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1、 毕业设计(论文)说明书题 目： 多路无线遥控开关设计 系 别： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 1 页 共 41 页1 摘 要无线射频技术作为本世纪最有发展前景的信息技术之一，已经得到业界的高度重视。该技术利用射频方式进行非接触双向通信，可以自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。无线电遥控器是利用无线射频信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备，本文针对拥有多种家用电器的现代化家庭，设计了一套能够控制多路用电器的无线遥控开关。这是一款基于 CC1101 通信模块的简单无线电
2、遥控系统，该系统由发射模块和接收模块组成，以 C8051F310 单片机为核心，以单片机应用技术、无线收发技术为理论基础，实现数据的无线收发及状态的显示。该无线遥控开关电路可控制八路开关，可在中短距离（30 米）内，无需对准用电器按一按遥控器按钮，即可实现多路遥控电源电路接通与断开的目的，不仅适用于一般家庭，而且也适合于各大宾馆、饭店、豪华别墅等场所使用。经过试验验证，该无线遥控开关操作方便，工作可靠，符合设计要求。研究成果对促进家居电器的智能化具有重要意义。关键词： C8051F310；CC1101；无线电；遥控 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 2 页 共 41 页2
3、 引言近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而无线通信技术又有着集成化，低功耗，易操作的发展趋势。目前，一些只由微控制器和集成射频芯片构成的无线通信模块不断推出，这种微功率短距离无线数据传输技术在工业、民用等领域得到应用广泛。无线数据传输系统结构微功率短距离无线数据传输技术作为一种无线通信实用技术，一般使用单片射频收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。一个简易无线传输系统可以由微控制器，单片射频收发芯片以及少量外围和显示设备等构成，本课题主要研究的是由 C8051F310 单片机最小系统和 C
4、C1101 无线通信模块组合而成的多路无线遥控器。1 设计任务分析1.1 设计要求设计实现多路无线遥控开关，对室内范围内的受控对象进行无线遥控，通信利用无线射频芯片 CC1101 实现，工作频率 433MHz，遥控距离 10m 以上。可以对家庭、办公室、商场、酒店、医院、仓库等场所的灯具照明控制和类似用途电器的控制，也可以实现隔墙遥控，在房间可遥控客厅的灯具等。要求与数据：（1）工作频率 433MHz；（2）遥控路数不少于 8；（3）遥控距离 10m 以上；（4）受控对象：灯具和家用电器。1.2 课题研究背景和意义随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头。受到越来越多
5、人的关注。因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况，系统需要实时传输小量的突发信号，当然传统的无线通信技术虽然能够满足要求，但免不了存在成本高，体积大，功耗大的问题，这时成本小，体积小，功耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难于或者不便于覆盖到的区域，短距离无线通信技术可以在近距离范围内实现相互通信或相关操作。无线数据传输系统已成为当今通信业乃至整个信息业的热点，广泛应用于无线遥控、报警、无线局域网、军事通信等范围，具有一定的实际应用价值。通常情况下，单片机在获取数据后，还需要将数据传送出去。有线数据传输依赖于有线的线路，例如采用有线的串、并行总线、I2C 总线、C
6、AN 总线等。有线的线路具有成本比较高、维护不方便等缺点。无线数据传输是在有线数据传输的基础上发展起 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 3 页 共 41 页3 来的，而无线数据通信则是通过发射模块和接收模块来传送数据的，具有不占空间、成本低、可靠性高、维护方便及传输过程中的干扰小等优点，提高了传输过程中的可靠性。本系统是基于单片机的无线遥控器，它以高可靠性、高性价比，在工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。1.3 课题研究的内容和方案论证该设备由处理单元、发射模块、接收模块、外接电路等构成。当发射模块发出信号时，接收模块对应的开关就会执行相应的操作，以 LED 灯
7、的亮灭来显示开关的状态。（1）处理单元：对比了 51 系列和 C8051 系列单片机的各项性能指标后，选择兼容性较好，性能稳定的 C8051F310 单片机作为处理单元，该单片机系统工作电压为 2.7V3.6V 之间。（2）发射和接收装置：无线收发单元选用 CC1101 射频芯片。CC1101 与单片机采用 SPI 接口连接，该芯片体积小，功耗低，数据速率支持 1.2500 kbps 的可编程控制，可以工作在 915 MHz、868 MHz、433MHz、315 MHz 四个波段，在所有频段提供-3010 dBm 输出功率。本文中 CC1101 工作在 433 MHz 的频率上，采用 FSK
8、调制方式，数据速率为 100 kbps，信道间隔为 200kHz。2 无线遥控概述无线遥控器顾名思义，就是一种用来远程控制机器的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。时至今日，无线遥控器已经在生活中得到了越来越多的应用，给人们带来了极大的便利。随着科技的进步无线遥控器也扩展到了许多种类，简单来说常见的有两种，一种是红外遥控模式，另一种是防盗报警设备、门窗遥控、汽车遥控等等常用的无线电遥控模式。两者各有不同的优势，应用的领域也有所区别，本课题要研究的是无线电遥控模式。2.1 无线电遥控与红外遥控的对比无线电遥控器（RF Remote Control）是利用无线电
9、信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。常见的无线电发射接收模块常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分一般分为两种类型，即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、 。接收部分一般来说也分 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 4 页 共 41 页4 为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。
10、超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。红外遥控器（IR Remote Control）是利用波长为 0.761.5m 之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。红外遥控常用的载波频率为 38kHz，这是由发射端所使用的 455kHz 晶振来决定的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二
11、极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容
12、易，可进行多路遥控。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于 10 米）遥控中得到了广泛的应用。图 2.1 无线电遥控器由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW 左右） ，所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 5 页 共 41 页5 外接收头。红外遥控和无线遥控是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性、不能有阻挡、距离一般不超过 7 米、不受电磁干扰，电视机遥控器就是红外遥控器；无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是
13、无方向性、可以不“面对面”控制、距离远（可达数十米，甚至数公里） 、容易受电磁干扰。在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决，基于本课题的设计要求，所以选择无线电遥控。2.2 无线电遥控技术的发展无线电遥控技术发展只有几十年的历史：本世纪 20 年代才刚刚出现无线电遥控的雏形。那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。二次世界大战以后，无线电遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。到现今，随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发
14、展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。为此，在前人研究的基础上设计出了一种集成芯片无线电遥控多通道开关系统的设计方法。研究表明，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，适用于含有较多
15、受控电器的场合，可实现多路多功能控制。图 2.3 传统机械开关 图 2.4 无线遥控开关传统的机械式开关愈来愈满足不了人们追求完美生活的需求。随着生活水平的不断提高，科学技术的不断创新，智能型无线遥控技术取代传统的手动控制，已成为现 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 6 页 共 41 页6 代生活的一种时尚。运用无线遥控照明开关，在某一空间的任意位置，任意时刻，都可以随意调控电灯及其它电器，让我们真正感受到高科技带来的无穷魅力和便捷。无线遥控与红外遥控、声控相比较，具有无线遥控覆盖范围宽，控制距离远，穿透力强等特点，在诸如爆破遥控、工厂生产控制和一些地形地貌险要、操作人员难接近或不能接近的实际场合中，更显魅力，倍加令人注目。近些年来无线遥控技术在家庭生活和科学研究中也占很重要的地位，在汽车、摩托车防盗报警中，在门、窗、库房控制中，在儿童玩具中，在无线数据传输，无线定时控制中，无线遥控获得更加广泛的应用。无线电遥控器是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种性能良好的遥控器种类，在车库
