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長(zhǎng)春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文長(zhǎng)春師范大學(xué)本科畢業(yè)論文箱包防丟系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignoftheLuggageLosingSystem圖3-2解碼器硬件邏輯流程
第四章硬件電路的設(shè)計(jì)4.1總體電路圖設(shè)計(jì)該箱包防丟器硬件電路是由信號(hào)發(fā)送模塊、信號(hào)接收模塊和無(wú)限傳感模塊組成。發(fā)射電路采用電容三點(diǎn)式振蕩器,將振蕩信號(hào)通過(guò)LC進(jìn)行選頻。接收電路采用超再生式電路,對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后再經(jīng)過(guò)整形送到解碼電路進(jìn)行解碼。編解碼電路由于采用數(shù)字集成芯片,因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單,其主要是確定好其振蕩頻率與電阻的關(guān)系。在平常的工作中,我們常常觀察和研究,如圖:圖4-1系統(tǒng)總體電路圖4.2信號(hào)發(fā)送模塊設(shè)計(jì)本發(fā)射電路采用電容三點(diǎn)式振蕩器,將振蕩信號(hào)通過(guò)LC進(jìn)行選頻,工作原理及參數(shù)計(jì)算如下:圖4-2調(diào)制發(fā)射電路原理圖(1)高頻三極管Q1選9018,截止頻率達(dá)到1G;電容C4、C5、C6組成一個(gè)電容三點(diǎn)式的振蕩器,C4用于諧振,要使頻率落在70到88MHz內(nèi),應(yīng)選20pF左右較合適,這里選18pF,C5、C6起正反饋?zhàn)笥遥闺娐樊a(chǎn)生振蕩,這里反饋系數(shù)C5/C6=1/13,考慮到三極管極間電容,C5、C6分別選5pF、100pF的瓷片電容;(2)C4、L1組成一個(gè)諧振器,起到選頻作用:為使發(fā)射頻率可以在70~88MHz之間,正好覆蓋調(diào)頻接收器TS范圍內(nèi)接收頻率,盡量避開(kāi)FM調(diào)頻電臺(tái),我們選C4為18pF,通過(guò)公式(4-1)可算得:(4-2)這里的L1用環(huán)形天線(xiàn),既做電感,又做天線(xiàn),用長(zhǎng)20cm、直徑0.9mm左右的漆包線(xiàn)做成環(huán)形天線(xiàn),通過(guò)改變天線(xiàn)的形狀可改變L值(3)C1起到耦合作用,讓脈沖通過(guò),可取1uF。(4)可調(diào)電阻可以調(diào)節(jié)通過(guò)C1的脈沖幅度,使編碼得到不同程度的調(diào)幅,這里調(diào)幅系數(shù)m=R6/(R3+R6)取0到2/3,取R3=51K,所以R6=100K的可調(diào)電阻;(5)C2、C8是電源濾波電容,因?yàn)榇箅娙菀话悴捎镁砝@工藝制作的,所以等效電感比較大,并聯(lián)一個(gè)小電容C8可以使電源的高頻內(nèi)阻減小,C2選100uF電解電容,C8取103到104較合適,這里選103的瓷片電容。(6)C3起高頻通路作用,選1nF較合適。4.3信號(hào)接收模塊設(shè)計(jì)接收電路采用超再生式電路,對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后再經(jīng)過(guò)整形送到解碼電路進(jìn)行解碼。其電路原理圖及參數(shù)計(jì)算如下:圖4-3接收模塊電路原理圖對(duì)直流偏置較敏感是超再生接收電路的一大特點(diǎn),為了產(chǎn)生間歇振蕩,必須設(shè)計(jì)好靜態(tài)工作點(diǎn)。二極管D1起鉗位作用,壓降約為0.4V,三級(jí)管Q1選9018,它的BE極間壓降為0.7V左右,電源電壓3V,而0.4+(3-0.4)*R6/(R6+R7)等于Q1B極電壓0.7V,所以可算出R6/(R6+R7)=1/8.5,取R6為10K,則R7為75K;C8、L1為選頻網(wǎng)絡(luò),C8為可調(diào)電容,范圍是0到30pF,為使接收頻率可以在70~88MHz之間,通過(guò)公式(4-3)可算得:(4-4)利用諾莫圖(如下)確定線(xiàn)圈形狀,圖中線(xiàn)圈電感為L(zhǎng)(uH),計(jì)算纏繞匝數(shù)n,直徑D(mm)以及纏繞長(zhǎng)度l(mm)。圖4-4可確定繞圈電感參數(shù)的諾莫圖我們產(chǎn)生L=線(xiàn)圈0.2uH,繞組線(xiàn)圈n=5,然后D=10mm,l=5mm。電容反饋正C3一般低于10pF,在這里他們收到8pF;L2是通常接收10uH的高頻電感;R2,-C6,其中開(kāi)關(guān)產(chǎn)生壓控振蕩器,使得超再生電路的狀態(tài)獲得1K和2.2nF,因此在一百和幾千赫之間波動(dòng);從9014中選擇,R4,R5提供靜態(tài)偏置,只要它可以處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài),10K將1M,R2,C7,C9作為網(wǎng)絡(luò)。與C7耦合一樣,C9可以對(duì)載波進(jìn)行濾波以保持調(diào)制信號(hào)1uF,470pF;C1,C4,C5發(fā)揮濾波效果,得到2.2nF;LM311是一款電壓比較器,它在塑造,結(jié)束不均勻電路方面發(fā)揮著作用。R11,-C10起高頻卡盤(pán)的作用,引腳3是平均得到的交流電壓,只要RC大,應(yīng)該R1為100K,-C10為1uF;檢測(cè)后波形2英尺;這允許格式化信號(hào)大小;R9是一個(gè)拉動(dòng)力,一般來(lái)說(shuō)有些K,這里用20K;1.4接地引腳,引腳8接正電源電壓;最后,確定了PT2272的波形配置,高頻振蕩頻率對(duì)應(yīng)于2262,因此1MR12也是這樣做的;1-8街道地址末端,每條線(xiàn)路可以達(dá)到高、低和浮動(dòng),成為會(huì)員;發(fā)射器和接收器可以在編碼后識(shí)別,Q3關(guān)和Q3反向,LS1蜂鳴器R10是一個(gè)限流電阻。4.4無(wú)線(xiàn)傳感器模塊設(shè)計(jì)編解碼電路由于采用數(shù)字集成芯片,因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單,其主要是確定好其振蕩頻率與電阻的關(guān)系。整體電路圖如下:圖4-5編解碼模塊電路原理需要重點(diǎn)說(shuō)明的是,解碼電路為了能夠及時(shí)可靠地捕捉到串行碼的同步頭,它的時(shí)鐘頻率必須高于編碼器時(shí)鐘。在本設(shè)計(jì)中選編碼器電阻4M,頻率約為6kHz;解碼器電阻1M,頻率約為12kHz。而對(duì)于編解碼間的信道傳輸,可以是紅外,無(wú)線(xiàn),有線(xiàn)等通訊方均可。本系統(tǒng)是工作在低功耗的間歇式工作方式,為方便演示,我們采用手工編制地址碼的方式。當(dāng)對(duì)碼成功后,發(fā)射信號(hào)能夠有效地被接收電路所接收,解碼電路VT端持續(xù)輸出高電平,三極管Q3截至,蜂鳴器靜止。當(dāng)收發(fā)電路之間距離超過(guò)報(bào)警距離之后,接收到的信號(hào)明顯減弱,因此其解調(diào)整形后的波形無(wú)法被解碼電路所識(shí)別,VT端輸出低電平,三極管Q3導(dǎo)通,蜂鳴器響起,電路報(bào)警。
第五章系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析5.1調(diào)試方法與儀器表5-1測(cè)試儀器設(shè)備清單5.2調(diào)試步驟與測(cè)試數(shù)據(jù)(1)高頻率信號(hào)接收測(cè)試由于本設(shè)計(jì)屬于高頻電路類(lèi)型,而且采用分立元件搭建,因此其調(diào)試難度較大。用示波器測(cè)量發(fā)射波形如下:圖5-1高頻發(fā)射信號(hào)波形由于是調(diào)幅輸出,因此輸出波形不是很穩(wěn)定,從示波器我們可以讀出Vpp=162mV,f=84.79MHz。而調(diào)節(jié)電位器R6則可以看到波形幅度有所變化,可見(jiàn)發(fā)射部分電路工作正常。然后調(diào)整發(fā)射電路的環(huán)形天線(xiàn),然后利用接收器調(diào)到FM波段,在70~88MHz頻段進(jìn)行搜索,調(diào)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)在84MHz頻段接收到信號(hào),接收器發(fā)出“滴滴滴滴”的響聲。在調(diào)好發(fā)射電路之后,我們接通接收電路電源。我們先通過(guò)檢查超再生模塊是否處于淬熄振蕩狀態(tài),將電感L1引腳接到示波器顯示出以下波形:圖5-2超再生電路的淬熄振蕩狀態(tài)由波形可以看出超再生模塊已處于淬熄振蕩狀態(tài)。將經(jīng)過(guò)解調(diào)后的信號(hào)直接接入自制的功放電路LM386中,慢慢調(diào)節(jié)超再生接收電路的可變電容,直到從喇叭中聽(tīng)到響聲,則說(shuō)明接收電路的頻率已經(jīng)調(diào)到和發(fā)射電路相同,能收到發(fā)射線(xiàn)路發(fā)來(lái)的信號(hào)了。解碼器其首先從VT端輸出一個(gè)高電平“1”表示解碼成功,接著解碼器將串行碼中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù),并送到解碼器的響應(yīng)輸出端輸出,完成解碼過(guò)程。對(duì)于超再生接收電路而言,在由外信號(hào)和無(wú)外信號(hào)時(shí)其接收到的波形有很明顯的不同,如下圖所示:圖5-3無(wú)信號(hào)時(shí)接收到的雜波 圖5-4有編碼信號(hào)時(shí)接收到的波形在只使用接收電路的情況下,斷開(kāi)蜂鳴器,通過(guò)調(diào)頻接收到相應(yīng)的廣播電臺(tái)信號(hào),只需接入小功放即可成為簡(jiǎn)易的FM調(diào)頻接收器??梢?jiàn)發(fā)射部分電路工作正常。然后調(diào)整發(fā)射電路的環(huán)形天線(xiàn),調(diào)節(jié)超再生接收電路的可變電容,直到從喇叭中聽(tīng)到響聲,則說(shuō)明接收電路的頻率調(diào)到和發(fā)射電路相同,然后利用接收器調(diào)到FM波段,在70~88MHz頻段進(jìn)行搜索,將發(fā)射的編碼信號(hào)改為語(yǔ)音信號(hào),即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)音頻傳輸。圖5-5雜波整形后的輸出波形圖5-6接收信號(hào)整形后的輸出波形(2)報(bào)警距離的調(diào)試為達(dá)到設(shè)計(jì)報(bào)警距離可調(diào)(4~6米)的要求,我們將發(fā)射電路設(shè)計(jì)成調(diào)幅方式,通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的接入阻值可以有效的調(diào)節(jié)報(bào)警距離。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試后的結(jié)果如下表所示:表5-2報(bào)警距離測(cè)試(3)多套系統(tǒng)ID識(shí)別的調(diào)試根據(jù)設(shè)計(jì)要求,我們創(chuàng)建了兩套防電源設(shè)備來(lái)驗(yàn)證標(biāo)識(shí)符。根據(jù)我們使用的電路代碼的特性,我們可以提出最多38行不同的代碼串,足以滿(mǎn)足ID變量識(shí)別要求。調(diào)試步驟如下:A,B兩組的收入的組件相同的頻率,指定的代碼的地址被設(shè)定為10000001,與模塊化發(fā)生器電路被連接到相同的地址碼10000001,三個(gè)電路一起,轉(zhuǎn)而發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電路不采取任何通知,并兩個(gè)電路在遠(yuǎn)程電視電路接收到所有通知時(shí),指出許多電路模塊可以相互識(shí)別(在相同的ID條件下)。兩個(gè)系統(tǒng)A和B被調(diào)諧到相同的頻率,并使用相同luc.Dia只有兩個(gè)系統(tǒng)被設(shè)置為1000000110000000和躺在移動(dòng)電話(huà)系統(tǒng)的遠(yuǎn)離系統(tǒng)A的兩個(gè)決策和接收電路哭動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是驚人。系統(tǒng)B沒(méi)有收到警報(bào),這意味著不同的設(shè)備可以唯一識(shí)別接收設(shè)備。(4)系統(tǒng)功耗調(diào)試經(jīng)測(cè)量,發(fā)射電路的工作電流僅為0.5mA,接收電路的工作電流靜態(tài)時(shí)為2.0mA,報(bào)警時(shí)為9.9mA,遠(yuǎn)低于題目中不超過(guò)20mA的要求。同時(shí)本系統(tǒng)采用紐扣電池供電,而在3V低壓的情況下均能保證電路正常,發(fā)射電路的實(shí)測(cè)電源電壓為2.956V,接收電路的實(shí)測(cè)電源電壓為2.910V。通過(guò)51歐的假負(fù)載測(cè)得負(fù)載兩端電壓為0.16V,由此可算得發(fā)射電路的發(fā)射功率為(5-1)遠(yuǎn)低于系統(tǒng)要求的不大于20mW。(5)系統(tǒng)創(chuàng)新部分的調(diào)試根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的特點(diǎn),我們?cè)谕瓿闪嗽O(shè)計(jì)要求的全部功能的基礎(chǔ)上,還拓展了其它廣泛的應(yīng)用。利用編解碼電路的特點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,其收發(fā)方式是4位并行收發(fā)。利用工作頻段落在FM范圍內(nèi),在只使用接收電路的情況下,斷開(kāi)蜂鳴器,通過(guò)調(diào)頻接收到相應(yīng)的廣播電臺(tái)信號(hào),只需接入小功放即可成為簡(jiǎn)易的FM調(diào)頻接收器。將發(fā)射的編碼信號(hào)改為語(yǔ)音信號(hào),即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)音頻傳輸,接上駐極體便可制成無(wú)線(xiàn)話(huà)筒,利用個(gè)收發(fā)電路可制成無(wú)線(xiàn)對(duì)講機(jī)。5.3低功耗方案的改進(jìn)本系統(tǒng)采用間歇式的工作方式,同時(shí)改變了傳統(tǒng)的天線(xiàn)發(fā)射模式,采用電感、天線(xiàn)合二為一的環(huán)形天線(xiàn),而且編解碼芯片PT2262/2272的功耗極低(靜態(tài)電流達(dá)到10uA),從而達(dá)到很好的低功耗效果。間歇式工作:由于我們的發(fā)射電路是對(duì)編碼芯片輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制發(fā)射(波形圖如下圖所示),因此當(dāng)信號(hào)輸出高電平時(shí)收發(fā)電路工作,當(dāng)信號(hào)輸出低電平時(shí)收發(fā)電路截至,接收到的信號(hào)只是空間的干擾雜波。關(guān)于同步握手:為了使電路正常接收信號(hào)時(shí),譯碼器電路將立即檢查所接收到的信號(hào)的前三個(gè)字節(jié),如果選中的前三個(gè)字節(jié)的地址碼和地址線(xiàn)代碼是類(lèi)似的,那么成功的代碼。由于解碼器電路的工作頻率是比所述加密電路(通常從2.5?8倍的加密電路的工作頻率)的工作頻率越高,所發(fā)送的信號(hào)與“代碼+地址數(shù)據(jù)+地址+數(shù)據(jù)”發(fā)送,則可以獲得接收電路每個(gè)信號(hào)達(dá)到同步傳輸?shù)哪康?。提高能源效率天線(xiàn):不同的解決方案解決錯(cuò)誤后,我們發(fā)現(xiàn),使用的天線(xiàn),如天線(xiàn)和天線(xiàn)不僅使能源的工作更穩(wěn)定,少消費(fèi)。這是因?yàn)榫€(xiàn)圈感應(yīng)被包裹在一個(gè)大的環(huán)形天線(xiàn)中,并且LC振蕩可以被有效地執(zhí)行,并且可以投射許多電磁波,從而節(jié)省分類(lèi)中的問(wèn)題。降低電路的實(shí)際高度并減少發(fā)電機(jī)電路消耗的總能量。圖5-7發(fā)射電路的輸出編碼信號(hào)從調(diào)試及測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果分析,我設(shè)計(jì)的箱包防箱包防丟系統(tǒng)功耗非常低,電路工作較穩(wěn)定,很好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的全部要求,同時(shí)具有良好的擴(kuò)展性能,稍加改裝即可廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域。
第六章結(jié)論箱包防丟系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念源于生活。在日常的生活中,人們經(jīng)常被出行過(guò)程中,身邊的箱包的丟失所煩惱,因此得出本課題的研究方案。通過(guò)和指導(dǎo)老師的探討和查閱相關(guān)資料,我對(duì)箱包防丟系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了初步的理解,并且明確了此次設(shè)計(jì)中可能會(huì)用到的各類(lèi)元件,經(jīng)過(guò)一系列的論證,選擇了最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的設(shè)計(jì)元件。爾后通過(guò)老師的悉心指導(dǎo),使得我對(duì)箱包防丟系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理有了一個(gè)大致的了解,同時(shí)明確對(duì)箱包防丟系統(tǒng)中的超短無(wú)線(xiàn)通訊,信號(hào)接收的原理以及在箱包丟失的時(shí)候?qū)邮盏男畔⑹侨绾谓獯a和編碼的設(shè)計(jì)原理,之后就開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì),因?yàn)閷?duì)于箱包防丟系統(tǒng)來(lái)說(shuō),硬件電路的設(shè)計(jì)關(guān)乎其運(yùn)行的順暢性,能否達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)值,是此次課題實(shí)施的關(guān)鍵之處。在老師和同學(xué)的幫助下,我對(duì)箱包防丟系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)順利完成,接著就是要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試,這一塊關(guān)乎到箱包防丟系統(tǒng)是否能夠順利的在市場(chǎng)上得以運(yùn)行,所以我認(rèn)為這是此次課題的重中之重。這階段一直是陳思老師協(xié)助我進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)試,直至完成。這期間使我得到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn),我相信以后進(jìn)行類(lèi)似的項(xiàng)目會(huì)更加得心應(yīng)手。在這期間我遇到了很多的問(wèn)題,比如設(shè)計(jì)報(bào)警距離可調(diào)(3~5米)。然而設(shè)計(jì)初步完成時(shí),當(dāng)報(bào)警器的子體和母體超出所設(shè)定的距離時(shí)無(wú)法進(jìn)行報(bào)警。于是我將發(fā)射電路設(shè)計(jì)成調(diào)幅方式,通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的接入阻值調(diào)節(jié)報(bào)警距離。我們后期還需要進(jìn)行箱包的定位服務(wù),當(dāng)箱包丟失時(shí),通過(guò)定位可以找回。
致謝時(shí)間飛快,轉(zhuǎn)眼之間,大學(xué)四年的生活馬上結(jié)束,我們已經(jīng)走在通向社會(huì)的道路上?;叵肫饎倓傔M(jìn)入長(zhǎng)春師范大學(xué)時(shí)的場(chǎng)景,感覺(jué)無(wú)比欣喜和自豪,感謝學(xué)校能給予我一次進(jìn)修學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。在這四年中,我學(xué)會(huì)到了許多新的技術(shù)以及為人處世的能力,在此,我要向我的父母、老師、同學(xué)表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意。首先,我要感謝我的指導(dǎo)老師。老師知識(shí)儲(chǔ)備豐富,為人細(xì)心又耐心,在我學(xué)習(xí)中遇到困難時(shí),總是一絲不茍地對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo),使我收獲頗豐,學(xué)會(huì)了許多之前未曾接觸過(guò)的知識(shí)和理論。在我遇到困難時(shí),老師對(duì)我也是無(wú)微不至的關(guān)心與愛(ài)護(hù),讓我感受到了家一樣的溫暖。再一次向尊敬的陳思老師表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意。感謝我的同學(xué),雖然馬上就要畢業(yè),當(dāng)仍然堅(jiān)持回來(lái)、進(jìn)行技術(shù)討論,并提出自己的見(jiàn)解,互相幫助、排憂(yōu)解難。老師經(jīng)常帶我們?nèi)?shí)驗(yàn)室,在技術(shù)上對(duì)我們進(jìn)行支持,在和老師的一同學(xué)習(xí)中,各方面都飛速提升。和我們一起學(xué)習(xí)、工作,引導(dǎo)我入門(mén),針對(duì)我剛開(kāi)始的無(wú)知進(jìn)行多次引導(dǎo),讓我體會(huì)到編程的巨大樂(lè)趣。感謝我的同學(xué)們,在你們?nèi)杖找挂沟呐惆橹?,我不再孤?dú),并一直努力到今天。最后,我要感謝我的父母,感謝他們這些年來(lái)對(duì)我的理解和關(guān)心,沒(méi)有他們,就沒(méi)有現(xiàn)在的自己,他們的支持讓我信心倍增,干勁十足,對(duì)自己的未來(lái)充滿(mǎn)希望,衷心感謝你們。
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