多功能无线遥控插座开发【文献综述】

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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. 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