无线多路遥控发射与接收系统的设计分解.doc

毕业设计（论文）

题 目：
无线多路遥控发射及接收系统的设计

学生姓名：
张亚男
学 号：
2010010898
所在学院：
机械及电子工程学院
专业班级：
电信1004
届 别：
2014届
指导教师：
黄家兵

目 录
前言 1
1 无线遥控通信技术概述 1
1.1 无线遥控通信技术 1
1.2 无线遥控通信技术的应用 1
2系统总体方案设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 方案分析 3
3硬件系统设计 3
3.1 单片机最小系统设计 3
3.2 无线遥控发射接收模块设计 4
3.2.1 基于PT2262无线编码模块 4
3.2.2 基于PT2272无线解码模块 6
3.3 点阵屏显示模块设计 7
3.3.1点阵屏概述 7
3.3.2 点阵屏设计思路 8
3.4 实物图 9
4软件系统设计 10
4.1语言选择 10
4.2软件总体设计 10
4.3整体程序设计 10
5调试 11
5.1 调试过程 11
5.2 实物调试 11
6 抗干扰措施 12
7 总结 12

17 / 22
前言
无线通信技术已经成为当代最具发展前景的信息技术之一，得到了相关领域人士的高度重视。它的应用非常广泛，发展也非常迅速，其在航空航天、航海、无线电遥控等领域实用价值很高。无线通信技术，就目前的发展趋势来看，它能耗低，易于集成化，可控性强。在民用和工业等领域中，小功耗的无线电通讯模块日益受到人们的青睐，其模块化强，只需用不同型号的单片机加上各种无线收发模块和相应的外围器件电路即可构成适用于不同场合的无线电通讯模块。只要硬件电路搭建规范，软件系统设计正确合理，即可实现基本的无线数据传输功能。无线通信技术具有很强的适应性，数据反馈精确，抗外界扰动能力强。本课题采用了编码芯片PT2262和解码芯片PT2272及STC89C52和LED点阵屏的搭配，设计了无线电遥控发射接收系统，利用按键实现多路无线遥控控制，控制51单片机实现点阵屏的显示功能。

1 无线遥控通信技术概述
1.1 无线遥控通信技术
无线多路遥控通讯技术，一般是，将受控信号调制后，经功率放大发射出去，再利用电磁波的空间自由传播特性，实现对远方受控对象的及时控制，适用于民用和工业化控制中。目前，无线多路遥控器已经普遍的应用于人们的日常生活中，极大的方便了人们的生活。因为实际应用的条件不同，所以两者在不同的方面各有优缺点。本课题研究的是无线电遥控模式。

1.2 无线遥控通信技术的应用
（1）遥控玩具：目前，市面上的遥控玩具种类繁多，遥控玩具占据玩具市场的很大份额。比如当下很受航模爱好者所喜欢的遥控小车、遥控直升机、四轴飞行器、遥控机器人等等。航模爱好者除了购买成品外，很大一部分爱好者也喜欢自己动手制作，就出现了当下很流行的DIY小车、DIY四轴飞行器等，既开发了他们的智力，也增强了其动手能力。
（2）吊车：一辆大型卡车起重机远程控制系统，一般情况下都配备了数据反馈装置，反馈装置再将各种反馈的运行参数，实时显示在控制系统的显示屏上，操作人员根据反馈在显示屏上的实时数据，从而进行相应的控制操作。
（3）矿山机械：使用本装置，操作者可以选择最佳的定位孔，而不必因为钻孔定位不准确造成不必要的误差。为了增强工地施工的安全性，提高无线电遥控装置的可控性，我们通常使用ip65安全保护标准。使用工业无线电遥控装置不仅提高了效率，而且也节约了投资。
（4）混凝土泵车：混凝土泵车操作控制台从几十米面浇筑作业，甚至几百米的高度，传统模式运行成本高，而且效率低，大大限制了混凝土泵车的性能发挥，若是大排量泵车，问题就更加的突出。因此，利用工业无线遥控装置，可以充分发挥其整体性能，开阔操作人员的视野，并且可以实现灵活的控制操作。使用工业无线电遥控装置不仅提高了效率，而且也节约了投资。
（5）其它方面：以上阐述了无线电遥控通讯技术的一些应用，不仅及此，在其他的一些方面，该技术仍有广泛的应用。而且作为及其他技术的交叉学科，其对其他技术的发展也起到了极大的推动作用。

图1四轴飞行器 图2混凝土泵车

2系统总体方案设计
2.1 设计要求
按照毕业设计的要求，本课题要求设计出一个无线电遥控发射及接收系统，利用按键控制操作实现多路遥控控制，并且要给出该设计的原理说明和相应的电路说明。同时也要给出该设计的硬件电路，以及所选遥控电路的编码和解码原理说明，并且提出合理
的抗干扰措施。
2.2 方案分析
为了使无线多路遥控发射接收系统，描述起来不那么抽象，并且为了满足设计要求，达到课题设计的目的，本设计是利用4路无线遥控装置控制51单片机实现点阵屏的显示功能，做出实物以验证方案可行性。发射模块利用按键控制，利用编码芯片PT2262进行编码，然后再进行功率放大将发射信号发射出去。天线接收该信号，及之相对应地址码相同的解码芯片PT2272进行解码，VT端口由常态低电平转为高电平，说明此次接收有效，进而再利用51单片机控制点阵屏实现相应的显示功能。整个系统构造清晰明了，很好得达到了方案设计的既定要求。
2.3 系统总体方案设计
按键控制
PT2262编码
功率放大
315MHz调制
编码输出
PT2272解码
天线接收
单片机控制
点阵屏显示

图3 系统总体方案设计
3硬件系统设计
3.1 单片机最小系统设计
51单片机最小系统设计简单，主要是由51单片机，复位电路，时钟电路外加电源供电电路所组成。它提供四个外部接口，分别是P0口、P1口、P2口、P3口作为公用的输入及输出接口为用户所使用。51系列的单片机有很多，本设计我们用的是51单片机，STC12C5A60S2，引脚跟51单片机兼容，并且扩展了其功能。两个电容我们通常选择30皮法，晶振频率选为12MHz。复位电路：当RST端由低电平转为高电平的时候，可实现单片机的复位及初始化。本设计采用的是已模块化的单片机最小系统，工作稳定。

单
片
机
复位电路
时钟电路
电源
输入/输出
设备

图4 单片机最小系统方框图

图5 单片机最小系统电路原理图
3.2 无线遥控发射接收模块设计
3.2.1 基于PT2262无线编码模块
正如许多车辆防盗系统中的遥控装置一样，该遥控编码发射模块的外形精巧美观。下图为发射器的外形图，电路板上有四个控制按键和一个LED指示灯，12V电池供电。目前市面上的一般还使用L C振荡器，稳定性差，即便是使用微调电容，也不能很好的保证在当外界温度变化过大或者出现震荡后已调的频点不会发生偏移，缩短发射距离。而该编码发射模块，内部使用声表谐振器，有很好的稳频功能，频率稳定性，也很高，不需要调整频点，多发一收的状态下，效果显著。
当接收天线接收到发射端的信号后，解码芯片 PT2272进行两次核查比较后，VT端输出高电平（常态低电平），同时D0— D4引脚输出高电平，如果按键一直按下不松开，则编码芯片连续发射信号，VT端口以及数据端口一直输出高电平。当发射模块未按下按钮的时候，编码芯片未上电，其Dout(编码输出)端（17引脚）处于常态低电平，因此编码发射电路不工作；当停止按下按键时，Dout端为低电平，此时高频发射电路停荡，高频发射模块终止发送数据。因此，17引脚Dout端控制着高频发射模块数据的发送。
发射频率：315MHZ（声表谐振器）；传输距离为：0-80m；编码器类型为：固定码类型；供电电压：12v。无线电遥控发射模块一般是及相同类型的解码接收模块结合使用，只要接收解码后信号有效，即可进行相应的控制，比如用单片机进行控制相应的灯或着电源开关，或者是各种显示模块的显示切换。

图6编码发射模块实物图 图7 PT2262引脚图

按键控制
PT2262编码
功率放大
315MHz调制
编码输出

图8 PT2262无线编码模块
3.2.2 基于PT2272无线解码模块
接收天线收到的信号，输入解码芯片PT2272的DIN端（14脚），进而对所收到的信号解码。接收模块工作电压为：直流 5 V；尺寸(mm)为：7×20×49 ；工作电流为：5 mA 。应用说明：无线电遥控接收模块一般是及相同类型的编码发射模块结合使用，只要接收解码后信号有效，即可进行相应的控制。

图9 编码接收模块实物图 图10 PT2272引脚图
编码芯片PT2262、解码芯片PT2272的1-8引脚，通常，我们设为地址的设置位。对于本设计所使用的遥控收发模块，我们默认8位地址码和4位数据码进行设置。每个引脚有3种选择，所以3的8次方共有6561种不同的情况，即地址编码共6561种。无线收发模块的生产厂商为了用户的便利以及为了用户能更具灵活性的使用该模块，市面上的编码芯片PT2262以及解码芯片PT2272的1~8引脚通常情况下都设置为悬空状态，用户若想改变无线收发模块的地址码，只需在相同的引脚上设置相同即可。比如，某个实验室里在一家店里买回来一批该无线收发模块去遥控四轴飞行器，若在不事先查阅资料的情况下，就会很诧异的发现每一个遥控器都可以控制所有的四轴。要想解决该问题，例如只需将编码芯片PT2262的第2引脚接GND，再将解码芯片PT2272的第2引脚接GND，其他的引脚悬空，实现配对设置即可。这样，在及其他人员设置不同的情况下，就不会再出现一控多的情况。配对设置后，接收模块VT（解码有效确认）端以及D1～D4端就会出现高电平信号，用户只需放大该信号便可驱动相应设备进行相应的控制。
3.3 点阵屏显示模块设计
3.3.1点阵屏概述
近些年来，LED点阵屏得到广泛的关注，发展也很快。它被应用于商场、店铺、车站、公告牌、酒店、学校等不同的户外场所，其中以广告宣传为主。之所以选择LED，是因为它有能耗低而且高亮度，使用时间长，使用稳定等优点。LED点阵屏是由LED灯组成，以同一时刻点亮不同LED灯来显示不同的文字、图画、视频等。它通常情况下由电源模块、控制模块以及显示系统组成，用户使用时各部件已模块化，使用起来非常方便，电脑输入不同的字库或者图片，即可显示相应的图像，达到相应的控制目的。

图11 LED点阵屏
常见的LED点阵的尺寸为：16×16、8×8、5×8、4×8、4×4等。比如拿8×8点阵屏举例，它的LED灯的数量是64个，每一个LED灯都分布在行及列的交叉点上，如下图所示。若想点亮发光二极管，必须行线给高电平，列线给低电平，这样点亮才有效。例如要想把右上角的一个发光二极管点亮，只需Y0给高电平，X0给低电平；要想把最右边的一列点亮，只需将X0给低电平，将Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7
给高电平，这样第一列即可显示出来。因此，用上述方法，只需将相应位置的发光二极管点亮，即可组成不同的文字或图案。
本设计中，我们的即定要求是当发射模块按钮A按下时，8×8点阵显示1的图案。这时数组里存放的是：0x00，0x00，0x00，0x80，0xFF，0x82，0x00，0x00，从右往左取，因为发光二极管低电平时点亮，所以代码进行取反操作，LED点阵屏上即显示出1的图案。其他图形的显示及上述类似。

图12 8*8 LED模块内部电路
3.3.2 点阵屏设计思路
此次设计我们使用了三片74HC595芯片，这种芯片是移位寄存器的一种，其最大的特点是其输出时为可控制的三态输出，当其为串行输出时还可以控制下一级的级联芯片。三个芯片工作时其中的一个芯片控制两种颜色的公共端，另外两个芯片分别控制剩下的的两种颜色，不过此次设计只用了其中一种颜色。74HC595是串行转并行的芯片，可以多级级联。SCK为数据输入提供时间基础，为输入时钟信号，数据输入后，控制锁存，然后保持，文字或者图形显示在LED点阵屏上。

图13 点阵屏电路原理图

3.4 实物图

图14 实物图
4软件系统设计
4.1语言选择
对于我们经常使用的单片机来说，我们通常用到的编程语言是C语言和汇编语言。汇编语言及硬件关联更大，但相对而言，编程较复杂，设置内容较多。而C语言，编程比较简单，模块化强，且可维护性强。所以在此次毕业设计中我选择自己较为了解的C语言来编程。

4.2软件总体设计

图15 发射部分程序流程图 图16 接收部分程序流程图

4.3整体程序设计
见附录

5调试
5.1 调试过程
电路连接过程：在保证最小系统正常工作的前提下，给最小系统、接收模块、点阵屏模块供电。用6个I/O口去控制点阵屏正常显示，它们分别是P1^0、P1^1、P1^2和P2^0、P2^1、P2^2，后三个I/O端口连接另外一片74HC595芯片的12，11，14引脚。然后用P0^0、P0^1、P0^2、P1^3四个I/O端口分别去连接接收模块的D0、D1、D2、D3。
当发射模块按下A键时，点阵屏上显示为1；当发射模块按下B键时，点阵屏上显示为2；当发射模块按下C键时，点阵屏上显示为3；当发射模块按下D键时，点阵屏上显示为4。当按下不松手时，点阵屏数字显示，当一旦松手，点阵屏数字消失。
设计此系统的最初想法是利用按键控制来实现多路的遥控控制。本设计利用4路无线遥控装置控制51单片机实现点阵屏的显示功能，做出了实物，很好了验证了本课题的可行性。
5.2 实物调试

图17 实物调试

6 抗干扰措施
对于无线电系统的运作常常受到很多方面的干扰，最主要的一般有工业类、电台类和天电等因素都会干扰其正常运作。工业干扰指：不同的电器引起的干扰；电台干扰指：其他的无线电设备引起的干扰。天电干扰指：大气中不同的电磁现象所产生的干扰。为了降低各种干扰的影响，我们一般采用的方法有：选择适当的工作频率以减少其他无线电设备引起的干扰；在电路板设计的时候，地线及电源线要尽可能的粗，并且模拟地及数字地要分开设置，最后再并接至电源地。
在实际测试中，我们观察到其实际的遥控距离没有我们想象的那么远。在多次测试后效果还是不佳，后来翻阅资料后得知原来51系列的单片机容易受到外界的各种电磁干扰，当单片机遇到电磁干扰后，其时钟频率会对系统的接收模块造成干扰从而导致遥控距离缩短。为了尽可能的提高接收距离，我们可以把单片机及接收模块分别进行供电，并且使接收模块远离单片机的时钟区，除此之外还可以连接一个隔离电路在单片机的接口及遥控接收模块之间，以减小单片机的工作频率，从而减少电磁因素对单片机的干扰。

7 总结
大学阶段最后一项学习任务就是毕业设计（论文），因此我高度重视，积极筹划，认真准备，以此来圆满的结束我的本科阶段学习。从最开始到图书馆大量的阅读文献，查阅资料，认真写下开题报告，到中期的论文初稿编写，实物制作，程序编写，再到近
段时间的无数次论文修改，每一个环节我都记忆犹新。本设计所涉及的知识点较多，有无线电通讯技术，电路分析，LED点阵屏知识，单片机应用技术等等，因此，不少内容也是从头学起，但是最终经过反复实验调试，很好的达到了设计要求。
为了达到设计要求，把遥控装置多路信号展示出来，本设计采用了编码芯片PT2262、解码芯片PT2272，STC12C5A60S2和LED点阵屏的组合搭配，设计出了无线遥控发射接收系统。利用按键实现四路信号的发射，控制51单片机，在8×8的LED点阵屏上显示四路信号的数字。并且提出了几点抗干扰的措施。系统设计清晰明了，很好的达到了设计要求。
但因个人学术水平有限，知识面不够广阔，因此，在此设计中还有许多地方有待修正。例如通讯距离较近问题以及信号出来后再进行其他外部应用的扩展等等。

致谢

大学中的得及失已成为过去，社会中诸多挑战等待我去迎接，我将扬帆起航。在此，首先我要感谢的是我的指导老师黄家兵老师。黄老师知识渊博，专业功底扎实，治学态度严谨，在本科的专业课程中，我已经深受教诲，我不仅在专业知识上获得了不小的进步，而且通过黄老师言行的耳濡目染，我也学会了不少做人的道理。同时要特别指出的是，在我做毕业设计期间，各个方面都得到了黄老师的帮助和极大的支持，本设计才得以顺利完成。现在论文即将结稿，谨向黄老师致以由衷的感谢。同时也向在这四年当中帮助我成长、教授我知识的各位老师说声感谢，你们辛苦了。
同时，我也要感谢及相伴四年的同学们，无论是在学习中还是日常生活中，都得到了你们极大的帮助，在此向你们表示衷心的感谢，是你们的关心和帮助，使我无论是在日长生活中，还是在学习中都充满斗志，最终取得进步。我会牢牢记住这一段段情谊，珍惜这一段段情谊。