【正文】 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 題 目： 多路無線遙控開關(guān) 設(shè)計 系 別 ： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 √ 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 1 頁 共 41 頁 1 摘 要 無線射頻技術(shù)作為本世紀最有發(fā)展前 景 的信息技術(shù)之一，已 經(jīng) 得到業(yè)界的高度重視。 該技術(shù) 利用射頻方式進行非接觸雙向通信， 可以 自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強、抗干擾強、操作快捷等許多優(yōu)點。 無線電遙控器 是 利用無線 射 頻 信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設(shè)備 ， 本文針對擁有多種家用電器的現(xiàn)代化家庭，設(shè)計了一 套 能夠控制多 路用電器的 無線遙控開關(guān)。這是 一款基于 CC1101 通信模塊的簡單無線 電遙控 系統(tǒng)，該系統(tǒng)由 發(fā)射 模塊和 接收 模塊組成，以 C8051F310 單片機為核心，以單片機應(yīng)用技術(shù)、無線收發(fā)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā) 及 狀態(tài)的 顯示。 該無線遙控開關(guān) 電路 可控制 八路開關(guān)，可在中短距離（≤ 30 米）內(nèi)，無需對準用電器按一按遙控器按鈕，即可 實現(xiàn)多路遙控電源電路接通與斷開的目的，不僅適用于一般家庭，而且也 適合于各大賓館、飯店、豪華別墅等 場所使用。 經(jīng)過試驗驗證，該無線遙控開關(guān)操作方便，工作可靠，符合設(shè)計要求。研究成果對促進家居電器的智能化具有重要意義。 關(guān)鍵詞： C8051F310； CC1101； 無線電； 遙控 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 2 頁 共 41 頁 2 引言 近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。而無線通信技術(shù)又有著集成化，低功耗，易操作的發(fā)展趨勢。目前，一些只由微控制器和集成射頻芯片構(gòu)成的無線通信模塊不斷推出，這種微功率短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在工業(yè)、民用等領(lǐng)域得到應(yīng)用廣泛。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微功率短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 作為一種無線通信實用技術(shù)，一般使用單片射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊，只要依據(jù)命令字進行操作即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能。一個簡易無線傳輸系統(tǒng)可以由微控制器，單片射頻收發(fā)芯片以及少量外圍和顯示設(shè)備 等 構(gòu)成， 本課題主要研究的是由 C8051F310 單片機最小系統(tǒng)和 CC1101 無線通信模塊組合而成的多路無線遙控器。 1 設(shè)計任務(wù)分析 設(shè)計要求 設(shè)計實現(xiàn)多路無線遙控開關(guān)，對室內(nèi)范圍內(nèi)的受控對象進行無線遙控，通信利用無線射頻芯片 CC1101 實現(xiàn)，工作頻率 433MHz， 遙控距離 10m 以上。 可以對 家庭、辦公室、商場、酒店、醫(yī)院、倉庫等場所的燈具照明控制和類似用途電器的控制 ，也可以實現(xiàn) 隔墻遙控 ， 在房間可遙控客廳的燈具 等。 要求與數(shù)據(jù) ： （ 1） 工作頻率 433MHz； （ 2） 遙控路數(shù)不少于 8； （ 3） 遙控距離 10m 以上； （ 4） 受控對象： 燈具 和家用電器 。 課題研究背景和意義 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展 ，近距離無線通信技術(shù)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。受到越來越多人的關(guān)注。因為在現(xiàn)實生活中存在著許多這樣的應(yīng)用情況，系統(tǒng)需要實時傳輸小量的突發(fā)信號，當(dāng)然傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)雖然能夠滿足要 求，但免不了存在成本高，體積大，功耗大的問題，這時成本小，體積小，功耗低的短距離無線通信技術(shù)就發(fā)揮了它的優(yōu)勢，尤其在傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)難于或者不便于覆蓋到的區(qū)域，短距離無線通信技術(shù)可以在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信或相關(guān)操作。 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已成為 當(dāng)今通信業(yè)乃至整個信息業(yè)的熱點 ， 廣泛 應(yīng)用于無線遙控、報警、無線局域網(wǎng)、軍事通信等范圍，具有一定的實際應(yīng)用價值。 通常情況下，單片機在獲取數(shù)據(jù)后，還需要將數(shù)據(jù)傳送出去。有 線數(shù)據(jù) 傳輸 依賴于有線 的線路 ，例如采用有線的串、并行總線、 I2C 總線、 CAN 總線等 。 有線 的線路具有成本比 較高、維護不方便等缺點。 無線數(shù)據(jù) 傳輸 是在有線數(shù)據(jù) 傳輸 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 3 頁 共 41 頁 3 而無線數(shù)據(jù)通信則是通過 發(fā)射模塊和接收模塊 來傳送數(shù)據(jù)的， 具有不占空間、成本低、可靠性高、維護方便及傳輸過程中的干擾小等優(yōu)點，提高了傳輸過程中的可靠性。 本系統(tǒng)是基于 單片機 的 無線遙控器 ，它 以高可靠性、高性價比， 在 工業(yè)控制以及無線智能家居領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 課題研究的內(nèi)容和方案論證 該 設(shè)備 由 處理單元 、發(fā)射模塊、接收模塊、 外接電路 等構(gòu)成。 當(dāng) 發(fā)射模塊 發(fā)出信號時， 接收模塊 對 應(yīng)的 開關(guān)就會執(zhí)行相應(yīng)的操作， 以 LED 燈 的亮滅來 顯示開關(guān)的 狀態(tài) 。 （ 1）處理單元： 對比了 51 系列和 C8051 系列單片機的各項性能指標后，選擇 兼容性較好，性能穩(wěn)定 的 C8051F310 單片機 作為處理單元 ，該單片機系統(tǒng) 工作電壓為 ~ 之間。 （ 2） 發(fā)射 和接收 裝置： 無線收發(fā)單元選用 CC1101 射頻芯片。 CC1101 與單片機采用 SPI 接口連接，該芯片體積小，功耗低，數(shù)據(jù)速率支持 ～ 500 kbps 的可編程控制，可以工作在 915 MHz、868 MHz、 433MHz、 315 MHz 四個波段，在所有頻段提供 30～ 10 dBm 輸出功率。本文中CC1101 工作在 433 MHz 的頻率上， 采用 FSK 調(diào)制方式，數(shù)據(jù)速率為 100 kbps，信道間隔為 200kHz。 2 無線遙控概述 無線遙控器顧名思義，就是一種用來遠程控制機器的裝置?，F(xiàn)代的遙控器，主要是由集成電路電板和用來產(chǎn)生不同訊息的按鈕所組成。時至今日，無線遙控器已經(jīng)在生活中得到了越來越多的應(yīng)用，給人們帶來了極大的便利。隨著科技的進步無線遙控器也擴展到了許多種類，簡單來說常見的有 兩 種，一種是紅外遙控模式，另一種是防盜報警設(shè)備、門窗遙控、汽車遙控等等常用的無線電遙控模式。兩者各有不同的優(yōu)勢，應(yīng)用的領(lǐng)域也有所區(qū)別 ，本課題要研究的是無線電遙控 模式 。 無線電遙控與紅外遙控的對比 無線電遙控器（ RF Remote Control）是利用無線電信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設(shè)備。 常見的 無線電 發(fā)射接收模塊常用的無線電遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分一般分為兩種類型，即遙控器與發(fā)射模塊，遙控器和遙控模塊是對于使用方式來說的，遙控器可以當(dāng)一個整機來獨立使用，對外引出線有接線樁頭；而遙控模塊在電路中當(dāng)一個元件來使用，根據(jù)其引腳定義進行應(yīng)用，使用遙控模塊的優(yōu)勢在于可以和應(yīng)用電路天衣無縫的連接、體積小、價格低、。接收部分一般來說也分為兩種 類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機相同，它是設(shè) 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 4 頁 共 41 頁 4 置一本機振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號，與接收到的載頻信號混頻后，得到中頻信號，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機簡單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對較好；超再生式的接收器體積小、價格便宜。 紅外遙控器（ IR Remote Control）是利用波長為 ～ 之間的近紅外線來傳送控制信號的遙 控設(shè)備。 紅外遙控常用的載波頻率為 38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz 晶振來決定的。 常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。接收部分的主要元件為紅外接收二極管，一般有圓形和方形兩種。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工 作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進行多路遙控。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離（小于 10 米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 無線電遙控器 由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小（ 100mW 左右） ，所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路，最近幾年大多都采用成品紅外接收頭。紅外遙控和無線遙控是對不同的載波來說的，紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，它的特點是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過 7米、不受電磁干擾，電視機遙控器就是紅外遙控器；無線電遙控器是用無線電波來傳送控制信號的，它的特點是無方向性、可以不 “ 面對面 ” 控制、距離遠（可達數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、容易受電 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 5 頁 共 41 頁 5 磁干擾。在需要遠距離穿透或者無方向性控制領(lǐng)域，比如工業(yè)控制等等，使用無線電遙控器較易解決 ，基于本課題的設(shè)計要求 ，所以選擇無線電遙控。 無線電遙控 技術(shù)的發(fā)展 無線電遙控技術(shù)發(fā)展只有幾十年的歷史：本世紀 20 年代才剛剛出現(xiàn)無線電遙控的雛形。那時，人們試圖將遙控技術(shù)應(yīng)用于無人駕駛飛機和艦船上，但由于技術(shù)不夠完善而未能成功。二次世界大戰(zhàn)以后，無線電遙控技術(shù)發(fā)展迅速，并逐漸在軍事、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)技術(shù)等方面得到廣泛的應(yīng)用。到現(xiàn)今，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使得遙控技術(shù)有了日新月異的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機，智能化程度 大大提高。近年來，遙控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領(lǐng)域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波是由發(fā)射點向四面八方傳播，可以穿過阻擋物，而且可以傳播到很遠的距離，因此它的控制可以在很大區(qū)域和空間內(nèi)實現(xiàn)，成為遙控的主要方式，在國防、軍事、生產(chǎn)、建設(shè)和日常生活中有極廣泛的應(yīng)用。為此，在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計出了一種集成芯片無線電遙控多通道開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計方法。研究表明，采用該方法設(shè)計的遙控開關(guān)系統(tǒng)控制方便，適用于含有較多受控電器 的場合，可實現(xiàn)多路多功能控制。 圖 傳統(tǒng)機械開關(guān) 圖 無線遙控開關(guān) 傳統(tǒng)的機械式開關(guān)愈來愈滿足不了人們追求完美生活的需求。隨著生活水平的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，智能型無線遙控技術(shù)取代傳統(tǒng)的手動控制，已成為現(xiàn)代生活的一種時尚。運用無線遙控照明開關(guān)，在某一空間的任意位置，任意時刻，都可以隨意調(diào)控電燈及其它電器，讓我們真正感受到高科技帶來的無窮魅力和便捷。無線遙控與紅外遙控、聲控相比較，具有無線遙控覆蓋范圍寬，控制距離遠，穿透力強等特點，在諸 如爆破遙控、 工廠 生產(chǎn)控制和一些地形地貌險要、操作人員難接近或不能接近的實際場合中，更顯魅力，倍加令人注目。近些年來無線遙控技術(shù)在家庭生活和科學(xué)研究中也 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 6 頁 共 41 頁 6 占很重要的地位，在汽車、摩托車防盜報警中，在門、窗、庫房控制中，在兒童玩具中，在無線數(shù)據(jù)傳輸，無線定時控制中，無線遙控獲得更加廣泛的應(yīng)用。 無線電遙控器是利用無線電信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設(shè)備。這些信號被遠方的接收設(shè)備接收后，可以指令或驅(qū)動其它各種相應(yīng)的機械或者電子設(shè)備，去完成各種操作，如閉合電路、移動手柄、開動電機，之后再由這些機械進行需要的操 作。作為一種 性能良好 的遙控器種類，在車庫門、電動門、道閘遙控控制，防盜報警器，工業(yè)控制以及無線智能家居領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 無線電遙控常用的載波頻率為 315mHz或者 433mHz，遙控器使用的是國家規(guī)定的開放頻段，在這一頻段內(nèi)，發(fā)射功率小于 10mW、覆蓋范圍小于 100m或不超過本單位范圍的，可以不必經(jīng)過 “ 無線電管理委員會 ” 審批而自由使用。我國的開放頻段規(guī)定為 315mHz和433mHz，本課題選用 433 mHz頻段。 無線 電 遙控器的應(yīng)用 （ 1）工業(yè)行車：工業(yè)用行車是遙控系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的 領(lǐng)域之一，以德國為例，占遙控系統(tǒng)每年產(chǎn)量的