多功能无线遥控插座的开发【开题报告+文献综述+毕业论文】

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本科毕业论文系列开题报告电子信息工程多功能无线遥控插座开发一、课题研究意义及现状研究意义：（1）节能，通过定时设置来控制开关的开和关，如果忘记关掉开关，但是你已经设置了时间，那么你就不用担心了；（2）方便，用户在远离住宅的情况下，可以通过固定电话或手机操纵住宅中的智能电话终端，发送无线电指令控制插座，从而实现对家用电器设备的远程控制现状：市场年需求量也将在10亿元以上。目前世界上的插头、插座产品都采用的是传统的结构，新的电气设计标准中已参考发达国家的要求，对建筑物内的插座数量提出了明确的较高要求。而磁性吸式插头、插座正是适应这种趋势应运而生的，该技术是传统插座插头的换代产品。磁性吸式插头、插座主要用于民用和电器工业元器件组装。预计小批量生产阶段年产量达到100万套，产值可达50万元。此项目在国内外有广泛市场，进入批量生产后，市场占有率会进一步增大，经济效益会更好。同时，建筑物内的配电需求也将大大的增加。新的电气设计标准中已参考发达国家的要求，对建筑物内的插座数量提出了明确的较高要求。按照这一要求，每2至3平方米的建筑物将有一只开关插座，仅住宅的插头插座类电器附件年需求就将达到15亿元以上。如果算上大楼、场馆、厂房等，再加上二次装修市场，建筑电器附件年需求量保守估计在40亿元以上。另外，转换器、地面插座、工业用插头插座、家电用不可拆线插头等电器附件加在一起，市场年需求量也将在10亿元以上。这是一个巨大的市场，也是一个诱人的蛋糕。 根据我们不完全统计：80%的教学楼存在着在白天光照良好的情况下，教室灯具开启和在午休时间长明灯的现象。一个教室的长明灯，看起来耗能不大，但从整个学校来看的话，却是一个不小的数字。以某大学为例：整个大学教学楼照明灯具负荷共计约为480KW（不计线路损耗），每天如果按长明灯2小时计算（这是保守的估计），1天就浪费电能960千瓦时，以济南地区电费0.52元/千瓦时计算，折合电费499.2元。再以学生一年在校9个月计算，一年将浪费电能25.92万度,折合电费134,784.00元。如果加上线路损耗和灯具长时间使用造成的损坏，费用还要高许多。这种粗放管理带来的电能浪费和高校后勤管理费用的增加就显而易见了。以上是对一所大学情况的简单分析，而目前全国各地高校共有1684所（来源于中国高校网），依此类推，高校每年的电能浪费约为43649.28万千瓦时，折合电费浪费高达22697.63万元。传统的插座产品设计过于简单，如只能实现普通的配送电功能等等，虽然部分产品做了一些改进，也只是局限在手工操作通断电的范围内，给使用带来了不便。随着插座产品的市场需求量进步扩大，现有的插座已经不能适应各方面的需要，功能新颖的插座有着强大的市场需求二、课题研究的主要内容和预期目标本系统总体指标及功能要求如下：（1）采用单片机作为主控芯片；（2）实现无线遥控插座的开和关，无线载波频率315MHZ，无线传输距离>30米；（3）利用LCD液晶显示当前时间；（4）能够进行定时设置，实现插座的定时通断电；（5）原理图的绘制和PCB的制作。三、课题研究的方法及措施本次研究是基于传统插座的基础上，增加了一些无线遥控和定时设置，然后用单片机来控制。实践与理论结合，通过实验的方式研究是此课题的主要方法，然后通过示波器等一些实验器械来调式，再不断的修改调式，测试硬件电路实际效果，以及软件硬件的综合调试效果。设计中涉及到两个方面：硬件和软件。在硬件方面主要是电路的布局及布线以及外部框架结构与内部硬件的兼容，想要获得性能优良的硬件必须要兼顾各个方面。无线信号发射接收部分属于高频电路需要考虑外部干扰以及电路自身产生的干扰，结合实际情况，用最简单、高效的方式实现。硬件方面外部机械结构的合理布局及机械结构与电路板的合理放置将很大程度上影响设计的难度和精度，设计时应在宏观的角度整体把握布局，兼顾各个部分的设计，这个环节需要多次检查，修改，以避免给今后的设计带来不必要的麻烦。主要要把握的是四个主要功能模块能够很好的兼容工作。在软件方面要通过不断的测试不断修改，以至打到最后需要的效果。四、课题研究进度计划 第一阶段（4周）：分析任务，搜集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。第1周：分析任务，搜集资料。第2，3周：完成对系统整体结构的设计及各模块的区分。第4周：完成开题报告、文献综述、外文翻译。第二阶段（6周）：设计与写论文，硬件电路与软件程序设计，撰写设计报告与论文。第1周：完成智能插座电路构思和设计。第2，3周：主要功能模块的设计以及硬件部分。第4周：完成软件部分的设计制作。第5，6周：将软件与硬件相结合，实现联合调试。第三阶段（2周）：设计作品完善，论文修改。第1，2周：完成电子部分与外壳部分的结合，完成总体设计，完善论文。五、参考文献[1]孙增析，张再兴.智能控制的理论与技术[J].控制与决策.北京：清华大学电子系,1996.[2]李剑心.多路无线遥控接收系统[J].科技信息.2008，7:234-236.[3]张晓杰,姜同敏,王栋.红外遥控节能开关插座的设计定型[J].现代电子技术.2010.322(11):188-192.[4]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].人民邮电出版社.2005年10月.[5]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.[6]黄界.基于AVR的智能节能插座设计[J].现代电子技术.2010.322(12):188-190.[7]何先波，殷锋,面向通信领域的定时器队列管理模型.[J].西南名族大学学报.自然科学版.2005.[8]谢自美.电子线路设计.实验.测试（第二版）[M].华中科技大学出版社.2003年10月.[9]Shanbhag.AlgorithmsTransformationTechniquesforLow-PowerWirelessVLSISystemsDesign[J].InternationalJournalofWirelessInformationNetworks,1998.5(2):147-149.[10]SominEuniceLee+,GangLoganLiug.RemoteOpticalSwitchforLocalizedandSelectiveControlofGeneInterference[J].NanoLett.,2009,9(2),pp562–570. 毕业论文文献综述电子信息工程多功能无线遥控插座开发摘要：多功能插座已应用于智能住宅的远程监控系统中，用户在远离住宅的情况下，可以通过固定电话或手机操纵住宅中的智能电话终端，发送无线电指令控制插座，从而实现对家用电器设备的远程控制。还可以通过定时器设置插座在什么时间段开始工作，然后在什么时间段定时工作。关键字：智能；定时；无线；插座1引言市场年需求量也将在10亿元以上。目前世界上的插头、插座产品都采用的是传统的结构，新的电气设计标准中已参考发达国家的要求，对建筑物内的插座数量提出了明确的较高要求。而磁性吸式插头、插座正是适应这种趋势应运而生的，该技术是传统插座插头的换代产品。磁性吸式插头、插座主要用于民用和电器工业元器件组装。预计小批量生产阶段年产量达到100万套，产值可达50万元。此项目在国内外有广泛市场，进入批量生产后，市场占有率会进一步增大，经济效益会更好。同时，建筑物内的配电需求也将大大的增加。新的电气设计标准中已参考发达国家的要求，对建筑物内的插座数量提出了明确的较高要求。按照这一要求，每2至3平方米的建筑物将有一只开关插座，仅住宅的插头插座类电器附件年需求就将达到15亿元以上。如果算上大楼、场馆、厂房等，再加上二次装修市场，建筑电器附件年需求量保守估计在40亿元以上。另外，转换器、地面插座、工业用插头插座、家电用不可拆线插头等电器附件加在一起，市场年需求量也将在10亿元以上。这是一个巨大的市场，也是一个诱人的蛋糕。 根据我们不完全统计：80%的教学楼存在着在白天光照良好的情况下，教室灯具开启和在午休时间长明灯的现象。一个教室的长明灯，看起来耗能不大，但从整个学校来看的话，却是一个不小的数字。以某大学为例：整个大学教学楼照明灯具负荷共计约为480KW（不计线路损耗），每天如果按长明灯2小时计算（这是保守的估计），1天就浪费电能960千瓦时，以济南地区电费0.52元/千瓦时计算，折合电费499.2元。再以学生一年在校9个月计算，一年将浪费电能25.92万度,折合电费134,784.00元。如果加上线路损耗和灯具长时间使用造成的损坏，费用还要高许多。这种粗放管理带来的电能浪费和高校后勤管理费用的增加就显而易见了。以上是对一所大学情况的简单分析，而目前全国各地高校共有1684所（来源于中国高校网），依此类推，高校每年的电能浪费约为43649.28万千瓦时，折合电费浪费高达22697.63万元。传统的插座产品设计过于简单，如只能实现普通的配送电功能等等，虽然部分产品做了一些改进，也只是局限在手工操作通断电的范围内，给使用带来了不便。随着插座产品的市场需求量进步扩大，现有的插座已经不能适应各方面的需要，功能新颖的插座有着强大的市场需求2智能部分智能控制室一门新兴的理论和技术，智能控制尚处于发展初期，关于什么是智能控制系统目前还没有非常明确一致的定[1]。但可以这样说．智能控制系统是实现某种控制任务的一种智能系统。所谓智能系统是指具备一定智能行为的系统，具体地说．若对于一个问题的激励输入．系统具备一定的智能行为，能够产生台适的求解问题的响应。这样的系统便称为智能系统。对于智能控制系统．激励输入是任务要求和反馈的传感信息等，产生的响应则是合适的决策和控制作用。从系统的角度看，智能行为是一种从输入到输出的映射关系。这种映射关系并不能用常规数学的方法来精确地加以描述，因此它可看成是一种不依赖于模型的自适应估[1]。例如一个钢琴家弹奏一支优美的乐曲．这是一种很高级的智能行为．其输入是乐谱，输出是手指的动作和力度。显然输入和输出之问存在某种映射关系，这种映射关系可定性地加说明．但却难用数学的方法来精确地加描述，也不可能由别的人来精确地加复现。智能控制系统典型的原理结构如图1所示。其中，“广义对象”包括通常意义下的控制对象和外部环境。如智能机器人系统中，机器人手臂、被操作物体及所处环境统称为广义对象。“传感器”包括关节位置传感器、力传感器，还可能包括触觉传感器、滑觉传感器或视觉传感器等。“感知信息处理”将传感器得到的原始信息加以处理，例如视觉信息要经过复杂的处理才能获得有用信息。“认知”主要用来接收和贮存信息知识、经验和数据，并对它们进行分析、推理，做出行动的决策，送至规划和控制部分。“通讯接口”除建立人机之间的联系外．还建立系统中各模块之间的联系“规划和控制”是整个系统的核心，它根据给定的任务要求、反馈的信息及经验知识，进行自动搜索、推理决策、动作规划，最终产生具体的控制作用，经“执行器”作用于控制对象[1]。 智能系统被控系统通讯接口认知规划和控制感知信息处理广义对象执行器传感器图13无线遥控部分按键电路编码电路发射无线电路无线接收电路解码电路继电器电路开关电路a、无线遥控发射器b、无线遥控接收器图2无线遥控开关原理无线遥控开关由发射系统和接收系统2大部分组成，系统组成结构框图如图2所示。开关系统的工作原理是首先通过按键电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址。如果是，则解码电路产生相应的输出信号控制继电器电路，开关电路动作；如果不是，则解码电路不解码，继电器电路不响应，开关电路无任何动作。4单片机部分 随着半导体技术的飞速发展，单片机本身的设计中不断采用了一些新的抗干扰技术，使单片机的可靠性在不断提高。除选择抗干扰能力强的单片机外，单片机系统中其它辅助元器件的可靠性也致关重要、一些抑制干扰的元器件的使用有助于提高系统的可靠性。此外，单片机系统的电路设计、印刷线路板的设计、布线与制造工艺，系统安装时有无良好的接地等，都直接影响应用系统的可靠性[5]单片机自身的抗干扰措施为提高单片机本身的可靠性。近年来单片机的制造商在单片机设计上采取了一系列措施以期提高可靠性。这些技术主要体现在以下几方面。1降低外时钟频率外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以8051单片机为例，对最短指令周期1uS的外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola单片机系统时钟只需4HHz，更适合用于工控系统。近年来，一些生产8051兼容单片机的厂商也采用了一些新技术，在不牺牲运算速度的前提下将对外时钟的需求降至原来的1/3。而Motorola单片机在新推出的68HC08系列以及其16位/32位单片机中普遍采用了内部锁相环技术，将外部时钟频率降至32KHz，而内部总线速度却提高到8MHz乃至更高[5]。2低噪声系列单片机传统的集成电路设计中，在电源、地的引出上通常将其安排在对称的两边。如左下角是地，右下角是电源。这使得电源噪声穿过整个硅片。改进的技术将电源、地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面降低了穿过整个硅片的电流，一方面使外部去耦电容在PCB设计上更容易安排，以降低系统噪声。另一个在集成电路设计上降低噪声的例子是驱动电路的设计。一些单片机提供若干个大电流的输出引脚，从几十毫安到数百毫安。这些大功率的驱动电路集成到单片机内部无疑增加了噪声源。而跳变沿的软化技术可消除这方面的影响，办法是将一个大功率管做成若干个小管子的并联，再为每个管子输出端串上不同等效阻值的电阻。以降低di/dt[5]。3时钟监测电路、看门狗技术与低电压复位监测系统时钟，当发现系统时钟停振时产生系统复位信号以恢复系统时钟，是单片机提高系统可靠性的措施之一。而时钟监控有效与省电指令STOP是一对矛盾。只能使用其中之一[5]。 4EFT技术(ElectricalFastTransient)新近推出的MotorolaM68HC08系列单片机采用EFT技术进一步提高了单片机的抗干扰能力。当振荡电路的正弦波信号受到外界干扰时，其波形上会叠加一些毛刺。以施未特电路对其整形时，这种毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟信号。交替使用施未特电路和RC滤波可以使这类毛刺不起作用，这就是EFT技术[5]。随着超大规模集成电路技术的不断发展，电路内部的抗干扰技术也在不断发展之中。5软件方面的措施单片机本身在单片机指令设计上也有一些抗干扰的考虑。非法指令复位或非法指令中断是当运行程序时遇到非法指令或非法寻址空间能产生复位或中断。单片机应用系统程序是事先写好的，不可能有非法指令或寻址。一定是系统受到干扰，CPU读指令时差错了[5]。5定时器部分在通信领域的软件设计中，定时器的有效管理尤为重要．特别是大型程控交换应用中的呼叫管理，系统甚至可能需设置成千上万的定时器，如何在实现中对这些“海量”定时器进行合理的组织与管理往往成为提高整个应用系统实时性能的瓶颈[8]．在应用中，定时器可分为三类：绝对定时器，其定时时长(又称触发时间)表示为具体的年月日时分秒等；相对定时器，其定时时长表示为相对当前运行时刻的时钟滴答数(ticks)；循环定时器，以给定的时长间隔循环计时．由于绝对定时器可变换成相对定时器，而循环定时器相当于若干个相对定时器，故对定时器的管理研究可仅限于相对定时器．定时器通过定时器控制块(TCB-TimerControllingBlock)来标识和管理，TCB根据软件实现的具体需要可包括定时时长，指向同队列前、后一定时器的指针，申请定时器的进程标识等信息．对定时器的组织和管理最简单的方式是采取先进先出(FIFO)方式的链表单队列，这种组织管理方式的会有以下两个问题[8]：(1)定时器队列太长，找到所有到点定时器的时间开销难以接受；(2)当时钟中断发生时得对所有的定时器的时长域进行减法操作，该部分时间性开销也很大．本文针对这些问题给出了三种解决模型：简单时长有序单队列模型、定时器多队列分拆模型和循环多队列模型，特别是后两种模型，通过在交换机的实际应用中的证明，确实能大大提高整个系统的性能．总结： 以上是主要的四个功能模块，单片机部分是这种插座的重要硬件部分，是通过该部分来起到控制作用，所以说单片机的抗干扰时很重要的，以至于可以来无线遥控，定时器是跟智能部分一起工作，可以是插座定时开机或者关机。如果这次成功的话，我今后设想有：(1)本设计方案采用红外遥控原理，由于红外线本身的物理性质，不具备穿透性，当需要越过障碍物进行控制时，可采用无线(或微波)遥控。(2)根据本设计方案的特点，用户码电路设计在NB9149芯片的外围，在需遥控的设备不多时，不存在信号重叠的问题；当需遥控的设备过多时，可采用基于单片机原理的码分电路原理，如8位码分即可形成256个用户状态，可从根本上解决这一问题。参考文献[1] 孙增析，张再兴.智能控制的理论与技术[J].控制与决策,1996.[2] 李剑心.多路无线遥控接收系统[J].科技信息，2008，7:234-236.[3] 张晓杰,姜同敏,王栋.红外遥控节能开关插座的设计定型[J].现代电子技术,2010,322(11):188-192.[4] 赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].人民邮电出版社,2005年.[5] 邵贝贝.单片机系统可靠性技术及发展[J].中国科技论文在线.[6] 高鹏等.电路设计与制版Protel 99 入门与提高[M].人民邮电出版社,2001年6月.[7]黄界.基于AVR的智能节能插座设计[J].现代电子技术,2010,322(12):188-190.[8]何先波，殷锋,面向通信领域的定时器队列管理模型.[J].西南名族大学学报.自然科学版,2005.[9] 谢自美.电子线路设计.实验.测试（第二版）[M].华中科技大学出版社,2003年10月.[10] Shanbhag.Algorithms Transformation Techniques for Low-Power Wireless VLSI Systems Design[J]. International Journal of Wireless Information Networks,1998.5(2):147-149.[11] Somin Eunice Lee+, Gang Logan Liug. Remote Optical Switch for Localized a--nd Selective Control of Gene Interference[J].NanoLett., 2009, 9 (2),562–570. 本科毕业设计（20届）多功能无线遥控插座的开发摘要 本设计是开发一个多功能无线遥控插座。此插座能够实现无线遥控、定时开关等一些功能。是基于传统插座的基础上，增加了一些无线遥控以及定时的设置。本系统核心部分是采用单片机PIC16F917作为主控芯片，结合时钟芯片DS1302和无线遥控收发电路来实现总体的功能。本系统可以应用于智能住宅的远程监控系统中，用户在远离住宅一定距离的情况下，可以通过手上的无线遥控器，发送无线编码数据，插座上有无线接收器，接收到该编码数据以后，通过单片机处理，控制插座来通断电，从而间接的来控制家用电器，这样就实现对家用电器设备的远程控制，这是插座的远程无线遥控功能。当然插座内部有定时器，可以设置插座：通过按键设置时间输入到单片机，单片机会控制时钟芯片实现定时功能。插座的无线功能让使用家用电器更加的方便，不但可以远距离操作，还可以一起操作在使用该插座的所有家用电器；定时功能对现在节省待机能耗可以起很大作用。因此该插座是很有广泛的应用前景。关键词：多功能；无线；遥控；定时；插座Abstract Thisdesignistodevelopamulti-functionwirelessremotecontrolsocket.Thissocketcanrealizethewirelessremotecontrol,timerswitchandsomeotherfunctions.Isbasedonthebasisoftraditionalsocket,increasedsomewirelessremotecontrolandtimingSettings.Thissystemisthecorepartadoptssingle-chipmicrocomputercontrolchip,combinedwithPIC16f917asDS1302andclockchipwirelessremotecontrolledtransceivercircuittoachieveoverallfunction.Thissystemcanbeappliedtotheintelligentresidenceremotemonitoringandcontrolsystem,usersinacertaindistanceawayfromresidentialthecircumstances,canpassonthewirelessremote,sendwirelessencodingdata,sockethavewirelessreceiver,afterreceivingtheencodingdatabySCMprocessing,control,powersockets,causinganindirectaccesstocontrolhouseholdappliances,thusrealizetohouseholdappliancesequipmentlong-distancecontrol,thisissocketremotewirelessremotecontrolfunction.Ofcourse,canhaveinternaltimersocketsetsocket:throughinputtobuttontimesingle-chipmicrocomputer,microcontrollerwillcontrolclockchipachievetimingfunction.Socketwirelessfunctionletuseappliancesmoreconveniencenotonlycanoperatefromalongdistance,stillcanusethissocketonceagaintheoperationofallhouseholdappliances;Timingfunctiontonowsavestandbyenergyconsumptioncanplayalargerole.Sothissocketisverybroadprospectofapplication.KeyWords:multi-function;wireless;remote;timing;socket目录 1引言12总体设计22.1系统部分功能介绍22.2系统总体运行方式介绍33硬件设计。43.1单片机43.1.1单片机PIC16f917及其特性。43.1.2芯片引脚图53.2LCD显示模块53.3发射和接收模块63.3.1发射模块63.3.2无线接收模块83.3.3芯片编码83.4时钟芯片93.4.1时钟芯片的介绍93.4.2DS1302芯片的特点103.4.3DS1302的芯片引脚图103.4.4时钟芯片读写时序图103.5电源部分113.5.1电源的原理图113.5.2电源的各个部件113.6继电器123.7开关和喇叭134软件部分144.1编译编程软件的介绍154.1.1编译软件的介绍154.1.2编程软件的介绍154.2程序部分174.2.1无线编码部分174.2.2液晶显示程序214.2.3时钟读取部分24制作和调试27结论28致谢29参考文献30 1引言待机能耗，它是指一些东西在处于关机状态但是并没有断掉的电源所消耗的能源。它就像一只隐形的吸血虫，在浪费能源的同时形成了巨大的环保压力。据中国节能产品认证中心负责人介绍，与产品在使用过程中产生的有效能耗不同，待机能耗基本是一种能源浪费。对此国外对各种家用电器都有该方面的规定，中国也已开始待机节能认证。中国节能认证中心对家庭待机能耗做过的调查显示,待机能耗占到家庭电力消耗的10%左右。该中心的调查发现，我国城市家庭的平均待机能耗相当于每户使用一盏15瓦到30瓦的长明灯！照此推算，一户普通人家一年因待机而消耗的能源折合人民币近60元，全北京市300多万户居民家庭每年要为待机能耗支付1．8亿元。如果算上企事业单位在办公过程中产生的待机能耗，数字更为惊人[1]。除了国家对家用电器产品本身待机能耗的规定，我们还能怎样来降低待机能耗呢？我认为使用节电插座，也有效的减少家用电器所带来的额外能耗。随着电器产品待机能耗的迅速增长,家庭和社会付出了太多的代价,而且由于现在工作节奏的加快，以至于会忽视或者没时间去理会，所以现在智能开关插座因其方便节能,受到了国外消费者的广泛欢迎,目前智能开关插座正在成为新节能产品的研究热点。设计的红外遥控智能插座是一种比较简单而实用的插座,本文阐述了红外节能开关插座的硬件电路设计、软件设计,以及对产品进行的调试,自己的设计和定型方案,消费者利用它可以对家中一些需要不断开关的电器进行自动断电控制,而不需要拔掉插头。同时还加入了定时功能。2总体设计无线遥控器编码数据 接收器单片机插座插孔继电器LCD显示模块按键蜂鸣器时钟芯片图2-1总体框架本系统是由无线发射接收模块、单片机、LCD显示模块部分、时钟芯片部分、继电器部分、电源部分、和按键蜂鸣器组成。2.1系统部分功能介绍无线发射接收模块作用是发射模块发射一个无线编码数据，然后通过接收模块接收该编码数据以后传送给单片机。单片机是该系统的核心，电指令传送到它以后，它经过处理来控制继电器来导通或者断开电路；设置时间也是先经过单片机再进入时钟芯片，再传回单片机控制继电器，LCD显示通过单片机来显示时间数据。LCD显示模块是为了对你的设置的可视化，显示你时钟，和你设置的时间。继电器是单片机控制的一个媒介，是控制插座导通或者断开的主要部分。蜂鸣器是对是否有接收信号的提示，通过蜂鸣器的鸣叫表示插座已经接收了你的指令。 2.2系统总体运行方式介绍当无线遥控器发射一个无线编码数据，插座上的接收器会接收该编码数据，插座会发出一个声音（这是蜂鸣器提示接收到指令），编码数据被传送到单片机，单片机来判断，然后通过控制继电器来导通或者断开电路。还可以通过插座上的按键来设置时间，按键设置时间可以在LCD显示设置状况，实现了直观的人机界面。时间设置后储存在单片机内，单片机把设置的时间传送给时钟芯片，时钟芯片会进行计时，到时间到后会传送给单片机，单片机控制继电器来实现插座的导通和断开。3硬件设计。该插座的硬件组成部分有：单片机PIC16f917、LCD显示模块、发射和接收模块、时钟电路部分、电源部分、继电器控制部分、按键和蜂鸣器部分组成。 3.1单片机单片机是该系统的核心，是整个插座的信息处理中心，主要完成对接收到的无线编码数据的处理、对继电器的控制、对时钟芯片和LCD的数据输入和时钟芯片输出的处理。市场上有很多中类型的单片机，有AVR单片机，PIC单片机，51单片机、MSP430单片机等等。51单片机它是基础入门的一个单片机，它有很多自己的优点：首先它从硬件到软件都有自己的一套按键操作系统，其次它具有乘法和除法指令，但是随着单片机的发展，跟其他一系列的单片机相比，它的工作速度较慢，不过还是在不断改进发展。到目前位置它还是应用最广泛的单片机一种。AVR单片机是比较新颖的单片机，它的特点是高性能、高速度、低功耗，但是在相对情况下的AVR单片机的可靠性没有PIC单片机好。MSP430单片机的处理能力强、速度快、超低功耗但是同样的价格比较高。根据以上一些单片机的性能特征，本插座选择的单片机是PIC16f917。因为考虑到性价比和可靠性都比较好。3.1.1单片机PIC16f917及其特性。单片机PIC16f917是带LCD驱动器、采用纳瓦计数的28/40/44引脚8位CMOS闪存单片机。具有高性能的RISCCPU，工作的速度快；而且低功耗、可以直接驱动液晶模块。具有高性能RISCCPU：只仅需学习35条指令，除跳转指令外的所有指令都是单周期的；工作速度：振荡器/时钟的输入频率为DC—20MHz，指令周期为DC—200ns；程序存储器读取（PMR）功能；中断功能；8级深硬件堆栈；直接、间接和相对寻址模式[2]。单片机性能特性：具有高精度内部振荡器；节能的休眠模式；宽工作电压范围（2.0V到5.5V）；工业级和扩展级温度范围；上电复位；上电延时定时器和振荡器起振定时器；带软件控制选择的欠压复位；带片上振荡器并且可软件使能的增强型低电流看门狗；与上拉/ 输入引脚复用的主复位；可编程代码保护；高耐用性/EEPROM单元，闪存可经受10万次写操作，EEPROM可经受100万次写操作，闪存/数据EEPROM保存时间：>40年[2]。低功耗特性:待机电流：<100nA（当电压为2.0V时）；工作电流：8.5μA（当频率为32kHz，电压为2.0V时），100μA（当频率为1MHz，电压为2.0V时）；看门狗定时器电流：1μA（当电压为2.0V时）[2]。3.1.2芯片引脚图图3-1单片机PIC16f917芯片引脚图3.2LCD显示模块采用的LCD的Nokia5110液晶显示屏是一款我认为很有市场和性价比很好的液晶产品，是Nokia手机上的液晶屏，只需要3.3v电压供电，不过唯一的缺点是没有背光，需要自己加LED作为背光。它的性价比主要体现在：首先是价格，跟LCD1602和LCD12964相比较，LCD1602市场价格20～25元不等，LCD12864就更贵了，而Nokia5110裸屏价格就几元而已。不但在价格上，Nokia5110液晶显示屏它还有一些特点[3]：(1)84*48的点阵LCD，可以显示4行汉字。 (2)采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9条。支持多种串行通信协议（如AVR单片机的SPI，MCS51的串口模式0等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。(3)可通过导电胶连接模块与印制板，而不用练剑电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而飞创便于安装和更换。(4)LCD控制器/驱动器芯片已绑定到LCD晶片上，模块的体积很小。(5)采用低电压供电，正常显示是的工作电流在200µA以下，而且具有掉电模式。Nokia5110LCD裸屏如下图：图3-2Nokia5110LCD裸屏3.3发射和接收模块3.3.1发射模块本系统是通过发射模块来远程遥控插座工作，发射模块会发射无线编码信号给插座，插座得到编码工作从而起到控制作用。发射模块是采用现成的遥控器。 图3-3发射模块原理框图如图3-3所示，其中Q3这部分电路的作用是数据的导通或者截止：当有数据通过R3进入Q3以后，来控制Q3是导通还是截止；通过Q3的导通和截止去控制Q1，使得振荡器按照数据的高低电平产生振荡，就是数据为1的时候有射频信号输出，为0时不振荡。Q1这部分电路的作用是结合晶振来实现315MHZ的谐振频率，Q2这部分电路主要是实现功率的放大，C2是输入电容，该工作方式是甲类。理论上本插座的遥控距离一般空旷地发射距离是>50米，实际在实验室调试OK，实验室距离一般在10米左右。 3.3.2无线接收模块图3-4超再生接收原理框图如图3-4是超再生接收电路图，超再生接收电路原理：它实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇[4]。Q1进行选频放大，滤除无用频率信号；Q2与C6、C7、L2等元件组成超再生高频接收电路，微调L2改变其接收频率，使之严格对准发射频率。当L1收到调制波时，经Q1调谐预放大，再经Q2检波调制信号送入前放大器放大。C11相对于自激频率来讲是个大电容，充电完成后自激熄灭导致放电（R9、C10、C11起自熄作用），之后继续下一个自激过程。ASK信号的检波解码是靠后比较器来完成的,据噪声电压的平均值与电压本身（R11和R12分压2.5V），用比较器比较出1或者0的信号，从1脚输出给2272[4]。3.3.3芯片编码无线传输的芯片编码采用PT2262，是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，也是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。PT2262最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出。 PT2262有三种编码：0，1，和悬空(表示为f)。图3-5PT2262的时序图3.4时钟芯片3.4.1时钟芯片的介绍时钟芯片DS1302是高性能、低功耗、带有RAM的实时时钟电路。是DALLAS公司推出的一种具有涓细电流充电能力的时钟电路,它可以对时间年、月、日、时、分、秒就行计时，同时可以对闰年的补偿功能。尤其是它对数据的的记录，特别是一些特殊的时间点上的数据，可以记什么时间点的数据，其中包括了该时间点，这种对长时间监控记录起到很重要的作用和意义，易于找出异常并且找出原因。跟传统数据记录方式和单片机相比：传统的数据记录方式采用的是定时采样和隔时采样，这种方法虽然还是可以找出异常，但是并没有记录该异常的时间点，所以对错误原因的研究有很大障碍；采用单片机计时，一方面占用硬件资源，因为需要采用计时器，另一方面需要设置中断、查询等，一样耗费单片机资源，而且可以跟一些测控系统不兼容。所以采用时钟芯片DS1302就是一个很好的选择。 3.4.2DS1302芯片的特点DS1302时钟芯片是高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿功能,工作电压宽达2.5～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×８的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1302的升级产品,与DS1302兼容,但增加了主电源／后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力[5]。3.4.3DS1302的芯片引脚图图3-6DS13052引脚图管脚描述:X1X232.768KHz晶振管脚;GND地;RST复位脚;I/O数据输入/输出引脚;SCLK串行时钟;Vcc1,Vcc2电源供电管脚。3.4.4时钟芯片读写时序图图3.7时钟芯片读写时序图 3.5电源部分电源部分是为了把家用220V电压经过转换。从而得到插座内部元器件所需的电源。3.5.1电源的原理图图3-8电源的原理图插头引入220V电压，然后通过220V/9V小型变压器降压，整流桥整流，电容滤波，7805稳压后，给插座内部元器件提供电源。3.5.2电源的各个部件220V/9V小型变压器：它是我们可以现成可以买到的。图3-9220/9V小型变压器的实物图整流桥整流：是 二极管单向导电性将电流转换为一个方向的电流，半波整流用一个二极管，所以出来的电流一半有一半没有称半波整流，用在对直流电要求不是很严格的场合。而用四个二极管，可以实现将交流电所有波型全部转换成单一方向的电流，所以叫全波整流。一般后面还需要加一个滤波电容，去除整流后的杂波即可，极性不能反了。全波整流的电路在通常变压器中常被采用。图3-10整流桥整流原理图7805稳压：7805大概是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以实现一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是PIC系列单片机运行所需的电压。下面我简单的介绍一下他的3个引脚图。图3-117805稳压引脚图其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压了。3.6继电器继电器就像一个自动开关，通常应用在自动控制电路中，起到自动调节、安全保护、转换电路等功能。它的工作速度快、工作稳定，使用寿命长、体积小、价格低等特点。一般都是通过继电器来控制电路的通断电，本插座就是用单片机来控制继电器，由继电器间接的控制通断电。 继电器的工作原理：采用的是电磁式继电器，首先电磁式继电器是由铁芯、线圈、衔铁、触电簧片等组成。通过在线圈两端加上一定的电压以后，线圈中间就会流过一定的电流，从而产生电磁效应接着，衔铁就会在电磁力的吸引作用下克服弹簧的拉力，被铁芯吸引，这样就带动了衔铁的动触点和静触点合在一起，导通了电路；一旦线圈断点后，这样电流消失，电磁效应也小时，电磁力也消失，动触点和静触点就会处于断开的状态，这样电路就断开了。就这样动触点和静触点的闭合、断开，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。而其中继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。图3-12继电器原理图3.7开关和喇叭按键：用来控制电路或者一个部位的开和关。无线发射模块采用的是现成的遥控器，所以按键主要是用在插座定时设置。图3-13按键的实物图本设计中主要应用蜂鸣器作为发生装置，选择的原因是性价比高，声音效果好。 图3-14蜂鸣器的实物图图3-15蜂鸣器的原理图4软件部分 软件部分主要是由单片机实现分为：无线解码部分程序、LCD显示部分程序、定时控制程序。其中无线解码部分主要是通过接收到的无线信号，进行接收和解码，最终保存数据到内部存储器中；LCD显示部分主要是控制NOKAI5110液晶初始化设置和数据的显示；定时部分主要是单片机对时钟芯片的控制，并且读取时钟数据并进行计算和处理。4.1编译编程软件的介绍本系统采用的单片机是PIC单片机，首先必须熟悉单片机的编译环境，我们这里采用的编译软件是MPLABIDEv8.40，采用的编程软件是QL-2006编程器。4.1.1编译软件的介绍编译软件MPLAB集成开发环境（IDE）是综合的编辑器、项目管理器和设计平台，MPLABIDEv8.40是用于Microchip单片机开发应用程序，它提供了一种单一的集成环境来为嵌入式单片机开发程序代码。它的功能是使用内置编辑器创建和编辑源代码，通过使用内置模拟器观察程序流程调试可执行逻辑；或者使用MPLABICE2000和MPLABICE4000仿真器或MPLABICD2在线调试器实时调试可执行逻辑，用模拟器或仿真器测量时间。观察窗口中查看变量。使用MPLABIDE丰富的在线帮助快速找出问题的答案。具体编译界面如下图图4-1所示图4-1编译软件的界面视图4.1.2编程软件的介绍 编程软件中本设计采用QL-2006编程器来对芯片进行程序下载。QL-2006编程器是一种可靠性高，速度快，具有高性能价格比的PIC专业烧写器,软件采用较新的PIC烧写算法,保证了烧写的高速度,高稳定,同时能第一时间支持PIC最新推出的器件,升级方便,使用可靠.。图4-2QL-2006编程器实物图具体编写界面如下图4-3编程软件的界面视图其中需要注意的是，配置位的设置，根据实际要求进行配置。具体如下图所示， 图4-4配置位位置视图4.2程序部分4.2.1无线编码部分PT2262的编码波形：图4-5“0”波形图4-6“1”波形图4-7同步码波形 无线解码流程框图如下所示图4-8无线解码流程框图解码部分程序如下所示voidPT2262_RECODE(void){while(Input_Pin==1);//等待低电平的出现/************同步码低电平识别************/while(Input_Pin==0){Delay_60();HEAD_NUM_L++;if(HEAD_NUM_L>10)gotorecode_out;}if(HEAD_NUM_L<10){/************同步码高电平识别************/ while(Input_Pin==1)//如果有高电平了就执行以下程序{Delay_60();//60usHEAD_NUM_H++;if(HEAD_NUM_H<30&&HEAD_NUM_H>250)gotorecode_out;}if(HEAD_NUM_H>50&&HEAD_NUM_H<250){/**********数据运算开始*****************/HEAD_NUM_CY_8=HEAD_NUM_H>>3;//6usHEAD_NUM_CY_16=HEAD_NUM_H>>4;//4usHEAD_NUM_CY_32=HEAD_NUM_H>>5;//5us/*&&&&&&&&&数据运算结束&&&&&&&&&&&&&&*//**********解码程序开始***************/for(i=0;i<3;i++)//总共有3个地址空间存数据RD_DATA1,RD_DATA2,RD_DATA3{//forstart1for(j=0;j<8;j++)//每个地址存8位数据{//forstart2while(Input_Pin==1)//等待低电平{Delay_10();win_temp++;if(win_temp>250)gotorecode_out;}win_temp=0;while(Input_Pin==0//如果有低电平了就执行以下程序{Delay_60();//60us PT2262_DATA_TEMP++;//如果低电平在4CLK-12CLK之间是正常的数据}/*********判断是否为4CLK-12CLK之间的数据****************/if(PT2262_DATA_TEMP20&&RD_DATA[0]!=0&&RD_DATA[1]!=0&&RD_DATA[2]!=0){SIGN_BIT_OK=1;//解码成功}else {SIGN_BIT_OK=0;}//解码不成功}else//如果同步码不正确则退出{;}}else//如果无解码就退出{;}recode_out:{;}}4.2.2液晶显示程序图4-9液晶显示程序框图部分程序如下所示（1）液晶初始化程序voidLCD_init(void){ LCD_RST=0;//LCD复位NOP();LCD_RST=1;LCD_CE=0;//关闭LCDNOP();LCD_CE=1;//使能LCDNOP();LCD_write_byte(0x21,0);//使用扩展命令设置LCD模式LCD_write_byte(0xc8,0);//设置偏置电压LCD_write_byte(0x06,0);//温度校正LCD_write_byte(0x13,0);//1:48LCD_write_byte(0x20,0);//使用基本命令LCD_clear();//清屏LCD_write_byte(0x0c,0);//设定显示模式，正常显示LCD_CE=0;//关闭LCD}（2）液晶显示部分程序/////////LCD清屏程序/////////////voidLCD_clear(void){uinti;LCD_write_byte(0x0c,0);LCD_write_byte(0x80,0);for(i=0;i<504;i++)LCD_write_byte(0x00,1);//清零}///////////设置LCD坐标///////////////////voidLCD_set_XY(unsignedcharX,unsignedcharY){ LCD_write_byte(0x40|Y,0);LCD_write_byte(0x80|X,0);}////////////////字符显示程序/////////////////////voidLCD_write_char(unsignedcharc){uintline;c=c-32;for(line=0;line<6;line++)LCD_write_byte(font6x8[c][line],1);}/////////////////打印字符串/////////////////////////voidLCD_write_english_string(unsignedcharX,unsignedcharY,constunsignedchar*s){uchari=0;LCD_set_XY(X,Y);while(*s){LCD_write_char(*s++);}}////////////写数据到LCD//////////////////////voidLCD_write_byte(unsignedchardata,unsignedcharcommand){uchari;LCD_CE=0;//使能LCDif(command==0){LCD_DC=0;}//传送命令else{LCD_DC=1;}//传送数据for(i=0;i<8;i++) {if(data&mask_table[i]){SPI_MOSI=1;}else{SPI_MOSI=0;}SPI_CLK=0;NOP();SPI_CLK=1;}LCD_CE=1;//关闭LCD}4.2.3时钟读取部分图4-10时钟读取程序框架 时钟芯片读写时序图如下图4-11所示图4-11时钟芯片读写时序图时钟部分程序如下所示///////先写地址，后写命令/数据//////////////////////////voidWds1302(ucharucAddr,ucharucDa){T_RST=0;T_CLK=0;T_RST=1;RTInputByte(ucAddr);///*地址，命令*/RTInputByte(ucDa);///*写1Byte数据*/T_CLK=1;T_RST=0;}///////先写地址，后读命令/数据////////////////////////ucharRds1302(ucharucAddr){ucharucData;T_RST=0;T_CLK=0;T_RST=1;RTInputByte(ucAddr);///*地址，命令*/ucData=RTOutputByte();///*读1Byte数据*/T_CLK=1; T_RST=0;return(ucData);}/////////向ds1302写入秒分时日月星期年*/////////////voidSetds1302(uchar*pClock){uchari;ucharucAddr=0x80;Wds1302(0x8e,0x00);///*控制命令,WP=0,允许写操作*/for(i=7;i>0;i--){Wds1302(ucAddr,*pClock);///*秒分时日月星期年*/pClock++;ucAddr+=2;}Wds1302(0x8e,0x80);///*控制命令,WP=1,写保护*/}////////从ds1302读出秒分时日月星期年*//////////////////voidv_Getds1302(unsignedcharucCurtime[]){unsignedchari;unsignedcharucAddr=0x81;for(i=0;i<7;i++){ucCurtime[i]=Rds1302(ucAddr);///*格式为:秒分时日月星期年*/ucAddr+=2;}} 制作和调试首先想好一个总体框架，它是有很多个模块组成：单片机PIC16f917、LCD显示模块、发射和接收模块、时钟电路部分、电源部分、继电器控制部分、按键和蜂鸣器部分组成。然后再传统的插座的基础上，根据要求可以无线遥控以及定时操作。所以我们采用现成的传统插座，在它上面加入各个模块。在制作中我们需要制作电路板，先把电路图打印在纸上，要将转印出来的电路图进行装载电路板，必须要先进行电路板的腐蚀，具体操作流程为：先将转印好的电路板进行打孔，然后用铜丝穿上，将其放入腐蚀槽进行腐蚀，接通腐蚀槽的电源，这样腐蚀半小时左右就腐蚀完成了。当电路板腐蚀完毕后，将电路板擦拭干净，然后放在台转下进行钻孔，将电路板上的标示出的焊盘孔进行钻孔，在钻孔过程中需要注意的是按照电路板上的孔大小对台转的转头进行更换。当电路板打动完毕，就将电路板拿到水龙头下进行边冲洗，边用清洁球对电路板进行擦拭，将电路板表面的黑色油墨擦拭掉。等完成了电路板的擦拭，就可以将一些元器件安装上到电路板了。然后是把安装有所需一些元器件的电路板，把它跟传统插座组合起来。这样就做成了一个完成的无线智能插座。最后一步是进行调试，第一个调试的，也是比较重要的就是无线遥控能最远达到多少距离，理论上本插座的遥控距离一般空旷地发射距离是>50米，但是虽然可以通过遥控器来控制插座，但是并没有达到50米，也没有达到任务书上面的30米，只有在10米左右。第二个调试的是定时系统，通过按键在设置一个马上到达的时间，设置成让插座开始工作，结果插座可以正常运行；然后也设置一个马上到达的时间，让插座停止工作，结果插座也可以正常运行；不过由于短时间内的成功，不能说明全部，所以我们设置了一段较长时间点让它开始工作，结果是成功的；同理也设置了一段较长时间点让它停止工作。定时系统达到的如期的目标。以上就是制作和调试的方法跟过程 结论本设计方案按照任务书的要求来设计一个多功能无线遥控插座。采用了单片机PIC16f917作为主控芯片，然后用现成的遥控器作为无线遥控模块，和超再生接收模块组成一个发射接收系统；时钟芯片采用DS1302跟单片机组成一个定时系统，显示在LCD显示模块上显示，而显示模块采用的是Nokia5110液晶显示屏；蜂鸣器发出提示音，代表已经接收到信息，方便你的确认。经过调试实验已经证明插座能够正常运行，而且各个功能都很正常，可以通过遥控器来遥控插座的工作；也可以通过插座上面的按键来设置，插座也能够很好的实现定时功能。但是还是哟不足的地方，任务书是要求是插座的无线传输距离药》30米，可是实际在实验室虽然调试成功，但是无线遥控插座，实验室距离一般在10米左右。所以在以后的完善。 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