基于MSP430单片机的上水栓遥控装置的研制

目录第一章前言 (1)1.1 遥控器的发展历史 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 研究意义 (2)第二章系统方案 (4)2.1总体方案论证 (4)2.2方案原理 (4)2.3 方案要求 (4)2.4 方案选择 (4)第三章系统硬件设计 (8)3.1 硬件电路图 (8)3.2 系统电路模块 (8)3.2.1MSP430F149单片机 (8)3.2.2 复位电路模块 (11)3.2.3时钟电路 (11)3.2.4 外围I/O扩展电路 (12)3.2.5 串行通信模块 (12)3.2.6 接口电路 (13)3.2.7 BSL下载电路 (14)3.2.8电源供电模块 (15)3.2.10模拟量输入 (16)3.2.11蜂鸣器 (17)第四章软件设计 (18)4.1系统软件流程图 (18)4.2 MSP430单片机编程的特点 (19)4.2.1 JTAG口的不同 (19)4.2.2 BSL下载电路 (20)4.3 程序部分 (20)4.3.1 SPI系统模块程序 (20)4.3.3 液晶显示器模块 (24)第五章系统调试 (28)5.1 分模块部调 (28)5.1.1 电源调试 (28)5.1.2 串口调试 (28)5.2整体运行调试 (28)5.3 程序调试 (28)5.4 实际应用调试 (29)5.5 调试过程发现的问题 (29)结束语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录A：主程序 (34)附录B：元器件清单 (57)附录C：原理图 (59)附录D：PCB版图 (60)第一章前言随着旅客列车运行速度达到300km/h以上，铁路给水自动化、系统化及信息化发展的战略要求日益凸显，而陈旧的客车上水作业及管理模式已严重阻碍铁路客运事业的发展[1]。

客车上水是列车运行中不可或缺的环节，在我们一直沿用的人工作业方式中，存在着很多的不足：一是浪费水资源严重。

二是劳动效率低，三是无统计数据。

传统的上水方式严重地影响着列车的行车速度，同时也影响着上水的质量。

随着铁路的深化改革和计算机、控制、网络、通信技术的发展，为适应铁路提速的要求，我们在经过充分的论证和实验的基础上，以某火车站为原型，设计出了旅客列车上水系统，该系统集自动上水，信息显示和动态检测于一体，综合运用智能、网络、控制、等技术，使系统具有高可靠性和智能自动化等特点。

1.1 遥控器的发展历史遥控器是一种用来远控机械的装置。

现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。

最早用来控制电视的遥控器是美国一家叫Zenith的电器公司（这家公司现在被LG收购了），在1950年代发展出来的。

一开始是有线的。

1955年，该公司发展出一种被称为“Flashmatic”的无线遥控装置。

但这种装置没办法分辨光束是否是从遥控器而来，而且也必需对准才可以控制。

1956年罗伯．爱德勒（Robert Adler）开发出称为“Zenith Space Command”的遥控器，这也是第一个现代的无线遥控装置，他是利用超声波来调频道和音量，每个按键发出的频率不一样，但这种装置也可能会被一般的超声波所干扰，而且有些人及动物（如狗）听得到遥控器发出的声音。

1980年代，发送和接收红外线的半导体装置开发出来时，就慢慢取代了超声波控制装置。

即使其他的无线传输方式（如蓝牙）持续被开发出来，这种科技直到现在还持续广泛被使用。

遥控器是一种无线发射装置，通过现代的数字编码技术，将按键信息进行编码，通过红外线二极管发射光波，光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号，进处理器进行解码，解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求。

1.2研究背景客车上水是铁路旅客运输的一项重要工作，随着中国一直以来大力发展铁路建设事业，客车在车站停留的时间越来越短，如何保证客车在车站里能够在如此短的停留时间里，高效，快速，安全，节能地完成客车上水，已经是一个迫在眉睫的问题。

【2】铁路客车人工上水步骤一般是当客车停下时，先打开水阀，再将上水管插入客车的上水口，待水上满溢出后，在返回去关水阀。

其缺点主要是：职工劳动强度大，特别是在冬季寒冷地区需手工盘管；大量渗水严重影响站内路基安全；水资源浪费严重；冬季寒冷地区上水过程中溢出的水流到股道还会结冰，严重影响车站工作人员的安全；传统客车给水栓难以实现客车上水的实时监测与控制, 无法提高客车上水的管理水平, 向管理要效益就成为了一句空话；上水用的胶皮管平时不用时摆放在股道间，不美观也不卫生。

现在铁路客车落后的人工手动上水装置，严重制约了铁路提速和铁路运输安全，为了改进现状，确保铁路客车供水质量，适应铁路高速发展的时代要求，客车摇控上水的作用和优势越来越明显，地位也会越来越重要。

【3】1.3 研究意义本系统通过设计的专用遥控器可以对相应上系统进行操作，主要能控制对上水栓的启停操作。

遥控上水系统在节约用水的同时，保证了列车上水的水质，避免了人工上水的铁路职工的安全问题。

解放了劳动力，为高速铁路运行节约了时间。

上水专用无线遥控电磁驱动水力阀门,解决了普通大口径电磁驱动水阀门开断速度比较缓慢且耐压性差的缺点。

该阀门开断迅速、上水量大，易于上水和回水的切换，上水不跑水，回水不漫流,。

较好地解决了北方地区冬季上水栓和胶管结冰的难题。

上水专用无线遥控电磁驱动水力阀门研发是对传统客车上水方式的改革,，是高新技术在该项工作上的应用范例，满足了客车全面提速的需要, 提高了技术装备水平，项目的推广应用前景广。

【4】遥控监控系统主要功能包括实时监测管网水压力、流量、每节客车上水时间和上水阀开关状态。

编制管理软件实现客车上水的科学管理, 达到节水增效的目的。

系统配有专用多通道遥控器，通过调整遥控器可以对相应上水系统进行操作。

①无线遥控上水控制系统，可以定时上水。

时间到时自动关闭水阀、快速气动管接头与列车注水口自动分离；②无线遥控上水控制系统，持续给水箱上水。

水箱水满时遥控关闭水阀、自动排余水、快速管接头与列车注水口自动分离；③无线遥控上水控制系统，中途中断上水、自动或遥控关闭水阀、快速气动管接头与列车上水注水口自动分离；④无线遥控具有急停功能,可使所有上水控制系统同时立刻关闭水阀、快速气动管接头与列车注水口自动立刻分离；⑤无线遥控可使上水软管回卷到卷管机内。

⑥遥控器为通用遥控器,与上水控制系统具有自动对码功能，遥控距离大于50m，带有通讯功能的控制单元可以实现场站任意距离遥控。

【5】第二章系统方案2.1总体方案论证遥控装置主要对上水栓进行远程控制，能切换股道，选择机号。

同时要能收到不同股道反馈的上水栓即时信息（压力、流量、温度）。

对每一个股道设置总开关能同时关闭同一股道的全部上水开关。

能对上水开关设定上水时间，并且能给上水栓加电子锁。

2.2方案原理无线电遥控系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。

系统的工作原理是首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。

而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控系统地址。

如果是，则单片机电路产生相应的控制信号控制开关电路动作；如果不是，则解码电路不解码，单片机电路不响应，开关电路无任何动作。

【6】2.3 方案要求（1）由于该遥控器要求能股道选择、机号选择。

（2）数据查询（压力、流量、温度）。

（3）总开关（1-20机号，总停水开关）同时关闭（所选股道）。

（4）上水机、上水时间设定（不设定默认为20分钟）（5）发射信号要回传（按键要求：大按钮，总停开关为红色），有声音和能发光。

上水栓加电子锁（电子锁是使用全部上水栓不能工作），电池使用时间要长、耐用。

所以对于该要求就有遥控器由锂电池供电，通过USB接口充电，对整体来说要求的就是要能低功耗运行，且能进入待机模式以便于延长遥控器使用寿命和电池的耐用性。

多股道切换要求遥控器本身处理能力要求比较高，对数据处理的及时性和快速性要求高，要能快速效率处理按键和反馈回来的信号（开关、压力、流量等）对显示要求较高，就不能用数码管显示，只能用液晶显示屏。

2.4 方案选择方案一红外无线遥控发射和接收-硬件实现方案：采用红外无线遥控发射器和接收器。

发射器用通用电视遥控器，接收器用通用一体化红外接收头。

红外线方案多见于电视机遥控，空调遥控等室内遥控系统。

红外遥控器原理：很多电器都采用红外线遥控，那么红外线遥控的工作原理是什么呢?首先我们来看看什么是红外线。

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。

比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

常用的红外线遥控系统一般分发射和接收两个部分：发射部分的主要元件为红外发光二极管。

它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。

红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（15mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。

最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。

成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。

均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。

红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。

成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。

但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz陶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。

由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。