基于单片机的智能家居总线式开关毕业论文

上传说明本论文仅供大家学习和参考用2大学毕业设计（论文）设计论文题目家居智能总线式开关系统系别电子工程系专业应用电子技术班级应用电子（3）姓名学号指导老师完成时间10年5月3家居智能总线式开关系统绪论智能家居最早是在20世纪80年代兴起于日本和美国，并在20世纪90年代进入我国，经过十几年的发展，特别是随着我国的住宅产业发展而迅速发展起来。而且在我国智能家居引起越来越多的关注，随着人民生活水平的提高，人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。由于我国的居住模式和发达国家存在很大的差别，我国人口众多，城市多以密集型住宅为主，这造成了国内外在智能家居的发展和技术上存在了很大的差别。国内智能化更多地注重于整个小区智能化的建设。最早从做对系统开始，并且逐渐由过去的非可视对讲过渡到目前的以黑白可视对讲为主流，同时一些集成了安防功能、抄表功能,短信息等功能的对讲产品出现并在一些地区应用。由于可视对讲的发展迅速，一些厂家的宣传，给人造成了一种错误的观念，小区只要做可视对讲或者综合布线就称得上智能化小区。随着对智能家居的认识越来越深入，人们逐渐意识到智能化的真正主体是家居的智能化，更多地体现在家庭内部自动化。所以20世纪90年代后期，一些企业开始引入国外的智能家居技术和产品在国内推广，还有一些大的集团公司也看好该领域，通过各种途径介入，促进整个行业迅速发展。关键字红外线，AT89C51，总线，双音多频DTFM,MT88804目录摘要与关键字3第一章课题描述11课题简介312系统功能要求4第二章系统设计21方案论证与选择422智能总线式开关的设计10第三章硬件电路设计31通信结点电路1932电源电路设计3133AT89C51芯片简介32第四章软件系统的设计41软件组成及结构37411主机程序流程37412分机程序流程3842用普通I/O口控制MT8880的软件实现39421MT8880初始化子程序39422MT8880数据发送子程序41423MT8880数据接收子程序425424红外遥控开关程序44第五章毕业设计小结48第六章参考文献49家居智能总线式开关系统【摘要】智能家居最早是在20世纪80年代兴起于日本和美国，并在20世纪90年代进入我国，经过十几年的发展，特别是随着我国的住宅产业发展而迅速发展起来。而且在我国智能家居引起越来越多的关注，随着人民生活水平的提高，人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。由于我国的居住模式和发达国家存在很大的差别，我国人口众多，城市多以密集型住宅为主，这造成了国内外在智能家居的发展和技术上存在了很大的差别。国内智能化更多地注重于整个小区智能化的建设。最早从做对系统开始，并且逐渐由过去的非可视对讲过渡到目前的以黑白可视对讲为主流，同时一些集成了安防功能、抄表功能,短信息等功能的对讲产品出现并在一些地区应用。由于可视对讲的发展迅速，一些厂家的宣传，给人造成了一种错误的观念，小区只要做可视6对讲或者综合布线就称得上智能化小区。随着对智能家居的认识越来越深入，人们逐渐意识到智能化的真正主体是家居的智能化，更多地体现在家庭内部自动化。所以20世纪90年代后期，一些企业开始引入国外的智能家居技术和产品在国内推广，还有一些大的集团公司也看好该领域，通过各种途径介入，促进整个行业迅速发展。【关键字】红外线，AT89C51，总线，双音多频DTFM,MT8第一章课题描述11课题简介智能家居的主体在于家庭自动化，将来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。家庭自动化系统能够通过集中或者分布式控制家庭内部照明或者家电，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备。家居自动化系统是将来智能家居的主要发展方向。从智能家居所包含的内容来看，智能总线式开关就适应了这一需求。本次设计以采用AT89C51实现的红外遥控和智能总线式开关来制作一个家居智能总线式开关控制系统，用遥控器代替机械式开关,来控制家庭内部照明，实现任何一个房间能控制任何房间的用电设备，并能指示任何房间的灯的状态。整个系统采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。采用主从式结构，一个主机，最多八个分机，如有特殊需要，还可扩展。12系统功能要求为实现家居智能化，家庭内部照明或者其他家电的开关，需要集中或者分布式控制，有时还需要通过网络或者电话远程控制。从市场需求出介绍的智能总线式开关具有如下功能和特点任何一个房间能控制任何房间的用电设备，并用发光二极管能指示任何房间的灯的状态。发光二极管亮代表此房间灯亮，发光二极管灭代表此房间灯灭。7整个系统必须采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。采用主从式结构，一个主机，最多8个分机，如有特殊需要，还可扩展。采用DTMF双音多频方式通信，通信可靠，通信距离长。系统是集中提供电源，抗干扰性强。加上电话线接口模块后，可实现拨电话开灯或开空调的功能，即基于公用电话网的远程开关。第二章系统设计21方案论证与选择方案一无线遥控智能总线式开关方案二采用PT2262/PT2272实现的红外遥控智能总线式开关方案三采用AT89C51实现的红外遥控智能总线式开关方案论述方案一无线遥控无线遥控由遥控发射机和遥控接受机两大部分组成如图一所示为无线遥控发射机示意图图二所示为无线遥控接受机示意图ANT电磁波图一发射机示意图ANT图二接收机示意图早期的发射机较多使用LC振荡器,频率漂移较为严重声表器件的出现解决了这一问题,其频率稳定性与晶振大体相同,而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹无须倍频,与晶振相比电路极其简单图三和图四所示为两种常见的发射机电路,由于使用了声表器件,电路工作非常稳定,即使手抓天线,声表器件或电路其他部位,发射频率均不会漂移图21和图22相比,图22所示电路的发射功率更大一些作用距离可达150米以上振荡器检波放大晶体管开关8123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE23APR2009SHEETOFFILECPROGRAMFILESDESIGNEXPLORER99SEEXAMPLESMYDESIGNDDBDRAWNBYC168PFC222PFR147KR2100315MHZVT1GND12VINL1图21发射机电路123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE23APR2009SHEETOFFILECPROGRAMFILESDESIGNEXPLORER99SEEXAMPLESMYDESIGN2DDBDRAWNBYL1C147PFC2315MHZVT1R147KGND12VINANTGND图22发射机电路接受机可使用超再生电路或超外差电路,超再生电路成本低,功耗小,电流只需100UA左右,超载生电路的零敏度可调但是,超载生电路的工作稳定性比较差,选择性差,从而降低了抗干扰能力超外差电路的灵敏度和选择性都可以做得很好因此比较常用。方案二采用PT2262/PT2272实现的红外遥控1芯片介绍PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路PT2262/2272最多可有12位A0A11三太地址端管脚悬空,接高电平,接低电平,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位D0D5数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路,红外遥控发射电路1编码芯片PT2262编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码,数据码,同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2262接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才9输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射当发射机没有按键按下时,PT2262不接通电源,其17脚为低电平,所以315MHZ的高频发射电路不工作,当有按键按下时,PT2262得电工作,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平期间,315MHZ的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低平期间，315MHZ的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度控键（ASK调制）相当于调制度为100的调幅1,PT2262特点CMOS工艺制造，低功耗。外部元器件少。RC振荡电阻。工作电压范围宽26V15V。数据最多可达6位。地址码最多可达531441种。2，应用范围车辆防盗系统。家庭防盗系统。遥控玩具。其他电器遥控。3，引脚图PT2262的引脚如图23所示。4，管脚说明PT2262的管脚说明如表所示。说明管脚说明A0A1118，1013地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”,“1”,“F”（悬空）D0D578，1013数据输入端，有一个为“1”即可有编码发出，内部下拉VCC18电源正端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端DOUT17编码输出端（正常时为低电平）VSS9电源负端（）在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。5，参数指标PT2262的极限参数如表一所示，电气参数如表二所示。参数符号参数范围单位电源电压VCC2150V输入电压VI03VCC03V输出电压VO03VCC03V最大功耗PA300MW工作温度TOPR2070度10储存温度TSTG40125度表二PT2262的电气参数（除非特殊说明TAMB25度VCC120V）参数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源电压VCC212V电源电流ICCVCC12V振荡器停止振荡A0A11开路00203UVDOUT输出驱动电流IOHVCC5VVOH3V3MAVCC8VVOH4V6MAVCC12VVOH6V10MADOUT输出陷电流IOLVCC5VVOL3V2MAVCC8VVOL4V5MAVCC12VVOL6V9MA2解码芯片PT22621,PT2262引脚图图23PT2262引脚图方案三采用AT89C51实现的红外遥控通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编、解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。A01A123A24A3VDDVTOSC1OSC218171615A45DIN14A56D078D19VSSD5D4D3D213121110键盘键阵编码调制LED11A红外遥控发射框图（B）红外遥控接收框图遥控开关是在通用红外遥控系统的基础上加以改进实现的。其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。即当一体化红外接收器接收到红外遥控信号后，将光信号转换成电信号，经放大、解调、滤波后，将原编码信号送入单片机AT98C51中进行信号识别、解码，然后进行相应的处理，打到控制电器的目的。下图一所示为遥控开关的系统构成框图，图二为遥控开关的电路原理图。图一遥控开关的系统构成框图彩色电视机遥控器遥控接收头显示器复位AT89C51晶振继电器（执行器）电器插座受控电器光/电放大解调解码电路12123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE26APR2009SHEETOFFILED我的文档桌面BACKUP1DDBDRAWNBYC1815C1815C1815C1815C1815P101P112P123P134P145P156P167P178RST/VPD9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40AT89C51VD1VD2VD31K1K1K1K1K1K1K1KVD412JK1A12JK1A12JK1A12JK1A12JK1AABFCGDE1234567ABCDEFG8GNLEDK101UF30PF30PF12MHZ321SM0038GNDGND共阳蜂鸣器5V图二遥控开关的电路原理图红外线遥控器的工作原理1红外线遥控发射器红外线遥控器发射器包含键盘、指令编码器和红外发光二极管LED等部分组成。当按下键盘的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。将此二进制脉冲码信号先调制在38KHZ的载波上，经过放大后，激发红外发光二极管LED转变成以波长940NM的红外线光传播出去。2红外线遥控接收器遥控接收器由红外线接收器、微处理器、接口电路控制电路等部分组成。光电二极管将接收的红外线信号转变成为电信号，经检波放大，滤除去38KHZ的载波信号，恢复原来的指令脉冲，然后送入微处理器进行识别解码，解译出遥控信号的内容，并根据控制功能输出相应的控制信号，送往接口电路（控制电路）做相应的处理。3红外遥控开关的译码在红外线遥控开关电路图中，当接通电源后，AT89C51的13脚所接的蜂鸣器会“嗡”的响一声，同时14脚所接的发光二极管闪亮一次，然后熄灭。P1口所接LED显示器不显示，继电路JK1A至JK5A全部断开，这些都表明红外遥控开关没有接收到信号，在此提示等待。此时，若将遥控器的数字“1”按下时，则在图中的红外遥控开关的电路图中的遥控接收器SM0038接收来自遥控发射器发射的红外信号，将接收的红外线信号转换成电信号，经放大、解调、滤波后，经红外接收器的第一管脚将原编码输入AT89C5的12脚。然后由AT89C51对所接收的原编码信号进行判断，识别等，然后做出响应的处理。13本系统采用单片机AT89C51和芯片MT888O作为本设计的核心元件。智能总线式开关是通过AT89C51和芯片MT8880实现对系统控制的。尽管无线遥控和PT2262/PT2272实现的红外遥控都比较方便使用，但是采用AT89C51实现的红外遥控更容易实现与智能总线式开关的连接。采用AT89C51实现的红外遥控就是在通用的红外遥控系统的基础上加以改进实现的，其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。所以，我们选择方案三。22智能总线式开关的设计方案1通信网络拓扑结构设计通信网络按拓扑结构设计可分为以下4种总线网星状网环状网混合网，如树状网、网状网等。（1）总线网总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有用户的一种方式，也就是说，连接用户的物理媒体由所有设备共享，如图一所示。使用这种结构必须解决的一个问题是确保用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定，即主机循环检测。这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其他端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作。网络节点网络节点网络节点网络节点网络节点总线图一（2）星状网星状网是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话就属于这种结构，如图图二所示。图三所示为目前使用最普遍的以太网星状结构，处于中心位置的网络设备称为集线器，英文名为HUB。14程控交换机电话机电话机电话机电话机电话机电话机图二这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其他端用户间的通信。但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。星状网的另一缺点是布线较多，每一工作站要求一条线，工作站越多，线材也消耗越多。工作站工作站集线器工作站工作站工作站工作站图三（3）环状网环状结构在局域网中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个用户到另一个用户，直到所有用户连成环状，如图图四所示。这种结构显而易见消除了用户通信时对中心系统的依赖性。15网络节点8环型网网络节点1网络节点6网络节点2网络节点5网络节点4网络节点7网络节点3图四环形结构的特点是，每个用户都与两个相邻的用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作。于是便有上游用户和下游用户之称。例如图四中，用户7是用户8的上游端用户，用户8是用户7的下游用户。如果8端需将数据发送到7端，则几乎要绕环一周才能到达7端。通过以上三种通信网络拓扑结构的比较。总线式网络具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信的优点。更重要的是布线要求简单，扩充容易。对于家用的电器设备，选用总线式网络拓扑结构最为适合。为解决总线冲突的问题，可采用主从式结构，系统结构如图五所示。主机电源从机（控制开关1）从机（控制开关2）从机（控制开关3）从机（控制开关4）从机（控制开关8）从机（控制开关7）从机（控制开关6）从机（控制开关5）VCCGNDTXDRXD图五主机和整个系统的电源作为一个模块，负责接收从机数据，并发给各从机。从机有各自不同的地址码，一个从机对应一组开关。当某一从机需要打开另一从机所控制的开关时，只需发送对应从机的地址码，主机收到此地址码后，立即转发各从机，各从机都能收到此信号，但只有符合本机地址码的从机才做出相应的16操作（开机或关机）。当然，从机也能控制自己的开关，操作过程和上述一样。2传输媒质的选择传输媒质是通信中实际传送信息的载体。合理的选择传输媒质，有助于提高通信质量和兼顾性价比。数据通信系统中采用的传输媒质可分为有线和无线两大类。双绞线、同轴电缆、电力线、电话线、波导管和光纤是常用的几种有线传输媒质。短波通信、微波通信、卫星通信、红外通信、激光通信、散色通信以及蓝牙通信等的信息载体都属于无线传输媒质。（1）有线传输媒质有线传输媒质是现代通信中最常用的媒质之一，它以有形的线路为传输介质，主要包括双绞线、同轴电缆和光纤。计算机间的远程数据通信一般要采用调制解调器，其传输介质本应使用专用的同轴电缆，但从成本角度考虑，还可使用双绞线、电话线和电力线。当然，采用光纤作为通信介质是最好不过了，但成本较高，可根据传输特性（包括其容量及传输频率范围）、连接性（点对点或多点）、地域范围（网络上点与点之间的最大距离）、抗干扰性（介质对干扰的屏蔽能力）、成本（包括组成部件、安装和维修成本等）几个方面对上述几种介质进行比较。下面，对这几种通信介质分别进行分析说明。双绞线双绞线是由两条互相绝缘的铜导线扭绞起来构成的，一对线作为一条通信线路。通常类似这样的一定数量的导线对捆成一个电缆，外面包上硬护套。之所以采用这种扭绞结构是为了减少相邻导线的电磁干扰，以提供相对稳定的导电特性。最近的研究结果表明，双绞线作为一个建筑物内局部通信网络的传输介质是有效且成本低廉的。双绞线可用于传输模拟及数字信号，其通信距离一般为几公里到几十公里。当距离太长时，对于模拟信号，每隔56KM需加放大器，以便将衰减了的信号放大到合适的数值；对于数字信号，每隔23KM需加转发器（中继器），以便将失真了的数字信号进行整形。导线越粗，其通信距离越远，但导线价格会越高。与其他传输介质相比，双绞线的传输距离、带宽和数据率有限。当频率增大时，信号衰减也增大。此外它易于电磁场耦合，对噪声和干扰较敏感。减少损耗的办法有两种第一，可在双绞线外面加上一个金属编制网的屏蔽层减少干扰，相邻的线对采用不同扭绞长度减少串音；第二，使用平衡传输线，接受端用相位差判断数字0和1，而不再用幅度差判断，因而可有效降低加性噪声干扰，增加传输距离。对于点到点模拟信号传输，双绞线可以达到250KHZ的带宽。由于用户线路的衰减为每公里1DB，而电话线通用标准为最大损耗低于6DB，因此，电话线上每6KM内必须接放大器。对于数字的点到点线路，双绞线可以达到几MB/S的数据传送速率，且传输距离可达几公里。由于双绞线成本低廉且性能较好，因而无论是在模拟还是数字数据通信中都是一种普遍采用的传输介质。目前，在某些专门系统中，双绞线在短距离传输中的速率已达100155MB/S。同轴电缆同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但他们是按同轴的形式构成线对的，其结构如图六所示。其中最里层是内导体，外包一层绝缘材料，外面再套一个空心的圆柱形外导体，最外层是起保护作用的塑料外皮。内导体忽然外导体构成一组线对。单根同轴电缆直径约为0525CM，几个同轴电缆往往会在一个大电缆内，有些里面还装有二芯扭绞线或四芯线组用于传输控制信号。由于外导体17是接地的，故同轴电缆具有很好的抗干扰性。外层外导体屏蔽层绝缘层内导体芯线图六同轴电缆与双绞线相比价格稍贵，因其具有带宽宽、数据传输速率高、传输距离长、抗干扰能力强等优点，尽管面临光纤、微波和卫星等传输信道的竞争，但仍是用途非常广泛的传输介质。由于它比双绞线具有优越的频率特性，现已被广泛用于较高速率和较高频率的数据传输，如长距离电报、电话传输，有线电视、局部网络和短距离系统连接的通信线路中。电力线利用电力线载波实现数据通信，将大大降低成本、缩短工时。下面举例说明电力线载波通信的原理。可以用单片机8031为控制核心，控制双音多频DTMF发生器（MT8880），实现信号编码，再通过锁相环电路（LM567）进行信号调制。载波信号经放大后，耦合至电力线上，完成数据发送。接收端将电力线上耦合进来的载波信号，经锁相环电路进行解调，再送入DTMF译码器（MT8880），实现信号译码，由单片机接受，使信号得以还原，从而完成两地的数据通信。电力线载波传输限于同一个电力变压器供电范围内，主从机最好接于同一相线上，这样传输衰减减小、传输距离远、传输效果好。若传输线不同相，则应在他们之间就近跨接01UF耐压630V以上的电容，实现交连传送，但传送效果差些。电话线利用现成的电话线进行串行数据通信，是非常经济的一个途径。在远程通信时，传输线上分布电容是使数据波形失真的主要因素。如果传输线是架在电线杆上的架空导线对，两导线间是由空气绝缘的，相互距离有数厘米，他们之间就构成了分布电容。导线越长，电容越大，对数据波形的影响越严重，两条传输线距离越近，电容也越大，特别是对电缆中的导线，不仅导线间距离小，而且绝缘材料的介电常数远大于空气的介电常数，所以同样长度的电容远比架空导线大，在选用传输线时应该给以重视，这就是直接用电话线或普通导线进行数字通信时，距离受限制的原因。如果传输的脉冲宽度太窄或使用的波特率太高，以至传输线上的电容尚未充满电荷之前就开始下降了，而电容上的电压尚未放电到最低电压又进行充电，这样在接收端无法判断它们，这便是用电话线直接传输数据时，应对波特率加以限制的原因。实际上用电话线传输直流电压要考虑由电阻、电容和电感以及非理想绝缘所带来的漏电电阻等综合影响。波导管如果发送频率足够高，那么信号的电磁成分可在自由空间传播，从而不需要任何实际导体。尽管如此，为避免由于信号扩散而引起的干扰和损耗，同时为了18使信号沿需要的路由传播，有时我们需要把这些电磁波禁闭在另外一种有介媒质波导管中。通常，波导管被用来把微波发射器和接收器连接到它们的天线，其工作频率范围为2000110000MHZ。另外，由于湿气使微波衰减，因此波导管使用干燥空气来防止这些湿气。常见的波导管是环形波导管。目前波导管仍被用做高功率、高频信号的导体，但更新一些的系统采用了光纤电缆。光纤光纤是光导纤维的简称，是传送光信号的媒质。光纤的原材料主要是二氧化硅，再加上其他的辅助材料如塑料等制成，光纤的结构呈圆柱形，内部是纤芯，外部是包层。纤芯采用二氧化硅以锗和磷等材料制成，直径约约为575UM；包层采用纯二氧化硅制成，直径约为100150UM。光纤的最外层是塑料护皮，用于保护纤芯。纤芯的折射率比包层的折射率高1左右，因而可以使光聚在纤芯与包层的界面之内向前传播，形成光导波。如果纤芯的直径足够细（例如5UM以下），则光在光导波中的传播只有一种模式，这样的光纤称为单模光纤。如果纤芯的直径足够粗，则光在光导波中可能同时有多种沿不同途径传播的模式，这样的光纤称为多模光纤。光纤的主要传输特性是损耗和色散。损耗是光信号在光纤中传输时单位长度的衰减，单位是DB/KM。色散是光到达接收端的时延之差，即光脉冲展宽，单位是NS/KM。损耗会影响传输的中级距离，色散会影响传输速率，两者都是很热闹重要的指标。光纤通信的主要优点有频带宽、通信容量大；在很宽的频带范围内，光纤对各频率的传输损耗和色散几乎相等，不需要在接收端或中中继站采取幅度或时延等的均衡措施；不受电磁干扰和静电干扰的影响，即在同一根光缆中，邻近各根光纤之间几乎没有串扰；构成光纤的主要原料是石英，石英的资源丰富且价格便宜；此外还有保密性好、线径细、体积小、重量轻、损耗小、误码率低等优点。光纤已成为当今重要的传输媒质之一，为数字通信和计算机通信网的迅速发展提供了良好的传输环境。（2）无线传输媒质所谓无线传输媒质，是指无须架设或铺埋电缆或光缆，而通过看不见摸不着的自由空间，将电信号转成无线电波进行传送。发信端待传的信息转换成无线电信号，依靠无线电波在空间传播，而收信端则要把无线电信号还原成发信端所传信息。无线电波是一种电磁波，因为是一种电磁波，因为频率（波长）相差较远的无线电波往往具有不同的特性，通常用频率（波长）作为无线电波具有表征意义的参量。例如，中长波沿地面传播，绕射能力较强；短波以电离层反射方式传播，传输距离很远；而微波只能在大气对流层直线传播，绕射能力很弱。因此，把无线电波按其频率（波长）来进行命名，如表一所示。下面简单介绍短波通信、微波通信、卫星通信、红外通信、激光通信、散射通信以及蓝牙技术等几种无线传输新技术。1短波通信短波通信是利用地面发射的无线电波在电离层反射，或电离层与地面之间多次发射而到达接收点的一种远距离通信方式，工作频率范围为3MHZ30MHZ。电离层的高度由数十公里到数百公里，分为多个不同的层次，而且随着季节、昼夜及太阳活动等情况不断变化，因此电离层的不稳定是造成短波通信质量不稳定的19主要因素。同时，由于短波通信可能存在多条传播途径，各途径的时延不等，从而会产生多径效应及衰落现象。加之它的工作频段窄，通信距离容量小，所以在数据通信中很少使用。但是短波通信的突出优点是投资少、建设快、通信距离远，因而在军事通信及移动通信方面仍有实用价值。2微波通信微波通信是在对流层的视距范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围为1GHZ20GHZ。由于受地形和天线高度的限制，两微波站间的通信距离一般为30KM50KM，长途通信时必须建立多个中继站。中继站的功能是变频和放大，进行功率补偿。通过各中继站逐站将信息传送下去，很像接力赛跑，所以微波通信常称为微波接力通信。微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两种。模拟微波通信主要采用调频制，每个射频信道可开通300、600、至3600个话路。数字微波通信大多采用相移键控（PSK），目前国内长途干线使用的数字微波主要有4GHZ的960路系统和6GHZ的1800路系统。微波通信的传输质量比较稳定，影响质量的主要因素是雨雪天气对微波产生的吸收损耗，不利地形或环境对微波所造成的衰落现象。微波通信以其成本低、中继距离远等优点，成为长途通信的主要手段之一。微波接力信道主要用于长途电信服务。工作在1GHZ以下的频段用于移动通信系统和某些数据采集系统；工作在15GHZ10GHZ的频段用于传输电视和话音的同轴电缆的替代信道。大多数长途电话业务使用4GHZ6GHZ的频率范围，由于在这些频率上越来越挤，因此目前也在使用其他较高的微波频率。微波接力通信可传输电话、电波、图像、数据等信息，同时由于它具有频带宽、通信容量大、灵活性可靠性较好、投资少见效快等特点，目前在各国应用都很广泛。但微波接力信道也存在一些缺点，如相临站间必须直视、不得有障碍物，受气候干扰较大，保密性差，中继站的使用与维护带来一些问题等等。3卫星通信检单地说，卫星通信就是地球上的无线电通信站之间利用人造卫星做中继站而进行的通信。人造卫星已成为当今通信的重要媒介之一。通信卫星被发射到地球的赤道上空36000KM处的对地静止轨道上，利用卫星上的通信转发器，可以接收由陆地卫星地球站发射的信号，该信号经放大，变频后，转发到其他的地球站，从而完成地球站之间的传输。一个卫星可以覆盖地球表面1/3的地区，只经过一次中继，而且频带宽，因此卫星通信的容量大，中继站少。两个地球站之间的直接通信距离可达13000千米，并且无论通信距离远近，通信的质量都相同，所以卫星通道已经成为当今长途通信的主要手段之一，也是计算机通信的良好媒质之一。4激光通信激光通信时利用激光传输信息的通信方式。激光是一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特点。它具有通信容量大、不受电磁干扰、保密性强、设备轻便、机动性好等优点，但使用时光学收发天线相互对准困难。通信距离限于视距，易受气候影响，在恶劣气候条件下甚至会造成通信中断。大气激光通信可用于江河湖泊、边防、海岛、高山峡谷等地的通信，还可用于微波通信或同轴电缆通信中断抢修时的临时顶替设备。激光通信相比于微波通信，具有以下优势发射光束窄，方向性好。激光通信中的光束发射角通常都在毫弧度，甚至微弧度量级，它能较好的解决日益严重的电磁波干扰和保密问题。激光通信中的天线尺寸也是其优点之一。由于激光波20长短，在同样功能情况下，天线的尺寸比微波、毫米波通信天线的尺寸要小许多，但其信息容量较大。光波作为信息载体可传输10GB/S的数据速率，而且其功耗小、体积小、重量轻，此外，真空对于光波是一种无损耗、无干扰的良好传输介质，传输同样速率与信息的装备，光通信的性价比最高。5红外通信红外通信在人们日常生活中处处可见。从电视机、VCD遥控器，到电梯、门禁系统，乃至便携式电脑，都是红外通信的实例。由于红外通信价格低廉，使用方便，解决了无有线连接的许多方便，因而受到了家电设备厂商，电脑外围设备厂商以及通信设备厂商的高度重视。使用发送器和接收器调制出不相干的红外线光就可以实现红外线通信。无论是直接传输还是经过一个浅色表面的反射，收发器之间的距离都不能超出视线范围。红外线传输与微波传输之间的一个重要区别是前者无法穿透墙体，因此，微波系统中的安全问题和干扰问题在红外线传输中都不存在。6散射通信散射通信是利用地面发射的无线电波在对流层散射而返回地面的一种通信方式，工作频率范围为100MHZ10GHZ,通信距离一般为150KM400KM，最高可达800KM1000KM。与短波通信相比，散射通信的传输频带较宽，可达数百千赫兹到数兆赫兹，而且通信容量大，能进行多路复用。散射通信的主要缺点是传输损耗大，接收信号的强度变化大。为了克服衰落现象，需要采取多种措施，如今采用分集接收、加大天线、使用大功率发射机和低噪声接收机，致使成本提高。散射通信由于通信容量大，不受核爆和极光的影响，因而在军事通信中以及在无法进行微波通信的条件下，有很高的实用价值。7蓝牙技术蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放式全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境中建立一个特别连接，其程序写在一个99MM2的微芯片中。如果把蓝牙技术引入到移动电话和膝上型电脑中，就可以去掉移动电话和膝上型电脑之间的连接电缆而通过无线使其建立通信。打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其他的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。除此之外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固体网络的个人特别连接设备群。蓝牙工作在全球通用的24GHZISM频段。蓝牙的数据速率为1MB/S时分双工传输方案被用来实现全双工传输。ISM频段是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频带都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙蓝牙特别设计了快速确认和调频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断的从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；调频的瞬时带宽是很窄的，但可以通过扩展频谱技术使这个窄带扩展成百倍的宽频带，使干扰变小。与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙调频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统更稳定；前向纠错的使用抑制了长距离链路的随机噪声；采用了二进制调频技术的调频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。这些都是蓝牙迅速发展的21原因。通过以上对各传输媒质的分析和比较，我们不难看出，在通信系统中，合理的选择传输媒质是很重要的。智能总线式开关民用智能化设备，由于它的普遍性和实用性，必须从性能价格比出发来选择通信传输媒质。从以上对传输媒质的分析和比较可知，双绞线作为一个建筑物内局部通信网络的传输介质是有效的且成本低廉的。本系统采用直径为03MM的双绞线，该线在20C时每千米导体直流电阻为36欧姆，每千米固有衰减小于1DB（8001000HZ）（3）通信编解码方式设计数据通信中的编解码技术主要有DTMF编解码技术和三态逻辑解码技术，本系统编采用DTMF编解码技术。1DTMF（双音多频）编码方法DTMF是英文DUALTONEMULTIPLEFREQUENCY的缩写，意为“双音多频”，它在程控系统中应用最为广泛。DTMF（双音多频）信令具有的传递速度，使得它不仅广泛应用于电话系统的语音通信中，而且在通信网中应用也极为普遍。一些系统中常常需要同时接收和发送DTMF信号，发送和接收均伴随着编码和解码过程。电话机有两种拨号方式，即脉冲拨号方式和双音多频拨号方式。双音多频拨号方式的双音是指两个特定的单音信号的组合叠加来代表数字或符号（功能）。两个单音的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中，有16个按键，其中有10个数字键（09），6个功能键、A、B、C、D。按照组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号。由于采用的频率有8种，故称之为多频。又因从8种频率中任意抽出两种进行组合，又称其为8中取2的双音编码方法。根据CCITT的建议，国际上采用69HZ、770HZ、825HZ、941HZ、1209HZ、1336HZ、1477HZ和1633HZ。把这8种频率分为两个群，即高频群和低频群。从高频群和低频群中任意各抽取一种频率进行组合，共有16种不同的组合，代表16种不同的数字或功能，如表一所示表一拨号数字与高、低频率的组合关系低频组FLHZ高频组FHHZ1209133614771633697123A770456B852789C9410D例如按“1”键时，由拨号电路产生697HZ与1209HZ叠加的信号电流输出；按“2”键时，产生697HZ与1336HZ叠加输出；以此类推。2DTMF（双音多频）编解码器的原理22DTMF（双音多频）编码器是采用每位数字有一组低频（FL）和一组高频FH按式81的组合叠加形成的一组双音多频信号，实现快速数字拨号。V（T）AHSIN2FHTALSIN2FLTDTMF解码器一般包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器。DTMF接收信号先经高、低群带通滤波器进行FL、FH区分，然后过零检测，比较，得到相应于DTMF的两路信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲、恢复对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码。目前DTMF产品多属于CMOS集成电路，国际上一些主要器件生产厂家或公司均有这方面的系列产品。有代表性的DTMF发送器包括MITE公司的MT5087、MT5089、MT5088、MT5091,MOTOROLA公司的MC14410,AMI公司的S2860、S2559,TEXAS公司的TP5087、TCM5087、TCM5089,MOSTEK公司的MK5087、MK5089、MK5091等。有代表性的DTMF接收器有MT8880、M8880、MT8888、MT8888、MT8889等。这些DTMF产品集成度高，体积小，抗干扰能力强，并且中间传输的是两个叠加的音频信号，最后输出的是二进制编码信号，便于与微型计算机接口，无须调制解调器。目前DTMF主要用于电话机及程控交换机中。实际上，DTMF编译码电路可广泛用于遥控、遥测和数据传输等领域中。本系统从通信可靠性和成本考虑，采用DTMF编解码技术，并选用DTMF编解码芯片MT8880。第三章硬件电路设计31通信结点电路1，控制开关的电路原理与分析控制开关电路主要由单片机AT89C51，双音多频收发芯片MT8880和固态继电器SSR组成，如图七所示23IN1IN23GS4VREFVDDST/GTESTD320191817OSC27TONE89R/W10CSD0IRQ/CPRS014131211VSS5D216OSC16D1152VCCGNDTXDRXD电源5VP101P1123P124P13VCCP00P01P0240393837P145P1567P168P17P03P04P05P0636353433RST9RXD1011TXD12INT0P07EAALEPSEN32313029RD17XTAL21819XTAL120VSSP23P22P21P2024232221INT113T01415T116WRP27P26P25P24282726255V5VSSR5VR1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16R17R18R19R21300K10K47K24010K1K47K100K300K33K10K5105105105105105105105101K5VC1C2C3C4C5C6C7C810UF01UF22UF001UF47UF30PF30PF01UFBG1BG2X1X212MHZ3579545MHZIC1MT8880IC2AT89C51S1S2S3S4S5S6S7S8LED1LED8图七控制开关电路单片机AT89C51负责读取按键、控制MT8880收发数据、控制LED指示灯和驱动固态继电器SSR动作。双音多频收发芯片MT8880既可接收总线上的双音多频信号并解调出二进制数据，也可以将单片机送来的二进制数据变成双音多频信号发送到总线。电阻R1、三极管VT1和电阻R2组成放大电路，把双音多频收发器MT8880输出的双音多频信号进行放大，发送到总线上。R3、VT2是电子开关，当不发送双音多频信号时，VT2截止，使VT1截止，使总线处于高阻状态，不影响其他通信结点发送信号。电源电路是开关稳压电路，将1030V的直流电压变成5V。按键S1S8分别作为控制8个开关的主令按键。指示灯LED1LED8作为8个开关的指示灯，用以指示8个开关的主指令按键。C6、R11是单片机的复位电路。R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R21是指示灯LED1LED8的限流电阻242主机的电路原理与分析主机电路与控制开关电路相比，除无按键和指示灯外，其他均相同，电路如图八所示。电路工作原理与控制开关电路相同。在此不再详述。3MT8880双音多频收发器的介绍1MT8880双音多频收发器的特性1全功能双音多频发射、接收器。2具有中心局工作质量。3低功耗。4具有微处理器通道。5可调整保护时间。6自动音频波群方式。7呼叫进程模式。（2）功能说明MT8880C是一个包括呼叫过程滤波器的单片双音多频收发器，它采用了MITEL公司的ISOCMOS技术，具有低功耗，可靠性高的特点。双音多频发射部分使用了开关电容数模转换器，保证了所传递的双音多频信号具有低失真、高精确度的特点。内部计数器提供音频波群传递方式，从而使音频串能够在高精度时序内传递。一个呼叫过程滤波器可使微处理机分析呼叫过程音频。片内的标准微处理器总线能够直接和微处理器兼容。MT8880C1除了接收部分的性能和MT8880C完全相同，前者增强了接收和拒收低信号电平的能力。25123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE3MAY2009SHEETOFFILED我的文档桌面BACKUP12DDBDRAWNBYP101P112P123P134P145P156P167P178RST/VPD9RXD/P3010TXD/P3111INT0/P3212INT1/P3313T0/P3414T1/P3515WR/P3616RD/P3717XTAL218XTAL119VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40AT89C51IC2AT89C51321SM0038IN1IN2GS3VREF4VSS5OSC16OSC27TONE8R/W9CS10RS011212IRQ/CP13D014D115D216D317EST18ST/GT19VDD20MT8880IC1SSR电源GNDTXDRXDVCCR1300KR21KR310KR447KR5100KR610KR71KR8240R9300KR1033KR1147KR1210KR13510KR14510KR15510KR16510KR17510KR18510KR19510KR20510KC301UFC501UFC4001UFC222UFC647UFC110UFC730PFC830PFX212MHZVT1VT25V5V5V5VX15VLED1LED8图八主机电路MT8880C和MT8880C1集成了双音多频收发功能，包括一个带内部增益设置放大器的高性能双音多频接收器和一个使用脉冲计数器把音频脉冲串和脉冲间隔进行精确合成的双音多频发生器。此外，可选择呼叫进程方式检测特定通频带内的频率。通过一个标准的微处理器接口，可以接入到芯片内一个状态寄存器、两个控制寄存器和两个数据寄存器中。MT888C/C1有两种封装方式，两种封装的的引脚排列如图九所示外引线端子说明如表三所示。26ININGSVREFVSSOSC1OSC2TONER/WCSVDDST/GTESTD3D2D1D0IRQ/CPRS021234567891011121314151617181920ININGSVREFVSSOSC1OSC2TONER/WCSRS02IRQ/CPD0D1D2D3ESTST/GTVDDNCNCNCNCNCNCNCNC12345678910111213141516171819202122232425262728图九引脚排列图表三外引线端子说明端子号名称说明202811IN运算放大器同相输入端22IN运算放大器反相输入端34GS增益选择。前端差分放大器输出端用于同反馈电阻相连46VREF参考电压输出。57VSS接地端68OSC1双音多频DTMF时钟/