远程遥控系统的设计与实现 毕业论文.doc

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1、I 远程遥控系统的设计与实现远程遥控系统的设计与实现 摘要摘要:本设计是采用计算机技术和无线通信技术实现远程设备的控制，系统包括遥控 器端和设备控制器端两个部分。遥控器部分由单片机、按键和无线发射器组成，其 功能是通过不同的按键来接收不同的按键值，根据按键值向设备控制器端发送不同 的控制代码。设备控制器端也是一个单片机控制系统，由单片机、直流电机、步进 电机、显示灯和无线接收器组成，主要功能是根据接收的键值编码实现对不同设备 运行状况的控制。系统控制距离较远，应用方便，可应用于家用电子器件的远程控 制，还可应用于某些高危险操作下的远程控制，以及户外远距离通信。 本论文描述了远程遥控系统的基本原

2、理、方法和设计过程，论文主要包括：系 统方案论证、系统整体结构设计、单元电路设计、系统软件设计等部分，介绍了远 程遥控系统设计的基本思路，构建系统框架的方法以及在后期对系统的测试过程。 系统方案论证是本设计的前提，系统整体结构设计规划了设计的整体方向和实现过 程，是本设计的关键，单元电路设计是系统的最基本模块用来表述系统的工作原理 以及各模块的工作原理。 关键词：关键词：单片机；无线远程控制；直流电机；步进电机；驱动 II Remote control system design and implementation Abstract: This design is to use comput

3、er technology and wireless communication technology to realize the remote equipment control. System includes remote terminal and equipment controller end. Remote part is composed of microcomputer, keys and wireless transmitters. It makes different key values according different button pushing and re

4、turn equal control codes to equipment controller end. Equipment controller end is also a single- chip microcomputer control system, composed by single-chip microcomputer, dc motors, step motor, display lights and wireless receiver composition, and it controls different equipments according to the co

5、ntrol codes sent by remote terminal. System control is convenient for use, and can be applied in remote household electronics control, in some high risk operating by remote controlling, and outdoor long distance communication. This paper describes the basic principle, method and design process of re

6、mote control system. Thesis mainly includes: system scheme comparison, system structure design, unit circuit design, system software design part and others, introduces design basic idea of remote control system, the way to construct the system framework and later system testing process. System solut

7、ion argument is the premise. Overall system structure design plans the direction, implementation process and is the key part of the whole design. Unit circuit design is the most basic module and is to describe system working principle and each module working principle. Keywords: SCM, Wireless remote

8、 control, dc motor, Stepping motor, drive I 目 录 1绪 论1 1.1 引言1 1.2 远程无线遥控控制的现状1 2 系统方案论证2 2.1 系统介绍2 2.2 方案论证3 2.3 方案可行性研究4 2.3.1 单片机选择4 2.3.2 数据传输模块的选择4 2.3.3 步进电机和直流电机选择4 2.3.4 驱动电路器件4 2.3.5 按键控制电路4 2.3.6 器件工作状态指示等4 3 系统整体结构设计5 3.1 系统硬件总体设计5 3.1.1 遥控器硬件总体设计5 3.1.2 控制器硬件总体设计6 3.2 系统软件总体设计7 3.2.1 各程序实

9、现方法7 3.2.2 软件程序模块介绍7 4 主要器件的选择及特点8 4.1 AT89C52 单片机8 4.1.1 中央处理器 CPU8 4.1.2 存储器结构10 4.1.3 AT89C52 单片机对外引脚11 4.2 数据收发模块 FSK-2A 和 CZS-713 4.2.1 PT2262 特点13 4.2.2 PT2262 引脚图14 4.2.3 PT2262 基本参数14 4.2.4 PT2272 引脚图15 II 4.2.5 PT2262/2272 芯片的地址编码设定和修改15 4.2.6 FSK-2A 及模块基本介绍16 5 单元电路设计21 5.1 AT89C52 单片机最小系统

10、设计21 5.2 按键模块设计22 5.3 发送接收模块设计23 5.4 直流电机驱动电路23 5.5 步进电机驱动电路24 5.6 控制器系统电路图24 5.7 遥控器系统电路图25 6 系统软件设计26 6.1 系统软件设计说明26 6.2 系统软件总体框图26 6.2.1 遥控器模块软件框图26 6.2.2 控制器模块软件框图27 7 软硬件调试及性能29 7.1 KEIL 软件29 7.2 单片机编程器29 7.3 调试30 7.3.1 检查电路30 7.3.2 无线数据发送接收模块调试30 7.3.3 直流电机驱动模块30 7.3.4 步进电机驱动测试30 7.3.5 开关模块的测试

11、31 8 结 论32 参考文献33 致 谢34 附 录35 1 1绪绪 论论 1.1 引言引言 计算机硬件的发展十分迅速，尤其是无线控制技术在日常生活中的应用越来越 广泛，以单片机作为控制器来开发无线控制模块价格便宜而且技术难度小，它是我 们了解无线控制系统的基本途径和简单的方法，无线通信在国内的发展也十分迅速， 但采用网络进行信号的传输的成本和技术要求十分高，所以人们开始考虑采用价格 更为便宜性能更为可靠的单片机来带起网络来进行短距离的无线数据传输，如呼讲 机就是一个比较典型的实例，还有些关键设备的无线控制。在这种大背景下我们有 必要去了解一下基于单片机远程无线控制系统的工作原理。远程无线遥

12、控控制就是 其中一个比较典型和简单的实例，它的主要工作原理是通过基本按键产生不同数据， 通过单片机把数据处理保存在相应的存储单元中，然后再由无线传输模块发送数据， 在控制器端由接收模块接收数据，然后传给单片机，再有单片机处理数据，最后根 据不同数据控制不同的设备。本次设计完成了基本的任务要求，实现了远程无线遥 控控制，通过遥控器可以对远处的 LED 灯、直流电机以及步进电机进行控制。 1.2 远程无线遥控控制的现状远程无线遥控控制的现状 远程无线控制在实际社会生活中的应用十分广泛，在家里可以对基本家用设备 进行无线控制，如电源开关的控制、灯光的控制、还有门窗的开关控制等都十分方 便。在户外也有

13、很大发展空间，如可以做一个实时对讲机等无线语音器。 本项目的改造潜力很大，可以在它控制器端加一个红外传感器就是一个远程温 度检测仪了，也可以在控制器上加一个报警器就再把基本电路改造一下就成了一个 远程报警系统了，可以应用与一些比较危险的产量中，用以实时报警确保人身安全。 还可以和玩具生产商合作开发遥控玩具，如遥控汽车，遥控飞机等小玩具。 2 2 系统方案论证系统方案论证 2.1 系统介绍系统介绍 本项目主要以实现远程遥控控制直流电机的正反转和步进电机的转速，实现数 据在两单片机之间的传输为目的。通过现有的无线传输模块发送和接收数据，以实 现远程控制的功能。也就是一种基于单片机远程控制系统的方案

14、。本系统主要控制 器按键发送不太数据、FSK-2A 无线发送模块发送数据、接收模块接收数据、单片 机控制相应器件。 系统基本功能就是完成远程无线控制功能，其主要控制器件为直流电机和步进 电机，只要原理是在遥控器这边可以通过按键来实现对控制器所要控制的器件进行 控制。当遥控器按下目器件启动键，通过发送设备发送按键信息，控制器的数据接 收端接收按键信息，处理后控制相应器件，其主要分为以下几个功能模块： （1）远程遥控控制 遥控器通过 16 号按键向数据发送设备传输不同数据，再由控制器的数据接收 模块接收遥控器发送的数据处理后控制相应器件。 （2）遥控器显示被控器件工作状态 遥控器上装有 4 个 L

15、ED 显示灯，分别显示被控器件的工作状态，LED1 为显示 1 号设备的工作状态，当 LED1 发光时表明 1 号设备开始工作，当 LED1 熄灭时表 明 1 号设备停止工作。LED2 和 LED3 是直流电机的工作状态的显示，当 LED2 和 LED3 同时发光时表明直流电机开始正转动，当 LED2 发光 LED3 熄灭时表明直流电 机反转，当 LED2 熄灭时 LED3 无论什么状态直流电机都不工作。LED4 是步进电机 的工作指示灯，当 LED4 发光时表明步进电机开始转动，反之表明步进电机停止工 作。 （3）复位功能 复位是系统运行的基础，当系统上电或运行发生异常时就可以进行复位，使其

16、 恢复开机状态1。 2.2 方案论证方案论证 对远程器件的控制，可有多种实现方法，分别举例如下： （1） 通过专用线路控制 用专用线路可保证控制信号稳定，不易受干扰，且信息量大，保密性好；但必 须铺设专用通信线路，费用相当昂贵，无法实现更远程控制，且不能变换控制地点， 对本系统没有太大实用价值。 3 （2） 利用无线电电波控制 用调频无线电波控制可实现较远距离控制，且通信信息量大，地点可随意变换。 操作较为方便。但设备昂贵，必须有专用调制解调设备，且极易受干扰，无法实现 超远距离控制。控制方必须有配套控制器，成本较高，并占用无线电频率资源。不 宜采用。 （3） 利用电力载波控制 电力载波是一种

17、较为成熟的通讯方式，目前低压传输线的数据传输能力已达几 十 kbit/s。由于这种通道具有某些不可比拟的特性:如实时性强、机械强度高、投资 少等,其发展已越来越引人注目。但其也需要专用电力载波调制解调电路，必须有专 用控制设备。且一但控制对象不在同一个电网内就无法实现有效控制，更无法实现 远距离控制。而且电力线的线路阻抗和频率特性几乎每时每刻都在变化,所以通过电 力线传输信息的可靠性也成为其最大的难点。 （4） 利用互联网控制 使用 Modem（调制解调器）与计算机的结合，利用当今流行的 INTERNET 网 通信，可以实现控制信息的超远传递，而且控制信息可以非常复杂和丰富，信息量 可以很大。

18、但必须在控制方和被控制方各设置一台计算机及 Modem，费用很高。且 很不方便携带控制设备。无法实现随地控制。 （5） 利用单片机和无线数据收发设备控制 利用单片机和无线数据收发设备控制，可以很大程度的减少成本，降低技术要 求和开发周期。从而简化了项目的工作量。而且嵌入式系统在现在社会中的应用十 分广泛，且技术比较成熟。 综上选择利用单片机和无线收发模块远程控制是一个比较合理的选择，对于初 学远程遥控控制原理的人，其简单易懂。 2.3 方案可行性研究方案可行性研究 利用现有单片机和现有的数据收发设备控制直流电机和步进电机，设计成本低， 且极其方便实用，具有相当的可行价值，主要元器件的选择如下。

19、 2.3.1 单片机选择单片机选择 在单片机的选用上，首选了模块简单，功能强大的 AT89C52 作为系统处理器来 控制遥控器和设备控制器，按照设计要求最终选用 ATMEL 公司生产的 AT89C52。 关于该芯片的引脚功能及其工作原理在各种资料中已有详细的介绍，在此不再赘述。 使用 89C52 完全可以满足本系统的设计要求，且 89C52 已相当普及，价格便宜编程 简便可靠性高。运用于本系统是完全可行的。 2.3.2 数据传输模块的选择数据传输模块的选择 4 数据传输模块选择的是 FSK-2A（数据发送模块） ，应为此类型的传输模块是并 口数据传送，所以数据传输比较稳定可靠，并且效率比较高。

20、 2.3.3 步进电机和直流电机选择步进电机和直流电机选择 直流电机选择的是 3-5V 的一般基本小电机，步进电机选择的是 5-12V 的 35BY1201 步进电机。 2.3.4 驱动电路器件驱动电路器件 驱动电路主要选择的 74Ls08、MOS 管、74Ls11、1K、4.7K、0.1K 器件驱动直 流电机和步进电机。 2.3.5 按键控制电路按键控制电路 按键控制电路主要器件有 74Ls04 非门、74Ls11 三输入与门、1K 电阻。 2.3.6 器件工作状态指示等器件工作状态指示等 选用的 2.3VLED 作为器件工作状态的指示灯、选用 1K 的电阻作为指示灯的电 压驱动。 5 3

21、系统整体结构设计系统整体结构设计 3.1 系统硬件总体设计系统硬件总体设计 系统硬件包括两部分的内容，一部分为遥控器硬件模块，另一部分为控制器部 分模块。遥控器模块是远程无线遥控控制的控制端，主要用来发送控制数据。而控 制器主要是用来接收遥控器发送的数据并根据数据的不同来控制相应器件的工作状 态。 3.1.1 遥控器硬件总体设计遥控器硬件总体设计 遥控器硬件模块包含单片机最小系统、开关模块、器件这个状态提示模块以及 数据发送模块。这些模块相互作用，互相配合完成控制器对控制数据的收集和发送 模块图如图 3-1 所示。 图图 3-1 遥控器系统硬件框图遥控器系统硬件框图 遥控器系统硬件主要由 89

22、C52CPU4 位数码管动态显示电路6 路中断开关驱动 电路、单片机复位和时钟电路、以及数据发送模块 FSK-2A 组成。 常态时由 AT89C52 中断等待中断响应，如果有按键时通过按键驱动电路回给 AT89C52 的中断响应端口 INT0 或 INT1 发送一个负脉冲和 AT89C52 的 P0 口上一 个相应的正脉冲单片机进入中断响应判断是哪个按键按下，然后发送相应的数据， AT89C52 时钟电路 复位电路 控制 器件 指示 灯 开关控制电 路 数据发送模块 （FSK-2A） 4 个 LED 指示灯 6 相应的接在 AT89C52 的 P1 口器件指示灯亮起，指示有关器件的工作状态，通

23、过 AT89C52 的 P2 口发送数据给发送模块 FSK-2A 发送按键信息。 遥控器主要是通过 6 个按键产生 16 中不同组合的信号，通过 4 个 LED 器件指 示灯来展示器件的工作状态，通过无线数据发送模块 FSK-2A 发送 16 中数据组合中 的一种从而来控制相应的器件。 3.1.2 控制器硬件总体设计控制器硬件总体设计 控制器是接收遥控器的发来的数据并进行处理，而后在根据不同的数据来控制 不同器件的工作状态。主要包括有单片机最小系统、数据接收模块、驱动模块如图 3-2 所示。 图图 3-2 设备控制器设备控制器系统硬件框图系统硬件框图 设备控制器系统硬件主要由 89C52CPU

24、直流电机驱动电路、直流电机、步进电 机驱动电路、步进电机、单片机复位和时钟电路、以及数据接收模块 FSK-2A 组成。 常态时由数据接收模块等待数据接收，当控制器发送数据时接收模块就会接收 发送模块发送的数据并且解码然后会锁存在数据输出端口，并且接收模块的数据接 收提示信号 V17 置位，在由 AT89C51 单片机的 P05 口接收负脉冲，单片机的 P0 口开始读数读完后，软件 V17 复位，单片机从接收模块读到的数据保存在变量中， AT89C52 时钟电路 复位电路 直流电机 驱动电路 直流电机 数据接 收模块 步进电机驱 动电路 步进电机 7 再由单片机处理数据给 P1 口发送相应的信号

25、控制直流电机驱动电路开始工作，继而 控制直流电机。另一方面单片机从 P2 口输出相应的信号控制步进电机的驱动电路， 继而控制达到控制步进电机的目的。不同的数据有不同的工作方式总共有 16 工作方 式。如果出现异常可以按复位键来复位电路使其恢复原始状态2。 3.2 系统软件总体设计系统软件总体设计 系统软件包括遥控器和控制器两部分，遥控器模块的软件模块主要以开关控制 和数据发送为主。而控制器部分主要以数据接收模块和电机驱动电路为主。 3.2.1 各程序实现方法各程序实现方法 整个系统的软件用模块化结构的设计思想，它主要由主程序和若干功能子程序 及内部中断处理程序构成，结构简单、实用性强。主程序主

26、要完成系统初始化、控 制器的中断程序等待外部中断响应、进入按键中断程序后开始扫描按键、显示器件 工作状态的 LED 灯程序开始工作展示不同器件工作状态。数据发送程序实现了数据 的正确发送。器件控制器的程序主要为数据接收模块、直流电机驱动程序、步进电 机驱动程序。 3.2.2 软件程序模块介绍软件程序模块介绍 系统软件主要由以下不同功能程序模块组成： （1）主程序 （2）系统初始化子程序 （3）键盘扫描子程序 （4）键盘软件译码子程序 （5）软件抗干扰子程序 （6）显示按键情况指示程序 （7）INT0 中断服务程序 （8）INT1 中断服务程序 （9）数据发送程序 （10） 数据接收程序 （11

27、） 直流电机驱动程序 （12） 步进电机驱动程序 （13） 发送数据处理程序 （14） 接收数据处理程序 8 4 主要器件的选择及特点主要器件的选择及特点 4.1 AT89C52 单片机单片机 AT89C52 单片机是一种高性能的 8 位单片微型计算机。它把构成计算机的中央 处理器 CPU、寄存器、I/O 接口制作在一块集成芯片中，从而构成较完整的计算机 如图 4-1 所示。另外，在其内部还集成有定时/计数器，串行口等部件，因此可以方 便的用于定时控制和远程数据传输。 图图 4-1 AT89C52 单片机的内部结构单片机的内部结构 4.1.1 中央处理器中央处理器 CPU 中央处理器是进行算术

28、和逻辑运算和控制程序执行的部件，包括运算器和控制 器两部分。 （1） 运算器 运算器主要包括算术/逻辑部件 ALU、累加器 ACC、程序状态寄存器 PSW 等。 算术/逻辑部件 ALU ALU 的功能主要是对数据进行加、减、乘、除等算术运算及“与” 、 “或” 、 “异 或”等逻辑计算。对于位操作数，可进行置位、清零、求反、移位、条件判断及按 位“与” 、按位“或”等操作。 累加器 ACC 累加器 ACC 也可以用 A 表示，是一个 8 位寄存器，在算术逻辑运算时用来存 放一个源操作数和运算结果，在与外部数据存储器、程序寄存器和 I/O 接口传输数 P0 P1 P2 P3 CPU ROMRAM

29、定时/计数 器 串行口中断控制 器 T0 T1 I/O 接口 TXD RXD INT0 INT1 9 据时都要进过 ACC。 寄存器 B 寄存器 B 与累加器 ACC 配合用于乘、除法指令中。 程序状态寄存器 PSW PSW 寄存器共有 8 位，全部用做程序运行时的状态标志，其格式如图 4-2 所示。 图图 4-2 PSW 格式格式 P:奇偶标志位。当累加器中的 1 的个数为奇数是，P 置 1；否则清 0。 OV:溢出标志。当执行算术运算时最高位和次高位的进位不同时，有溢出，OV 置 1；否则 OV 清 0。 RS0、RS1：寄存器工作区选择。 F0：用户标志位。 AC：辅助进位标志位。算术运

30、算时，低半个字节有向高半个字节有进位时， AC 置 1。 CY：最高进位标志位。算术运算时，最高位有进位时，AC 置 1。 （2） 控制器 控制器包括程序计数器 PC、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等。 程序计数器 PC 程序存放在寄存器中，每条指令都有自己的地址，由 PC 指示将要执行的指令 的地址，PC 是一个 16 位寄存器，可寻址范围为 0000HFFFFH，共 64K。系统复 位时 PC 的值为 0000H，因此，复位后程序的入口地址为 0000H。 堆栈指针 SP 堆栈是按“先进后出”原则进行数据存取的数据区域，用于子程序调用和中断处 理时保存断点的数据。 数据指针寄存器 DPTR DPTR 是一个 16 位的寄存器，可分为两个 8 位寄存器 DPH 和 DPL，在访问数 据存储器或 I/O 接口时，用于提供 16 位地址。 4.1.2 存储器结构存储器结构 AT89C52 的存储器主要分为程序存储器和数据存储器如图 4-3、4-4 所示。 CYACF0RS1RS0OV-P PSW字节地址 D0H 10 图图 4-3 程序存储器程序存储器