(SRT)項(xiàng)目研究報(bào)告書

1、大學(xué)生研究訓(xùn)練（SRT）計(jì)劃項(xiàng)目研究報(bào)告書項(xiàng)目名稱： 改進(jìn)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(jí)：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(bào)告一、項(xiàng)目名稱：改進(jìn)教室照明系統(tǒng)的遙控裝置研究二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述 本實(shí)驗(yàn)研究通過(guò)本組成員與李淑娟導(dǎo)師的仔細(xì)研究討論，確定了一個(gè)清晰的實(shí)驗(yàn)思路。我們將實(shí)驗(yàn)劃分成為三部分。第一：自學(xué)單片機(jī)匯編語(yǔ)言及keil軟件，編制并調(diào)試遙控器發(fā)射特定信號(hào)的程序段，以確保能夠?qū)b控器進(jìn)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(dá)到將各種實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要的電子組件進(jìn)行連接組合的目的。第三：系統(tǒng)的組裝及實(shí)驗(yàn)。2、無(wú)線遙控遙控器介紹無(wú)線遙控器（Wirelss Remote Control）從字面上解釋就是一種用來(lái)控制遠(yuǎn)程機(jī)器的裝置。主要由集成電路和用來(lái)產(chǎn)生不同控制信息按鍵所組成。隨著無(wú)線電技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線電分為很多種類，常見(jiàn)的有兩種：一種是紅外遙控；另一種是無(wú)線電遙控。兩者都具有不同的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。3、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控分別控制2盞照明燈，對(duì)室內(nèi)范圍內(nèi)的受控照明燈進(jìn)行無(wú)線遙控控制和手動(dòng)控制相結(jié)合，遙控距離5m以

3、上，本設(shè)計(jì)不光可以控制家用照明燈;也可以對(duì)辦公室，商場(chǎng)，酒店，倉(cāng)庫(kù)的燈具照明控制，還可以隔墻實(shí)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(duì)象：燈具。4、方案設(shè)定與分析首先，要做無(wú)線遙控照明燈的控制器就需要無(wú)線遙控的發(fā)射與接收，對(duì)此設(shè)定了兩種方案 A 利用紅外線遙控 B 利用無(wú)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(yáng)光線中許多不可見(jiàn)光中的一種，1800年發(fā)現(xiàn)由德國(guó)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(lái)說(shuō)，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(jiàn)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(zhǎng)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?yàn)榘l(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(zhǎng)的紅外發(fā)光管。如圖1：a)外形封裝，b )符號(hào)4.1.3 紅外接收器件紅外線接收器件是將光（紅外）信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，常見(jiàn)用pin硅光電二極管，核心部件是一個(gè)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(qiáng)。如圖2是光電二極管。4.1.4 紅外線特點(diǎn)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(huì)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(jī)、VCD/DVD、空調(diào)等家用電器中。而且發(fā)展越來(lái)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(wú)線電遙控)無(wú)線電遙控器是利用無(wú)線電信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)方的受控對(duì)象進(jìn)行控制的遙控設(shè)備。這些信號(hào)被遠(yuǎn)方的接收設(shè)備接收后，可以驅(qū)動(dòng)其它各種相應(yīng)的電子設(shè)備或者機(jī)械動(dòng)作，去完成各種

6、操作。 圖5 發(fā)射機(jī)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(duì)于應(yīng)用方式來(lái)說(shuō)的，遙控器可以當(dāng)一個(gè)整體獨(dú)立使用，對(duì)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(jìn)行應(yīng)用。 圖6 接收機(jī) 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(jī)差不多，在超外差式調(diào)幅收音機(jī)的變頻器電路中有一個(gè)本機(jī)振蕩器，它的本機(jī)振蕩頻率可以隨著外界輸入的高頻信號(hào)頻率的變化而同步變化，并且超過(guò)外界輸入的高頻信號(hào)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(duì)較好；超再生式的接收器體積小、成本低。無(wú)線電遙控常用的載波頻率是315Mhz(我國(guó))或433Mhz（歐美國(guó)家），遙控器使用的是國(guó)家規(guī)定的開(kāi)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(guò)“國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)”申請(qǐng)可以自由使用。4.2.3紅外遙控器與無(wú)線電遙控器的區(qū)別紅外遙控和無(wú)線電是對(duì)不同的載波來(lái)說(shuō)的，前者是用紅外線來(lái)傳輸控制信號(hào)的，特點(diǎn)是有方向性、不能有阻擋、距離短（<8m）、電磁干擾沒(méi)有。后者是用無(wú)線電波來(lái)傳輸控制信號(hào)的，特點(diǎn)是無(wú)方向行、可以不用“面對(duì)面”控制、距離遠(yuǎn)（有幾十米到幾千米不等）、受電磁很嚴(yán)重。在需要穿透或者無(wú)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(wú)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(wú)線電遙控。 4.2.4 無(wú)線電遙控的發(fā)展及應(yīng)用無(wú)線電遙控技術(shù)的發(fā)展歷程不算長(zhǎng)，上個(gè)世紀(jì)20年代才出現(xiàn)無(wú)線電的雛形。二次世界大戰(zhàn)之后，無(wú)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。現(xiàn)今新型大規(guī)模遙控集成電路的出現(xiàn)，迅速推動(dòng)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(jì)算機(jī)，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(chǎng)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(dòng)車、汽車的防盜系統(tǒng)中、在兒童玩

9、具中等等無(wú)線電遙控獲得更加廣泛的應(yīng)。 4.2.5無(wú)線電遙控影響距離因素1) 發(fā)射功率：功率大距離遠(yuǎn)，耗電大，受外界干擾能力弱；2) 接收靈敏度：誤動(dòng)作或失控；3) 天線：天線（可拉伸）越長(zhǎng)遙控距離越遠(yuǎn)，占據(jù)空間大；天線 越高，遙控距離也更遠(yuǎn)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(wú)線電工作原理接收機(jī)由高頻解調(diào)電路和譯碼電路組成的。由接收天線送來(lái)弱信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)還原指令信號(hào)。又因?yàn)槿∠碌闹噶钚盘?hào)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(hào)進(jìn)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(hào)放大到一定的功率以足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)作；如電磁繼電器、電機(jī)帶動(dòng)被控對(duì)象實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是用過(guò)電產(chǎn)生磁來(lái)拖動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)銜鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的通斷。實(shí)際上電磁繼電器可以看成高級(jí)一點(diǎn)的單刀雙擲開(kāi)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(diǎn)組成。2)電磁鐵:通電時(shí)產(chǎn)生磁，吸引銜鐵3)銜鐵：讓電磁鐵磁性帶動(dòng)動(dòng)作，帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)4)彈簧：電磁鐵無(wú)磁時(shí)，帶動(dòng)銜鐵脫離電磁鐵5)觸點(diǎn)：有3個(gè)觸點(diǎn)兩個(gè)靜觸點(diǎn)一個(gè)連接銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn) 5.3 電磁繼電器的作用利用電磁繼電器可以

11、實(shí)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(gè))集成觸發(fā)器。且它們相互獨(dú)立，而且是相同的。每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)、復(fù)位、置位、時(shí)鐘輸入Q和Q輸出。在時(shí)鐘正邊沿觸發(fā)時(shí)，加在D輸入端的邏輯電平傳到輸出端Q。復(fù)位、置位和時(shí)鐘沒(méi)有關(guān)系，分別由復(fù)位和置位上的正邊沿完成。其中一個(gè)D觸發(fā)器可以構(gòu)成多路控制開(kāi)關(guān)電路。礙于本課件的要求兩個(gè)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(gè)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(hào)輸入時(shí)，在第一個(gè)時(shí)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(gè)脈沖下跳時(shí)，IC1再次翻轉(zhuǎn)；使Q1取得一個(gè)完整的周期輸出。一個(gè)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(guó)常用）無(wú)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(duì)四路照明燈進(jìn)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(duì)觸點(diǎn)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(gè)輸入端接三極管，控制三極管的導(dǎo)通（開(kāi)）和截止（關(guān)），進(jìn)而控制繼電器工作。此電路還有工作指示燈，圖上沒(méi)有畫出來(lái)

13、。有了工作指示燈更便于操作；很是方便。看下工作指示燈就知道照明燈有沒(méi)有工作。5.6 手動(dòng)控制 將采用每個(gè)CP接兩個(gè)并聯(lián)自復(fù)位開(kāi)關(guān)（4個(gè)CP接8個(gè)）。每一個(gè)CP上面的兩個(gè)開(kāi)關(guān)可以控制照明燈的打開(kāi)和關(guān)閉。就是兩個(gè)開(kāi)關(guān)控制一個(gè)照明燈。5.7 遙控控制在手動(dòng)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(gè)繼電器看成兩個(gè)用電控制單刀雙擲的開(kāi)關(guān))從而也實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和遙控兩種方法控制控制一個(gè)照明燈。 圖9 一路工作圖 5.8 原理當(dāng)手動(dòng)控制和遙控控制都沒(méi)工作時(shí)，K1,K2都打在上面位置；照明燈開(kāi)始在220交流點(diǎn)的作用下開(kāi)始發(fā)光?，F(xiàn)在如果手動(dòng)控制或遙控任意一組工作時(shí)工作時(shí)照明燈不發(fā)光。其

14、實(shí)也就是把繼電器看成高級(jí)一點(diǎn)的一刀雙擲開(kāi)關(guān)（用電控制），此電路就是兩個(gè)開(kāi)關(guān)控制一個(gè)照明燈。 圖10 原理圖6.單片機(jī)編程通過(guò)學(xué)習(xí)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)，分析該系統(tǒng)需要根據(jù)遙控器發(fā)射不同的信號(hào)給燈座，從而控制燈的電位進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈亮度的調(diào)節(jié)，結(jié)合單片機(jī)特點(diǎn)，以及為了控制簡(jiǎn)便，編制出相應(yīng)程序。每一個(gè)單片機(jī)有6個(gè)按鍵輸入，其中1鍵為開(kāi)按鍵，2鍵為關(guān)按鍵，3、4、5、6按鍵通過(guò)不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合成16種不同的輸入，實(shí)現(xiàn)16種不同信號(hào)，繼而使得燈按照16種不同電位工作。附單片機(jī)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(xiàng)指