大学生研究训练（SRT）计划

项目研究报告书

项目名称：   改进教室照明系统的遥控装置研究 

完 成 人：     

学院（中心）：      物理科学与技术学院      

专业班级：光信息科学与技术物理学光电显示 

指导教师:             职称           

起止年月： 2012  年  04  月至  2013  年 04 月

                         填写日期：20##年04月 8 日

研究报告

一、项目名称：改进教室照明系统的遥控装置研究

二、实验设计：

   1、系统设计综述 

本实验研究通过本组成员与李淑娟导师的仔细研究讨论，确定了一个清晰的实验思路。我们将实验划分成为三部分。第一：自学单片机汇编语言及keil软件，编制并调试遥控器发射特定信号的程序段，以确保能够对遥控器进行准确编程，保证遥控装置与照明系统的信息交换；第二：自主学习Protel软件掌握基本的电路图制版原理，以达到将各种实现系统需要的电子组件进行连接组合的目的。第三：系统的组装及实验。

2、无线遥控遥控器介绍

无线遥控器（Wirelss Remote Control）从字面上解释就是一种用来控制远程机器的装置。主要由集成电路和用来产生不同控制信息按键所组成。随着无线电技术的不断进步，无线电分为很多种类，常见的有两种：一种是红外遥控；另一种是无线电遥控。两者都具有不同的优势，应用领域也有所不同。

3、设计任务

设计要求

设计实现无线遥控分别控制2盏照明灯，对室内范围内的受控照明灯进行无线遥控控制和手动控制相结合，遥控距离5m以上，本设计不光可以控制家用照明灯;也可以对办公室，商场，酒店，仓库的灯具照明控制，还可以隔墙实现遥控，在卧室可以遥控客厅的灯具。

参考数据：遥控通道2通道以上；

      遥控距离5m以上；

      受控对象：灯具。

4、方案设定与分析

首先，要做无线遥控照明灯的控制器就需要无线遥控的发射与接收，对此设定了两种方案  A 利用红外线遥控 B 利用无线电遥控。

4.1方案A ( 采用红外遥控器)

4.1.1 红外线定义

红外线是太阳光线中许多不可见光中的一种，1800年发现由德国科学家霍胥尔于1800年发现.“红外”指在红光的外面光线。具体来说，红外线发射部分的主要元器件为红外发光二极管。由于内部的材料不同于普通发光二极管，因而在其两端加上工作电压便能发出不可见的红外线。到目前为止大量使用红外发光二极管发出的红外线波长为940*10^-7左右，外形和普通二极管相似，颜色不同。

4.1.2 红外发射元件

红外光发射元件一般指半导体红外发光二极管，因为发射红外光，又称之为红外线，现代物理学称之为热射线。 其管芯材料主要有GaAs和GaAIAs 两种材料。工艺掺杂等原因而得到不同峰值波长的红外发光管。如图1：a)外形封装，b )符号

4.1.3 红外接收器件

红外线接收器件是将光（红外）信号转变成电信号的半导体器件，常见用pin硅光电二极管，核心部件是一个特殊材料的PN结，比普通光电二极管，光电三极管（光电三极管分为两种是NPN型和PNP型。）管相应速度快，灵敏度高。比GaAs或GaAIAs红外二极管抗干扰能力强。如图2是光电二极管。

4.1.4 红外线特点

不干扰其他电器设备，由于不能穿墙；所以不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生干扰。其传输距离短（<10米）。

4.1.5 红外线的应用

其广泛应用于彩色电视机、VCD/DVD、空调等家用电器中。而且发展越来越广。

4.1.6 组成方框图

                      图3 发射电路组成框图

                    图4 接收电路组成框图

4.1方案B(采用无线电遥控)

无线电遥控器是利用无线电信号对远方的受控对象进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以驱动其它各种相应的电子设备或者机械动作，去完成各种操作。

                     图5  发射机

4.2.1 发射部分

由遥控器与发射模块组成，遥控器和发射模块对于应用方式来说的，遥控器可以当一个整体独立使用，对外引出接线柱；而发射模块在电路中可以看成元件使用根据引脚定义进行应用。

                        图6 接收机

    4.2.2 接收部分

    有超外差和超再生接收方式，超再生解调电路也称为超再生检波电路。工作在间歇性振荡状态下的再生检波电路。超外差解调电路和超外差式调幅收音机差不多，在超外差式调幅收音机的变频器电路中有一个本机振荡器，它的本机振荡频率可以随着外界输入的高频信号频率的变化而同步变化，并且超过外界输入的高频信号频率的差额总是465khz，即“超外差”额是中频。超外差式的接收器灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、成本低。

无线电遥控常用的载波频率是315Mhz(我国)或433Mhz（欧美国家），遥控器使用的是国家规定的开放频段，在此频段内发射功率小于10mW、有效范围100m之内。在此频段内不必经过“国家无线电管理委员会”申请可以自由使用。

4.2.3红外遥控器与无线电遥控器的区别

红外遥控和无线电是对不同的载波来说的，前者是用红外线来传输控制信号的，特点是有方向性、不能有阻挡、距离短（<8m）、电磁干扰没有。后者是用无线电波来传输控制信号的，特点是无方向行、可以不用“面对面”控制、距离远（有几十米到几千米不等）、受电磁很严重。在需要穿透或者无方向性控制领域使用较多，比如工业控制等等，使用无线电遥控轻而易举的解决，基于本课程在家庭中用需要穿墙，故选择无线电遥控。

    4.2.4 无线电遥控的发展及应用

无线电遥控技术的发展历程不算长，上个世纪20年代才出现无线电的雏形。二次世界大战之后，无线电遥控技术发展迅猛，并逐渐在军事、工农业生产等方面得到广泛的应用。现今新型大规模遥控集成电路的出现，迅速推动遥控技术的发展。遥控装置的核心由早期的分立元件、集成电路发展现在的单片微型计算机，人性化程度上有了很大的提高。

在诸如工业生产控制、遥控爆破和一些人难接近或者不能的场合中，更显魅力和便捷。在日常生活中也占主导地位，在电动车、汽车的防盗系统中、在儿童玩具中等等无线电遥控获得更加广泛的应。                                                            　                           4.2.5无线电遥控影响距离因素

1)  发射功率：功率大距离远，耗电大，受外界干扰能力弱；

2)  接收灵敏度：误动作或失控；

3)  天线：天线（可拉伸）越长遥控距离越远，占据空间大；天线                

  越高，遥控距离也更远受客观条件限制；

4)  阻挡：可以穿墙壁，但遥控距离将降低；

5、无线电工作原理

接收机由高频解调电路和译码电路组成的。由接收天线送来弱信号经过高频电路放大后，送到解调器。解调器的作用就是从载波信号还原指令信号。又因为取下的指令信号是混合在一块的，所以还要送到译码电路译码。译码电路的作用是把取下的信号进行分类，然后再送到相应的执行放大电路中。执行放大电路的作用是把取下的指令信号放大到一定的功率以足以驱动执行机构。执行机构就是将电能转变成机械动作；如电磁继电器、电机带动被控对象实现目地控制。

    5.1 电磁继电器工作原理

继电器是利用电转化为磁的方式来实现的，它是用过电产生磁来拖动动触点衔铁来实现电路的通断。实际上电磁继电器可以看成高级

一点的单刀双掷开关。

                   

                     图7 继电器

    5.2 电磁继电器的结构及组成

1)继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成。

2)电磁铁:通电时产生磁，吸引衔铁

3)衔铁：让电磁铁磁性带动动作，带动动触点上下运动

4)弹簧：电磁铁无磁时，带动衔铁脱离电磁铁

5)触点：有3个触点两个静触点一个连接衔铁的动触点       

    5.3 电磁继电器的作用

利用电磁继电器可以实现用小电压、小电流控制大电压、大电流的电路，使人更安全的操作。

5.4 CC4013介绍

CC4013是正边沿双D(两个)集成触发器。且它们相互独立，而且是相同的。每个触发器有数据、复位、置位、时钟输入Q和Q输出。在时钟正边沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传到输出端Q。复位、置位和时钟没有关系，分别由复位和置位上的正边沿完成。其中一个D触发器可以构成多路控制开关电路。碍于本课件的要求两个CC4013（双D）才能符合要求。

            

                图8  CC4013 引脚 真值表

设电路初始状态在复位后状态，CC4013有两个触发器IC1和IC2,以IC1（IC2和IC1一样）为例。Q1为低电平。当信号输入时，在第一个时钟脉冲的正边沿作用下，触发器IC1出现翻转状态。当一个脉冲下跳时，IC1再次翻转；使Q1取得一个完整的周期输出。一个触发脉   冲翻转一次（改变一次状态）。

5.5 电路工作原理

本电路是采用315MHZ（我国常用）无线遥控模块及一些外围元件构成，组装的遥控照明灯电路，可对四路照明灯进行控制。而且用到继电器可以隔离高压高流，利用继电器电磁作用对触点产生作用去控制照明灯。本电路中遥控高频部分就不再介绍了。电路中采用数字电路中CC4013触发器，输出端 与输入端Dn相连，接成具有技术功能的触发器，另一个输入端接三极管，控制三极管的导通（开）和截止（关），进而控制继电器工作。此电路还有工作指示灯，图上没有画出来。有了工作指示灯更便于操作；很是方便。看下工作指示灯就知道照明灯有没有工作。

5.6 手动控制

    将采用每个CP接两个并联自复位开关（4个CP接8个）。每一个CP上面的两个开关可以控制照明灯的打开和关闭。就是两个开关控制一个照明灯。

5.7 遥控控制

在手动控制的输出接的继电器和遥控输出接的继电器并联，利用两组继电器的通断(把两个继电器看成两个用电控制单刀双掷的开关)从而也实现手动和遥控两种方法控制控制一个照明灯。

                           图9 一路工作图    

    5.8 原理

当手动控制和遥控控制都没工作时，K1,K2都打在上面位置；照明灯开始在220交流点的作用下开始发光。现在如果手动控制或遥控任意一组工作时工作时照明灯不发光。其实也就是把继电器看成高级一点的一刀双掷开关（用电控制），此电路就是两个开关控制一个照明灯。                       

                       图10 原理图

6.单片机编程

通过学习单片机相关知识，分析该系统需要根据遥控器发射不同的信号给灯座，从而控制灯的电位进而实现对灯亮度的调节，结合单片机特点，以及为了控制简便，编制出相应程序。每一个单片机有6个按键输入，其中1键为开按键，2键为关按键，3、4、5、6按键通过不同的开关状态组合成16种不同的输入，实现16种不同信号，继而使得灯按照16种不同电位工作。

附单片机程序：

#include

　　#include

　　//---------------------------------------------------------

　　void sysint(void);

　　//---------------------------------------------------------

　　main(void)

　　{

　　uint32_t i;

　　/* Enable AHB clock to the GPIO domain. */

　　LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<6);

　　/* Set up NVIC when I/O pins are configured as external interrupts. */

　　NVIC_EnableIRQ(EINT0_IRQn);

　　NVIC_EnableIRQ(EINT1_IRQn);

　　NVIC_EnableIRQ(EINT2_IRQn);

　　NVIC_EnableIRQ(EINT3_IRQn);

　　LPC_GPIO0->DIR=0xFF;

　　while(1)

　　{

　　LPC_GPIO0->DATA=~LPC_GPIO0->DATA;

　　i=300000;

　　while(i--);

　　}

　　}

　　//---------------------------------------------------------

　　void sysint (void)

　　{

　　// uint32_t i;

　　#ifdef __DEBUG_RAM

　　LPC_SYSCON->SYSMEMREMAP = 0x1; /* remap to internal RAM */

　　#else

　　#ifdef __DEBUG_FLASH

　　LPC_SYSCON->SYSMEMREMAP = 0x2; /* remap to internal flash */

　　#endif

　　#endif

　　#if (CLOCK_SETUP) /* Clock Setup */

　　/* bit 0 default is crystal bypass,

　　bit1 0=0~20Mhz crystal input, 1=15~50Mhz crystal input. */

　　LPC_SYSCON->SYSOSCCTRL = 0x00;

　　/* main system OSC run is cleared, bit 5 in PDRUNCFG register */

　　LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= ~(0x1<<5);

　　/* Wait 200us for OSC to be stablized, no status

　　indication, dummy wait. */

　　for ( i = 0; i < 0x100; i++ );

　　#if (MAIN_PLL_SETUP)

　　Main_PLL_Setup();

　　#endif

　　#endif /* endif CLOCK_SETUP */

　　/* System clock to the IOCON needs to be enabled or

　　most of the I/O related peripherals won't work. */

　　LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1<<16);

　　return;

}

7、研究结果

本照明系统基本能够完成各项指令，但由于做工粗糙，导致亮度调节变化不明显。经过系统调试，照明系统运行良好，无较大缺陷，基本符合最初实际目标，且操作简单具有极大的深入研究改造价值.

8、结束语

    在本次SRT设计中小组成员大有收获，通过不断的查阅资料，提升了自学能力。在这短暂的SRT设计过程当中，小组成员得到了许多锻炼，受益匪浅。

   

    9、参考文献

（1）陈其纯 《电子线路（第二版）》  2002

（2）刘仁宇 《模拟电子技术》   机械工业出版社2000

（3）张梦欣 《数字电路基础》   中国劳动社会保障出版社 20##

（4）黄文锦 《无线电基础》    中国劳动出版社 1995

指导教师：                  

负责人：                  

20##年   4 月 8  日   

 

第二篇：土壤水分测量方法研究SRT项目总结论文

土壤水分测量方法研究SRT项目总结论文

我们的SRT项目名称是土壤水分测量方法研究，是基于现今人们忙于工作既想要种植植物又没有时间打理植物的现状而产生的课题研究。从去年x月的对SRT一无所知，到如今经过一年多的调查研究实验讨论，我们的SRT项目转眼间也即将接近尾声了。在这一年多的时间里，在项目主持人王豪的带领下，小组人员从最初的迷茫，到现在终于有了自己的成果，这之间经历了很多，也使我学到了很多、成长了很多，现在SRT结题了，谨以此文总结这段时间的SRT工作，并纪念与SRT有关的一切。

20xx年x月，我们第一次接触SRT这个概念，大家针对于该选择一个什么样的课题而讨论了很久很久。我们曾想出过很多不同的方案，比如与我们专业紧密相关的关于拖拉机或者汽车的课题项目，经过激烈的讨论，最后我们把眼光放眼到了现代社会与人们紧密相关的社会生活之中，我们想要设计出一辆可以智能化的为植物灌溉的小型机器，让每个家庭都可以因为我们的努力而添上一份充满生机的绿色，这是多么有意义的一件事啊！

由我们小组五个人负责的部分是土壤水分的测量，这在整个浇花小车的设计中是至关重要的一部分，但对于我们小组五个人来说，也是一个很大的挑战，应该从何处下手，如何才能准确便捷的测量出土壤的水分含量呢？经过大量的资料查阅，我们发现土壤水分测定的方法多种多样，有烘干法、电阻法、射线法、张力仪(负压计)法、中子仪法和TDR时域反射法等。这些土壤水分测量方法各有优缺点，我们又该选择哪一种呢？时间很紧张，我们各自分工，最终在经过无数次的讨论和比较之后我们选择利用导电原理来测土壤的湿度，通过烘干法和传感器测量电路共同完成对所选取的土壤样品的湿度数据的采集，进而完成对测试数据的分析处理并建立模型。

首先，我们要完成对各种土壤水分数据的全面采集与记录，对选定的花草的叶片光谱图样的采集，之后对所采集到的土壤湿度数据进行分析与处理，建立土壤湿度模型及优化；实验选取南京地区农田土壤为样本，首先用烘干法测得了该土样的持水量（23.975%）和自然风干土样的水分含量（8.729%），然后配制了位于持水量与风干土样水分含量范围内的一系列不同湿度的土样并分别用测量电路测出个样本对应的电压输出值和用烘干法测定每个土样湿度的相关数据，绘出数据散点图后我们发现电压读数与土壤水分值的线性相关性不是十分显著，因而考虑利用Matlab中的lsqcurvefit函数分别用一至四次多项式对数据进行拟合和比较，从中选择最佳拟合结果作为土壤湿度模型对测量电路进行标定。在这个过程中，小组中的成员自学了Matlab，这对于我们项目的进行起到了重要的推动能力，也是我们自身的素质和能力得到了提升。

时间到了20xx年x月，我们对项目进行了中期总结，并对接下来的工作布置进行了详细的讨论和研究。从11月开始，我们对所采集光谱图样进行解析及叶片水分模型的建立并结合所建立的数学模型完成单片机对传感器测量输入数据的处理程序及对程序的软件辅助仿真模拟分析。最终通过光谱分析建出花草叶片水分模型完成在单片机仿真模拟软件中能够正常运行并能正确完成对两种测量输入数据处理的单片机程序。

经过一年的努力，我们小组成功完成了此次SRT项目的研究工作，在土壤湿度测量方法的研究方面取得了可观的进展，找出了提高水分测量精度的方法，并且与近红外光谱技术相结合，最终完成了整个浇花小车中测量土壤水分含量部分的工作。而在这之中，学到的不仅是课本上学不到的知识，也不仅仅止于拓展了我们在学术研究上的个人能力，同时我们也收获了珍贵的友谊和默契的团队。在这个过程中，我学会了坚持该坚持的，妥协该妥协的，学

会了以团队为单位，学会了从整体考虑问题，学会了集思广益......在这期间，我收获了四份珍贵的友谊，感谢SRT,这些将成为我人生中最宝贵的一笔财富！