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日期:
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日期:
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
第1章绪论
1.1无线遥控系统的简介
无线遥控,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2种,一种是家电常用的红外遥控模式(IRRemoteControl),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(RFRemoteControl)。
无线遥控可以分为两种类型:
红外遥控和无线电遥控。
1.1.1红外遥控系统
红外遥控器(IRRemoteControl)是利用波长为0.76~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。
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。
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外接收头。
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。
在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12,所以455kHz÷
12≈37.9kHz≈38kHz。
也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等,一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
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。
.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。
1.1.2无线电遥控系统
另外一种无线遥控是无线电遥控(RFRemoteControl),它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。
作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类,在车库门、电动门、道闸遥控控制,防盗报警器,工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。
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、物尽其用,但使用者必须真正懂得电路原理,否则还是用遥控器来的方便。
接收部分一般来说也分为两种类型,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。
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(一般为465kHz)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。
无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz,遥控器使用的是国家规定的开放频段,在这一频段内,发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的,可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。
我国的开放频段规定为315mHz,而欧美等国家规定为433mHz,所以出口到上述国家的
产品应使用433mHz的遥控器。
无线电遥控器与红外遥控器的区别:
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。
1.2无线电遥控系统的发展状况
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
1.2.1无线电遥控系统的优势
美国、日本、德国以及包括中国在内的很多国家对遥控技术这一课题进行了大量的研究并取得了显著的成果。
从遥控视距的角度来看,遥控技术发展经历了下面三个阶段:
视距遥控(LOS)、超视距遥控(ELOS)和远程无线遥控。
对于视距遥控,操作员不与机器直接接触,已位于作业区的危险范围外,通过直接观察、发送指令来控制各种设备,一般来说,其可靠遥控作业距离为几十米。
在视距遥
控基础上发展起来的超视距遥控,虽然仍需要操作员靠近工作区作业,但通过其先进的数据传输手段和控制技术能够为操作员提供作业区的反馈信息来克服视距遥控的某些局限性,增强了操作员对设备的遥控控制能力(视距范围之外)。
1.2.2无线电遥控系统的发展趋势
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。
1.3无线电遥控系统的背景及意义
五十年代开始,半导体技术在我国受到重视。
一批从国外回来的著名科学家如:
黄昆、谢希德等组织了一些有志之士开始了半导体专门化研究,他们那时培养的学生大多数已成为我国固体物理学或半导体技术界的学科带头人。
七十年代,我们几乎停止了进步。
直到八十年代我国半导体技术才有开始有长足的发展。
应该讲我们与国外的差距正在缩小。
20世纪初首先解决了无线电报通信问又解决题。
接着了用无线电波传送语言和音乐的问题,从而开展了无线电话通信和无线电广播。
以后传输图象的问题也解决了,出现了无线电传真和电视。
20世纪30年代中期到第二次世界大战期间,为了防空的需要,无线电定位技术迅速发展和雷达的出现,带动了其他科学的兴起,如无线电天文学、无线电气象学等。
20世纪50年代以来,宇航技术的发展又促进了无线电技术向更高的阶段发展。
无线电技术的发展是从利用电磁波传输信息的无线电通信扩展到计算机科学、宇航技术、自动控制以及其他各学科领域的。
伴随着现代科技的发展,无线电遥控技术在现代工农业生产、国防、科研等
领域有非常广泛的应用。
1.3.1无线电遥控系统发展面临的挑战
遥控是指对被控对象按照所预定的意图对其内部参数、工作状态等进行远距离操纵。
遥控技术在现代工农业生产、科研、国防等领域有非常广泛的应用。
随着现代科技的发展,它们的应用也越来越普遍。
遥控技术一般应用于操作者不能或难以到达受控对象的场合。
而对于移动式的受控对象,则更不得不使用遥控技术。
例如在恶劣环境下作业的机器,人难以到现场操纵,就必须使用遥控技术进行远距离操纵。
又如工厂里的行车、模型飞机、模型舰艇,乃至当代的无人驾驶飞机、宇宙飞船、无线电制造导弹等,这些移动式设施就更缺不了遥控技术了。
现代遥控技术也是十分普遍地应用于各类家用电器中,如电视遥控、电灯遥控、电风扇遥控、空调器遥控等,这类应用提高了家用电器的功能和档次,更重要的是给使用者带来极大的方便。
设有遥控功能的电视机,使用者不用离开座位,只需使用手持红外遥控器旧可以进行节目切换,以及对音量、对比度、亮度等的调节。
在这些应用中,操作者与受控者之间并非“遥”,也非“难以到达”,仅为方便而已,因此对遥控的定义,应该广义的理解为操作者没有直接对遥控对象进行操纵
无线电遥控是使用无线电射频为载体来栽送遥控信息。
所谓射频,就是具有较强辐射能力的无线电频率,一般在几百kHz以上,通常也称为“高频”。
使用无线电射频传送遥控命令与红外或超声遥控有所不同,后二者遥控距离较近,而且具有方向性,特别是红外线的方向性强,不能跨越墙壁的阻挡,因此只能在小范围内,同一个房间内实现遥控操作,多用于家用电器的遥控。
1.3.2课题研究的意义
无线电遥控系统在工业遥控系统、居家保安/自动化系统、轿车保安系统、车库门控制器、电扇遥控、玩具遥控等等各个领域的成功运作,不仅加快了过国家工业、民用领域的自动化水平,随着不断发展,也给各大企业带来了无尽的商
机,然而目前大量的遥控设备技术指标不高,如在保密度、遥控距离、稳定性、静态功耗、抗干扰能力等各方面都需要再进一步改进和完善,尤其是许多遥控系统中还没采用当前许多性价比较高的芯片,而影响了总体遥控技术水平的发展,制约着人类进一步向海洋、太空等具有广阔发展的领域发展;
另外更重要是生活工作当中工作环境的恶劣,随着核工业、海洋作业、太空开发的飞速发展,无线遥控技术的发展占有越来越重要的地位。
随着工程设计学、机械电子工程学、无线电技术、自动控制技术、人工智能、计算机信息处理技术等学科的发展,现代无线遥控已经超出了其传统意义上的概念,同时还具有远程数据通信的功能。
无线遥控技术控制各种机械设备是提高远程控制能力的重要举措,是近年来快速发展的一大热点,它的迅速发展必然带来巨大的经济效益和社会效益。
1.4研究的内容和章节安排
第一章是绪论主要是简要介绍无线电遥控系统的背景资料,无线电遥控系统现在的发展情况以及将要面对的发展挑战和未来的发展趋势。
另外还有选择研究无线电遥控系统作为研究对象有什么意义。
第二章主要是针对无线电遥控系统设计方案的选择,然后对两个关键部分无线传输部分和控制部分进行具体方式的选择。
第三章是进行具体电路的设计,在模拟部分是对发射机和接收机进行设计,而在数字部分是对编码、解码、驱动三部分进行研究。
在整个无线电遥控系统设计完后,还有一些系统性能如在提高可靠性和抗干扰性的改善意见。
第2章设计方案的讨论
2.1总体设计方案
下面分别从系统设计的两个方面:
一是无线信号传输部分,二是控制部分,论述方案的设计思想。
2.1.1方案一
由发射系统和接收控制系统两部分组成整个系统。
它们的组成结构框图如图2.1和2.2所示。
系统的工作原理是首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号,同时启动能够产生带地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号的编码电路,再将该信号通过无线电发射电路发射出去。
将通过无线电接收电路接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认是否为本遥控开关系统地址,然后通过驱动电路来驱动遥控对象8个,且其中一个是电灯,用指令遥控电灯亮度,亮度分为8级并用数码管显示级数。
图2.1无线电遥控发射方框图
图2.2无线电接收机方框图
2.1.2方案二
整个可编程无线电遥控多通道开关系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。
开关系统的工作原理是首先通过按键编址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,则单片机电路产生相应的控制信号控制开关电路动作;
如果不是,则解码电路不解码,单片机电路不响应,开关电路无任何动作。
系统软件的设计主要是通过编程实现单片机对开关电路的状态进行控制。
充分利用其软硬件资源,可以实现对受控电路的多种状态进行控制,还可以实现单键控制多路电路。
利用单片机对开关电路进行控制还使得控制电路扩展方便,控制灵活。
2.2方案比较
在方案一中采用专用编码/解码集成电路,系统的可靠性在电路内部的重复辨识确认下提高了,从而使多个同一结构的无线电遥控开关系统在有效距离内相互干扰问题得到了解决。
另外我们运用了在发射系统中电源开关的设计,当按下指令键时发射系统才上电,松开时发射系统断电,从而使发射
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