家庭智能遥控开关的设计

学号：07091210722010-2011学年第2学期专业综合设计报告题目：家庭智能遥控开关的设计专业：电子信息工程班级：07电信本姓名：姚卫邦指导教师：王忠良成绩：电气工程系2010年10月28日课程设计任务书学生班级：07电信本学生姓名：姚卫邦学号：0709121072设计名称：家庭智能开关的设计起止日期：2010-10-18—2010-10-31指导教师：王忠良设计要求：1．进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2．掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3．通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。4．通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法。5．通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。摘要研究设计了一种基于无线收发数传模块PTR2000的家庭智能电子开关，实现了家庭照明电灯、电器设备等。集中控制的电子化、遥控化，文中阐述了其硬件设计、软件设计和采用的抗干扰措施。目录一、前言…................................................................1二、设计的目的…….....................................................1三、系统结构及工作过程……...........................................1四、.硬件设计............................................................................2五、软件设计…..................................................................................5六、心得体会….........................................................................6七、参考文献……........................................................................6家庭智能遥控开关的设计一、前言随着人民生活水平的提高，现代家庭的居住条件得到了很大的改善，居室面积越来越大，而对于家庭照明电灯、电器设备等依然采用传统的手动机械开关，不仅存在机械开关易磨损的缺点，而且在比较大的房子里夜间要去启动开关非常麻烦。为此，本文提出了一种成本低廉、工作可靠、的基于PTR2000模块的家庭智能电子开关，它采用单片机通过无线通信的方式实现对家中所有照明电灯、电器设备的控制，因此使用安全方便，完全避免了用手去接触带有市电220V的开关。二、设计目的1．进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2．掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3．通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。4．通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法。5．通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。三、系统结构及工作过程基于PTR2000模块的家庭智能电子开关主要由遥控器和集中控制器两部分组成，其中遥控器主要由单片机系统、无线收发数传电路、直流电压变换电路、LED发光管、键盘和电池等组成，集中控制器主要由单片机系统、无线收发数传电路、看门狗电路、驱动电路、继电器和电源电压变换电路等组成+系统原理框图如图1所示：基于PTR2000模块的家庭智能电子开关中的遥控器类似于普通电视机的遥控器，利用它可实现对家庭中所有照明电灯及电器设备的开关控制。遥控器平时处于对用户按键的扫描状态，当用户需要启动空调时，只需按下遥控器上代表空调的按键，遥控器中的单片机就会通过无线收发数传电路发出相应的数据，并置遥控器上相应LED为亮或灭。集中控制器是基于PTR20000模块的家庭智能电子开关中的集中控制部分，负责处理通过无线收发数传电路接收到的数据，并根据用户的需要驱动相应的继电器为开或闭，使得对应的照明电灯及电器设备处于停止或工作状态&集中控制器中的看门狗电路具有看门狗定时器和电源电压监控等功能，当单片机出现死机时可以及时复位，使系统恢复正常。四、硬件设计4．1单片机系统由于系统中的遥控器是由电池来供电的，所以在本设计中的单片机选型上除了应满足性能要求，还应该注意到系统的低功耗设计。设计中选用了ATMEL公司的AT89C2051-12PI，它可工作在3.3V，这样将器件供电电压从传统的5V降低到3.3V，可以至少降低30%的功耗&另外在本设计中单片机的晶振也只在满足波特率和定时间隔的前提下选择了6M，这样也能成比例地降低功耗。4.2无线收发数传电路家庭智能电子开关中的无线收发数传电路主要由PTR2000模块构成&该模块采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式，其工作频率稳定可靠、外围元件少、功耗极低&这些优异特性使得PTR2000非常适合于便携及手持产品的设计。另外，由于它采用了低发射功率、高灵敏度设计，因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证&这是目前低功率无线数传的理想选择。以往设计无线数传产品常常需要相当高的无线电专业知识和昂贵的专业设备，而且传统的电路方案不是电路太复杂就是调试困难而令人望而却步，以致影响了用户的使用和新产品的上市PTR2000的出现，使人们摆脱了传统无线产品设计的困扰。4.3PTR2000的主要特征如下：1、接收发射合一；2、工作频率为国际通用的数传频段433MHz；3、FSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；4、采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好；5、灵敏度高达-105dBm；6、宽工作电压2.7~5.25V，发射工作电流20~30mA，接收工作电流10mA，待机电流仅为8uA；7、具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合；8、工作速率最高可达20kbit/s，也可在较低的速率下工作，如9600bps;9、超小体积，约40mm*27mm*5mm；10、可直接接MCU串口使用（如8031），也可以接计算机RS232接口，软件编程非常方便；11、由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用时无需申请许可证；12、标准的DIP引脚间距，更适合于嵌入式设备PTR2000模块的外形如图2所示。其中，VCC是电压输入端，电压范围为2.7~5.25V；GND是电源地；GS是频道选择端，当GS=0时选择工作频道1，即433.92MHz，GS=1时选择工作频道2，即434.33MHz；D0是数据输出端；D1是数据输入端；PWR是节能控制端，当PWR=1时模块处于正常工作状态，当PWR=0时模块处于待机微功耗状态；TXEN是发射/接收控制端，当TXEN=1时模块为发射状态，当TXEN=0时模块被设置为接受状态。本设计中PTR2000与AT89C2051-12PI配合使用的应用电路图如图3所示。其中PTR2000的D0和D1分别接单片机的PXD和TXD，单片机的P1.1、P1.0、P3.7分别作为PTR2000的CS、PWR和TXEN的输入端PTR2000的工作状态主要有发送、接收和待机模式。在发送数据之前，单片机应将模块先置于发射模式，即TXEN=1，然后在等待至少5ms后（接收到发射的转换时间）才可以发送任意长度的数据。发送结束后应将模块置于接收状态，即TXEN=0，发射到接收的转换时间为5ms。接收时单片机应将TPR2000置于接收状态，即TXEN=0，然后单片机将直接接收到数据*当PWR=0时，PTR2000进入节电待机模式，此时的功耗大约为8uA，但在待机模式下不能接收和发射数据*4.4直流电压变换电路本设计中遥控器侧的电源输入采用了直流电压变换电路，将电池的供电电压进行电压转换和稳压，使得用较少节数的电池即可达到较高的供电电压，并且产品工作稳定和持久。直流电压变换电路的设计中主要采用了MAXIM公司的MAX756芯片。MAX756为8脚DIP封装，管脚分配如图4所示，其中SHDN管脚是逻辑关断输出，当SHDN端处于逻辑低电平时，MAX756就处于输出关断状态。在关断方式下，充电泵开关停止工作，OUT不取决于Vin，输出为0.3/5管脚为高电平可输出3.3V，反之为5V,REF管脚是1.25V参考电压输出端，如果没有外部参考负载，可以连接一个0.1uF的电容，LB0管脚是低电压输出端。LB1管脚是低电压输入端。OUT管脚是输出电压端。GND管脚是电源地。LX管脚是IAN沟道场效应管漏极，其典型应用电路如图4所示。本设计中采用了两节5号电池输出3.3V电压供单片机等电路工作。4.5驱动输出电路本设计中集中控制器的驱动电路采用了MC1413芯片，以较大的输出电流控制大功率继电器。用以控制开关电路、照明电路的继电器型号为NT75；工作电压为12V；耐压及最大工作电流为16A/250VAC或10A/400VAC这样几乎可以适应家庭中绝大部分电器负载。4.6看门狗电路看门狗电路主要采用了Xicor公司的X25045，它可对单片机系统提供独立的保护。当单片机系统发生故障时，在可选的超时周期（time-outinterval）之后，X25045将以RESET信号作出响应。用户可从3个预置的值中选择此周期。一旦选定，即使在电源周期变化之后，此周期也不改变。另外X25045还具有低VCC检测电路，可以保护单片机系统使之免受低电压状况的影响*当VCC降到最小VCC转换点以下时，单片机系统复位，复位一直确保到VCC返回且稳定为止。五、软件设计遥控器侧的程序设计中包括有主程序、定时器TD中断服务程序和串行口中断服务程序。主程序负责系统初始化等工作；定时器T0中断服务程序负责遥控器上的键盘扫描、LED灯的显示等工作；串行口中断服务程序负责数据的发送和接收等工作。集中控制器侧的程序设计中包括有主程序、定时器T0中断服务程序和串行口中断服务程序等。主程序负责系统初始化等工作；定时器T0中断服务程序负责喂狗和继电器状态的输出等工作；串行口中断服务程序负责数据的发送和接收等工作。为了设计和调试方便，程序设计采用模块化结构。在C51程序设计和调试中尤为要注意的是：PTR2000在接收模式下，它的串口输出的是随机数据，为了使遥控器和集中控制器能够可靠地通信，在编程时应设计通信协议，并应考虑数据的纠检错，检错可采用校验方式或更好的GRC校验方式。由于无线通信的特点，本程序设计中的数据传输采用了前向纠错，让发送端重复发送数据几遍，即采用了差错控制中的重复码构造思想，在实际调试中取得了较好的效果。六、心得体会整个设计以PTR2000为核心，充分利用了PTR2000有限的外围引脚资源，实现了对智能遥控开关控制。整个系统通过按键可以很方便地操作。且运行稳定，抗干扰能力强。真正实现了娱乐产品的智能化。在这次设计的过程中，自己感到虽然课本上的理论知识掌握的可以，但是一到实际应用上、具体的课程设计的时候，自己不能够很好的应用自己所学的知识去解决一系列的问题。在其他同学的帮助下，以及自己不断的翻阅有关资料，才能够顺利的解决这次的课程设计，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力七、参考文献：[1]胡汉才2单片机原理及其接口技术2北京：清华大学出版社，2002[2]讯通科技公司PTR2000超小型、超低功耗、高速率19.2K无线收发数传哈尔滨：讯通科技公司，20023.刘淑荣，丁录军．基于单片机控制的温度智能控制系统[J]微计算机信息，2003，评语：指导老师评语课程设计成绩指导老师签字2010年月日