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(畢業(yè)論文)紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-資料下載頁(yè)

2025-06-28 07:02本頁(yè)面
  

【正文】 熱的溶液,這樣速度可以快很多)中進(jìn)行腐蝕,腐蝕的時(shí)間過長(zhǎng)或過短都會(huì)造成腐蝕的效果不好,一定要有專人看護(hù)其進(jìn)度情況;最后,將銅板進(jìn)行打孔,打孔的鉆頭一定要與焊盤孔相匹配,否則,過大會(huì)將焊盤的銅箔打掉,過小,又會(huì)造成元器件插不進(jìn)去,這些都是不行的;所以在制板的過程中一定要注意以上事項(xiàng)。系統(tǒng)組裝過程中,首先就是元器件的焊接,在元器件焊接之前應(yīng)該先用紗布將電路板打磨一遍,這樣可以將銅箔氧化的部分去除掉,以便于焊接;在焊接過程中還要注意焊錫的量要得當(dāng),過多可能造成電路短路,過少有可能造成虛焊;元器件焊完后,給發(fā)熱量大的元器件裝上散熱片,這用有利于散熱增加系統(tǒng)的穩(wěn)定;最后可以在板子的四個(gè)角上安裝四個(gè)銅柱,一方面可以增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的美觀,另一方也可以使避免電路板放在導(dǎo)電體上發(fā)生短路的危險(xiǎn)。通過以上步驟,一個(gè)完整的電路硬件部分就制作完成了,這時(shí)可以再檢查一下是否有元器件漏焊、焊錯(cuò)的情況,以確保電路的正確。7 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 在硬件電路調(diào)試中,可以將電路分成以下幾個(gè)模塊來調(diào)試:電源部分調(diào)試必須放在所有別的調(diào)試之前,如果一個(gè)系統(tǒng)連供電都不正常,那么根本就談不上實(shí)現(xiàn)別的功能。在系統(tǒng)上電之前,先將電路中的集成塊(主要包括NE55AT89S5MAX23TS1620)取下(這樣可以防止電路反接將芯片燒壞);然后再接通電源,這時(shí)主要觀察電源指示亮不亮、有沒有燒焦的氣味和用萬用表檢查芯片引腳的電源和地是否正確;如果有則應(yīng)該立即切斷電源,再檢查錯(cuò)誤出在那里,例如,有沒有短路、虛焊的情況等。 紅外通信電路調(diào)試 這一部分主要包括紅外發(fā)射和接收兩個(gè)部分;在調(diào)試時(shí),可以將這兩個(gè)部分一起進(jìn)行聯(lián)調(diào),具體硬件原理如圖71所示 圖71 紅外通信調(diào)試電路在調(diào)式中,我們的首要任務(wù)就是將555振蕩器的波形校準(zhǔn),其步驟如下:先將NE555的RST接到電源上,這樣555電路就構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器,雖然理論上可以算出R15的阻值,但是在調(diào)試過程中我們必須結(jié)合實(shí)際電路來測(cè)試。然后將示波器的探頭放在NE555的OUT(3腳)端,接下來調(diào)節(jié)電阻R15的阻值,直到調(diào)節(jié)到輸出波頻率為38KHZ,555輸出波形如圖72所示。圖72 555振蕩器波形校準(zhǔn)圖下圖73為我們?cè)谡{(diào)試過程中,為了更直觀地比較輸入輸出的信號(hào)關(guān)系,所測(cè)得的555輸出波形和紅外發(fā)射管的發(fā)射波形圖。圖 73 38KHZ信號(hào)輸入與輸出波形對(duì)比在載波電路和發(fā)射電路都調(diào)試好后,接下來我們調(diào)試信號(hào)的調(diào)制部分,這部分調(diào)制信號(hào)主要控制555的RST端,當(dāng)調(diào)制信號(hào)輸入為高電平時(shí)則555輸出38KHZ載波,當(dāng)輸入為低電平時(shí),則555被復(fù)位即輸出也為低電平;其具體的波形圖如圖74所示。圖74 信號(hào)的調(diào)制波形為了使接收端接收到的信號(hào)與發(fā)送端信號(hào)相位保持一致,我們?cè)诎l(fā)射端加上74HC04非門來對(duì)信號(hào)反相,測(cè)得的單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和調(diào)制信號(hào)的輸出波形如圖75所示。 圖75 發(fā)送信號(hào)與調(diào)制輸出波形圖發(fā)射部分調(diào)試好了以后,接下來就可以將發(fā)射與接收進(jìn)行聯(lián)調(diào),下圖76就是系統(tǒng)信號(hào)的調(diào)制發(fā)射與接收號(hào)圖。圖76 調(diào)制發(fā)射和接收解調(diào)波形上圖可以看到當(dāng)發(fā)射信號(hào)的頻率為38KHZ時(shí),則解調(diào)輸出就為低電平;不是這一頻率信號(hào)時(shí),則解調(diào)輸出就為高電平。這與理論分析是相吻合的。最后就是測(cè)試發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)是否存在相位差,如果相位差過大就會(huì)導(dǎo)致接收到的數(shù)據(jù)不能在單片機(jī)中正確處理。其實(shí)前面之所以要在發(fā)射端加上一級(jí)非門對(duì)信號(hào)進(jìn)行反相,也就是為了使接收到的信號(hào)與發(fā)射信號(hào)步調(diào)一致。如果這一步測(cè)試也成功,則硬件通信部分的調(diào)試就基本上順利完成了。下圖77就是我們測(cè)試到的發(fā)送與接收信號(hào)波形圖。圖77 發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)波形圖 從圖上可以看到,發(fā)送信號(hào)在接收端基本上無失真的被還原出來了,這代表著整個(gè)系統(tǒng)的核心部分—紅外通信調(diào)試成功。相對(duì)與上面的兩個(gè)模塊來說液晶調(diào)試比較簡(jiǎn)單,我們只要調(diào)節(jié)背光的分壓變阻器,當(dāng)看到液晶顯示出現(xiàn)灰色點(diǎn)狀陣列就可以了。 軟件調(diào)試在硬件調(diào)好的基礎(chǔ)上,借助與簡(jiǎn)單的軟件進(jìn)行級(jí)聯(lián)調(diào)試。在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳輸正常的情況下,逐漸增大軟件的功能。在軟件調(diào)試中最好先調(diào)試顯示部分,因?yàn)楹竺娴臄?shù)據(jù)接收正確與否只有通過顯示部分才能得知,接下來就分別調(diào)試溫度采集、紅外發(fā)射接收、報(bào)警等部分;下面具體分析系統(tǒng)與PC機(jī)通信測(cè)試,數(shù)據(jù)傳輸情況如圖72所示。圖72 PC機(jī)串口通信調(diào)試 由圖可知,首先主機(jī)向PC機(jī)發(fā)送聯(lián)系信號(hào)“41”,PC機(jī)接收到“41”后向主機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)“42”,主機(jī)接收到“42”后,則顯示“OK”表示接收正常。否則會(huì)繼續(xù)聯(lián)系。在圖中看到PC也接收到了“42”這個(gè)信號(hào),這是由于PC機(jī)的串口工作在全雙工狀態(tài),所以它會(huì)接收到自己發(fā)送的數(shù)據(jù),但在兩個(gè)單片機(jī)之間進(jìn)行無線通信時(shí),可以采用軟件屏蔽的方法來避免此種現(xiàn)象的發(fā)生。接下來主機(jī)開始發(fā)送模式命令3333分別代表模式3,從機(jī)必須發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào),否則主機(jī)便會(huì)一直發(fā)送命令。本次測(cè)試中發(fā)送模式2的應(yīng)答信號(hào),因此系統(tǒng)工作在主機(jī)發(fā)送,PC接收的狀態(tài);從上圖中可以看到中間一段數(shù)據(jù)63 00 00 08 0E不斷重復(fù);其實(shí)這就是接收到的溫度數(shù)據(jù)。63:表示一組溫度數(shù)據(jù)的標(biāo)志位;00:表示是第一路溫度數(shù)據(jù);00:表示溫度的正負(fù);00E分別為溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)和小數(shù)部分;計(jì)算算式為(符號(hào))(OE+08*)=+,及接收到的溫度為+。并且溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示,非常正確。總之,從硬件的調(diào)試過渡到軟件的調(diào)試和軟硬的混合調(diào)試,直到整個(gè)系統(tǒng)工作正常為止。 性能測(cè)試在系統(tǒng)工作正常的情況下,進(jìn)行系統(tǒng)的性能測(cè)試。本系統(tǒng)是基于紅外線的無線傳輸系統(tǒng),主要注重于傳輸?shù)木嚯x、速率和誤碼率。所以在測(cè)試系統(tǒng)性能時(shí),圍繞這三項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行。分別改變傳輸速度和距離,測(cè)試系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。具體測(cè)試結(jié)果如表71所示。表71 系統(tǒng)性能測(cè)試通信距離(m)傳輸速率(bps)系統(tǒng)工作情況11200正常2400正常4800有誤碼31200正常2400正常4800誤碼率較大51200正常2400正常4800不能通信71200正常2400有誤碼4800不能通信91200有誤碼2400誤碼率較大4800不能通信除了能正確數(shù)據(jù)傳輸外,本系統(tǒng)還具有以下功能特點(diǎn):準(zhǔn)確檢測(cè)主從、機(jī)當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度的能力;具有自動(dòng)搜索一組數(shù)據(jù)校驗(yàn)位的功能,這樣即使被什么東西擋住了,當(dāng)重新通信時(shí)可以自動(dòng)找到溫度數(shù)組的頭字節(jié);超時(shí)出錯(cuò)報(bào)警功能,當(dāng)由于某種原因促使一段時(shí)間內(nèi)接收不到信號(hào),則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警來提示通信不暢;通過串口可以與PC機(jī)進(jìn)行通信,則這樣可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)遠(yuǎn)程溫度的無線監(jiān)控,非常具有實(shí)用價(jià)值。通過上面的測(cè)試后,可以對(duì)系統(tǒng)的性能有一個(gè)大概的了解。下面就測(cè)試結(jié)果做一個(gè)簡(jiǎn)要分析:關(guān)于傳輸距離;本系統(tǒng)無誤碼傳輸距離的最大值為7m(速率為1200bps的情況下),為什么不能傳的更遠(yuǎn)呢?我們知道傳輸距離的遠(yuǎn)近和發(fā)射功率有直接關(guān)系;由于本系統(tǒng)采用5V電源供電,紅外管的發(fā)射功率較?。涣硪环矫嬗捎谕ㄟ^紅外管的電流太大會(huì)將管子燒壞;所以通過的電流不能太大,這兩方面都限制了紅外的發(fā)射功率,及將傳輸距離也被限制。關(guān)于傳輸速率:由測(cè)試知道當(dāng)傳輸數(shù)率為4800bps時(shí),即使通信距離很近,誤碼率還是會(huì)很高;關(guān)于這個(gè)問題主要是由于載波的原因。因?yàn)樵诮邮斩耸褂玫氖?8KHZ的一體化紅外接收頭,這就要要求發(fā)送的載波信號(hào)也必須為38KHZ,也就是在一位發(fā)送數(shù)據(jù)中只有8個(gè)周期的載波,由于載波太少,當(dāng)在傳輸過程中受到外界干擾時(shí)。當(dāng)有幾個(gè)載波受到干擾時(shí)這樣就會(huì)造成很大的誤碼率;例如有1個(gè)周期的載波受干擾,出錯(cuò)率為1/8=;而當(dāng)傳輸數(shù)率為1200bps時(shí),出錯(cuò)率只有1/16=,這樣就減小了一半,所以通信的速率不能太高。8 結(jié) 論現(xiàn)階段,紅外無線數(shù)據(jù)通信發(fā)展非常迅猛,它可以廣泛運(yùn)用于軍事保密通信、家用電器遙控、工業(yè)控制等領(lǐng)域。本文中所介紹的應(yīng)用于單片機(jī)的紅外無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),利用單片機(jī)本身具有的串行通信功能,替代紅外通信中的編碼、解碼,從而在軟件上大大減少了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間。并且通過單片機(jī)串口通信具有硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、編程方便、通信可靠性高的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了通信雙方非接觸式的數(shù)據(jù)傳送。正是基于此前體下,在4個(gè)多月的時(shí)間里,主要完成以下任務(wù):(1)設(shè)計(jì)的紅外無線通信系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)和要求,系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集、數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)、紅外線的發(fā)射與接收、雙向通信、與PC機(jī)進(jìn)行信息交互、超時(shí)出錯(cuò)報(bào)警、液晶實(shí)時(shí)顯示模式與數(shù)據(jù)等功能。(2)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),主要包括:對(duì)單片機(jī)串口通信進(jìn)行了學(xué)習(xí)和研究,為本次系統(tǒng)的通信軟件設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ);研究TS1620液晶的控制時(shí)序;通過液晶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示,讓系統(tǒng)具有更好的人機(jī)交互界面。研究DS18B20溫度傳感器的控制方式,這樣為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了有意義的數(shù)據(jù)來源。(3)在各項(xiàng)電路理論研究的基礎(chǔ)上,使用protel軟件進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì),然后根據(jù)原理圖進(jìn)行PCB的排板和布線,并最終將電路板制作出來進(jìn)行硬件調(diào)試。(4)根據(jù)設(shè)計(jì)好的硬件電路,使用C語(yǔ)言編寫系統(tǒng)軟件,其中主要包括數(shù)據(jù)的串口通信控制、DS18B20溫度采集控制、TS1620液晶顯示控制部分。(5)在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)好以后,進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的功能測(cè)試,主要測(cè)試項(xiàng)目有:通信距離、傳輸速率、誤碼率;最后,根據(jù)出現(xiàn)的問題進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化,讓系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。通過本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多以前沒有接觸過的知識(shí)和方法,深刻體會(huì)到以下幾點(diǎn):(1)一定要要把基礎(chǔ)理論知識(shí)弄清楚,因?yàn)楹芏鄰?fù)雜的電路,其本質(zhì)都是由基本的電路構(gòu)成。所以,在進(jìn)行理論設(shè)計(jì)之前,最好把以前學(xué)過的數(shù)電、模電、高頻、通信等知識(shí)再溫習(xí)一遍。(2)要學(xué)會(huì)分析問題和解決問題,因?yàn)槔碚摵蛯?shí)踐有時(shí)會(huì)存在很大的差距,所以當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí),一定要正確的分析問題所在地。可以向老師和有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)請(qǐng)教,他們獨(dú)到的見解有時(shí)讓自己恍然大悟。(3)正確掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用,對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試是非常有幫助的。其主要的儀器有單片機(jī)仿真器、燒錄器、數(shù)字示波器等。雖然本系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能,但仍然存在一些不足,主要有以下幾個(gè)方面:(1)由于本系統(tǒng)采用5V直流電源供電,紅外發(fā)射管功率較小,其有效傳播距離在6m7m左右。為提高其有效距離,可采用發(fā)射管前外加透鏡聚焦的辦法。這樣可以減少紅外線的散射,增加傳輸距離;(2)紅外傳播具有角度較小的特點(diǎn),其方向性較強(qiáng),帶來相應(yīng)的缺點(diǎn)是接收時(shí)必須使收發(fā)對(duì)管在一定的接收范圍內(nèi),給實(shí)際操作帶來一定的困難。為克服以上不足,我們對(duì)接收對(duì)管進(jìn)行改進(jìn),采取“多—多”的模式,即多發(fā)射管對(duì)應(yīng)多接收管。增大紅外線的接收面積,提高接收精度,以及使用價(jià)值。致 謝本系統(tǒng)的順利完成,主要得力于我們的指導(dǎo)老師老師,從論文的選題到設(shè)計(jì)中所做的每一個(gè)工作步驟,陳老師都給予了全力的關(guān)懷和支持。在課題進(jìn)行期間,導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、敏銳的洞察力、活躍的學(xué)術(shù)思想、積極進(jìn)取的敬業(yè)精神和雷厲風(fēng)行的工作作風(fēng),一直激勵(lì)著我們開拓進(jìn)取和攻克難關(guān)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也與陳老師的不斷指正與鼓勵(lì)是分不開的,同時(shí)也是他給我提供了理論與實(shí)際結(jié)合的環(huán)境與平臺(tái),在此,在此表示崇高的敬意和衷心的感謝。在此,還要特別要感謝的有四位同學(xué),在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中他們給我提供了很多的幫助和支持,讓我明白了很多調(diào)試的技巧;感謝我的師兄師弟以及同班同學(xué),他們?cè)谏钆c學(xué)習(xí)中都給予了我很多幫助,與他們之間的交流使我受益匪淺。感謝所有關(guān)心、幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們。最后還要感謝我的父母和家人,他們?yōu)槲姨峁┝肆己玫谋U鲜刮夷茼樌瓿蓪W(xué)業(yè),他們多年來默默的支持和殷切的希望,是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力。參考文獻(xiàn)[1][M].電子工業(yè)出版社,2004.[2]馬全喜,李曉慧,[M].機(jī)械工程出版社,2006.[3]謝維城,[M].清華大學(xué)出版社,2006.[4]張大明 [M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006.[5]肖景和,[M].人民郵電出版社,2003.[6]曹雪虹,[M].清華大學(xué)出版社,2004.[7]周立功 (三)[M].北京航空航天大學(xué),2006.[8]曹志剛,[M].清華大學(xué)出版社,1992.[9]李光飛,[M].北京航空航天大學(xué)出版,2004.[10]李廣第,(修訂本)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2001.[11][J]. 電子科技 2005,8(總第 191 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