR - 2 - Abstract Wireless power control system is highly versatile and practical. It cans usel
3、ess lots of cable, not only save a lot of money, convenient for construction, still can improve the projects aesthetics and simplify control process. It is also widely used in agricultural and industrial automation, defense military, aerospace, electronics, computer technology and other fields. The
4、paper mainly introduces the wireless power control system which is based on the AT89C2051 SCM. This system can be divided into two parts, hardware and software, both of them can be elaborated from transmit and receive two angles. The whole realization process can be divided into five ports: encoding
5、, transmitting receiving, decoding and switch control. Among them, the encoding and decoding is realized through the SCM software. Transmitter module is by filter SWAF and BG2 constitute of the oscillator. Receiving module is made up of high-frequency (TDQ-3) tuner and double differential synchronou
6、s detection circle. Switch control module is applied a solid-state-relay (SSR). This scheme can be achieved via the practice of test. The characteristic of this system is easy to control, low cost safety and reliability. The extension can be adapted to automotive, home appliances scientific research
7、, medical and other automation equipment. Key words: Wireless remote control, Control system, single-chip microcontrollers, solid state relay - 3 - 目 录 1 引言 .1 2 总体设计 .2 2.1主要内容和基本要求 .2 2.2设计思路 .2 3 硬件设计 .4 3.1 无线遥控技术 .4 3.2 天线的设计 .5 3.3无线发射电路 .6 3.3.1编码电路 .6 3.3.2无线发射模块 .7 3.4无线接收电路 .8 3.4.1无线接收电路
8、.8 3.4.2电源电路 .9 3.4.3双差分同步检波电路 .9 3.4.4解码电路 .10 3.4.5驱动电路 . 11 4 软件设计 .12 4.1无线发射模块 .12 4.1.1无线发射的流程图 .12 4.1.2无线发射程序 .13 4.2无线接收模 块 .19 4.2.1无线接收模块流程图 .19 4.2.2无线接收程序 .20 5 系统干扰 .29 6 总结 .30 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .31 - 1 - 1 引言 无线遥控是指实现对被控目标的非接触遥远控制，在工业控制、航天航空、家电领域等都有着广泛的应用。无线遥控和无线传输系统与有线和红外设备相比提高了移
9、动自由度和使用范围。由此，使无线遥控装置和无线传输系统在工业领域应用越来越多。相对于电缆线，它的优点在于安装成本低廉（无需布线、无需电缆槽、不用地下工程等），提高了灵活性并降低了维护成本。 无线遥控采用无线电波或激光束传输主要用于活动的受控对象 1。可以再远离设备操作盘的地方对设备进行操作控制，相当于把设备操作盘的开关移到操作人员手中的操作器上，而且无须使用导线连接。使得操作人员活动范围大大增加，可以近距离观测目标，也可以远离危 险场所。 无线遥控开关是以非接触的方式对电器的开启和关闭进行控制，其控制键和被控制电器之间不需要连线，控制信号以无线电波为载体进行传输 1，距离可以从十几米到数公里。
10、与传统开关相比主要有以下特点： 1、非接触； 2、远距离操控； 3、专人专控； 4、控制及时； 5、温度告警等。此外，它还有很多优点，比如使用方便，遥控器可以随身携带，操控精准，一个人既可以近距离检测目标，又可以远距离控制设备，无操作盲点，提高生产效率，安全可靠。连续信号，系统运行中，发射器与接收器之间始终保持联系，一旦信号中断，接收器立即自动停机，保 证生产安全。 在电子行业中，开关电源被广泛应用在通讯、计算机、自动化、军事、工业、农业等各个领域。如今高精度数字开关电源得到越来越多的关注，同时得到长足的发展，在电子技术日益迅猛发展的今天，电源控制从有线开关控制发展到今天有线与无线结合的控制方
11、式。 根据现代信息社会的发展和人们日益广泛应用的要求，无线电源系统扮演着愈加重要的角色，并满足人们舒适、快节奏的生活需求。 - 2 - 2 总体设计 2.1 主要内容和基本要求 设计并制作一个用无线方式集中控制电源开关的管理系统。 要求如下： 1采用低价格单片机作为下位机的主控芯 片，主要用于数据识别和开关控制； 2采用无线方式传输控制信号，在多个控制台同时发射信号时，接收端仍能可靠的接收到信号； 3调制和解调方式任选，发射和接收频率任选； 4作用距离大于 50cm； 5为避免于干扰其他用电设备，要求发射机的发射功率小于 20mW。 2.2 设计思路 图 2-1 系统原理框图 该系统设计分为硬
12、 件和软件两部分。 1硬件部分分为无线发射器和无线接收器两部分。无线发射器由按键电路、编码电路、无线发射电路组成；无线接收器则由无线接收电路、解码电路、继电器电路、开关电路组成。 图 2-2 (a)无线发射器 图 2-2 (b)无线接收器 发 射 信号编码 接 收 信号解码 发 射 信号编码 接 收 信号解码 按键电路 解码电路 无线接收电路 无线发射电路 编码电路 开关电路 继电器电路 控制信号输入 控 制信号输出 - 3 - 2软件部分也可分为发射和接收两个部分。 发射过程主要是接收计算机的串行数据，将其转换成自定义编码信号，从发射模块发射出去，同时要负责给看门狗加喂狗信号。 接收过程则是
13、接收自定义编码信号，判断是否为本机地址，然后控制继电器动作，接通或断开电源。 - 4 - 3 硬件设计 3.1 无线遥控技术 无线电波的产生：电磁场的忧郁电荷的运动产生的，直流电流产生恒定的电磁场 2，这类电磁场相对于时间来说是不发生变化，因而它不能向外辐射电磁波。交变电流则产生交变磁场，但它可以脱离振源向外辐射传播，这就是电磁波，通常称为无线电波。在不考虑瞬变的情况下，无线电波的变化规律与激励出这种无线电波的电流或者电压变化规律是完全相同的。 自从马可尼成功完成大西洋两岸随意使用电磁波频率后，信号混乱的问题随之产生。于是在 1912 年有了相关的法律，个 人或企业或事业单位是不能随意乱用的，
14、美国的业余无线电活动家只能使用当时还不能进行远距离传输的，频率为1.5MHZ 以上的电磁波频率。后来的业余无线电家们经过长期试验证明，使用短波即使功率很小也能与很远的地方进行通信。所以对于本次的无线电源控制系统，必须选用合适的业余频率，以便可靠地传输信号。 目前国际无线电委员会规定的业余频率的范围有： 1.8MHz 2.00MHz， 3.5MHz 3.9MHz， 700MHz 7.10MHz， 14.00MHz 14.35MHz， 21.00MHz 21.45MHz，28.00MHz 29.70MHz， 50.00MHz 54.00MHz， 144.00MHz 148.00MHz，430.00
15、MHz 440.00MHz， 1260.00MHz 1300.00MHz，特别是 430.00MHz440.00MHz 是无线电活动中使用最频繁的频段。 当电磁波从天线辐射出来，在空间传播，根据不同的传播性质有 3 种途径。一是直射波，就像光线一样直接传给接收天线。这种传播途径所受的衰减小，传播稳定，但距离有限。电磁波的频率越高就越倾向于以直射波传播方式。二是地面波，电磁波贴着地表传播。地面传播只受到地面电 性能和地形的影响，因此地面波的传播最为稳定和可靠。电磁波的频率越低就越倾向于地面传播方式，当频率提高时，地面对电磁波的衰减作用就会增大，使得传输距离减短，特别是在复杂地形中，传输的距离更是
16、被缩短。三是反射波，即电磁波经过地面、建筑物和天空的电离层等反射后传播达到接收天线。对于业余无线电来说，最重要的就是经过电离层反射的短波传输方式。 通过以上比较和分析，本系统最好选择 0.7m 频段（ 430.00MHz 440.00MHz），- 5 - 因为这段频率最好作为短距离通信，干扰小，天线短而且容易制作。具体频率可选 433.92MHz或者 315.00MHz，而且市面上已有相应现成的发射模块，可以省去许多高频设计的难题，给电路设计带来很多的方便。 3.2 天线的设计 本系统具有发射机发射功率小，天线架设条件简单等特点，所以更需要选用适当的天线达到好的通信效果。 天线，是电磁波的换能
17、器件，用以发射和接收电磁波 4，凡是利用电磁波传递信息的，都是依靠天线来进行工作的。高频电流流过任何导体时，导体内部的电子随着高频电流振动，在导体外面空间会感应激发电波。天线也把在空间的电磁波通过感应转换成高频电流，因此，可以说天线是收发互逆的。同一天线作 为发射或接收的基本特性参数是相同的，这就是天线的互易定理 4。 由于电子和磁子振动产生交变磁场和电场。交流磁场和交流电场之间相互转换，形成电磁波，以光速向外辐射。理论上使磁子和电子做高频振动均能产生同样的电磁波，但由于电路本身就是流动着的高速高频电流，因此我们常用的是电天线 即使电子做高频振动产生电磁波。为了使天线的辐射提高，必须使流过天线
18、导体的高频电流要尽可能的强，而当电路处于谐振状态时，电路上流过的电流值达到最大。因此，天线处于谐振状态时，天线的辐射最强。所以通常的天线都采用 1/4 波长或者 1/2 波长的 振子长度单位。 天线有几项重要指标： （ 1）辐射效率 天线的辐射效率就是指辐射功率与输入功率之比，它与天线的损耗电阻、辐射电阻、工作波长等有关。 （ 2）特性阻抗 天线的特性阻抗与天线的形状、尺寸、工作波长、信号的馈入点、周围的环境等诸多因素有关。 （ 3）天线增益 天线增益通常表达方式用分贝（ dB），所用的比较基准不同，得出的增益值也有很大的不同，一般是以无方向天线的辐射场为基准。 - 6 - 本系统发射和接收采
19、用垂直接地天线，这种天线简单易制作，成本低。天线长度的计算公式为 =（ 75/f）材料缩短系数 （是天线长 度， f是频率，材料缩短系数一般为 0.95） 所以若发射接收频率为 433.92MHz，则天线长度为 16.4cm，若发射接收频率为 315MHz，则天线长度为 22.6cm。 3.3 无线发射电路 发射电路包括编码电路和无线发射模块。 3.3.1 编码电路 本系统是采用 AT89C2051 单片机组作为编码电路，编码由软件实现。电路如下图 3-1所示： 图 3-1 编码电路 在该电路中，编码由单片机内部的程序来实现。单片机 AT89C2051 内部有2KB 的 Flash 程序存储器。 MAX813L 是看门狗（ WDT）集成电路，当电路 的电压低
