毕业论文无线电遥控系统的设计.doc

I 摘摘 要要 伴随着现代科技的发展 无线电遥控技术在现代工农业生产 国防 科研 等领域有非常广泛的应用 因此需要设计者从全局考虑 优化设计整个遥控系 统 使得遥控技术越来越准确 论文主要包括发射电路的设计和接收电路的设 计两大部分 其中发射电路的设计为重点 首先 在整体上阐述了设计思路 然后逐步对整体方案分块设计 接着整合在一起 使其整体电路更加精良 从 而设计出最佳单元电路 其次 开始了对各个单元电路的设计 从开关电路 到编码电路 功率放大电路 调制电路 再到发射天线 都进行了详细的阐述 最后 选用 FM 解调芯片 MC3361 构成解调电路 LC 作发射模块 用 MC145026 MC145027 实现编码和解码功能 实现了无线遥控八个对象 七个 LED 和一个小灯泡 控制状态有 15 种 分别为七个 LED 的开关状态和小灯泡对应的 八个亮度等级的简易无线电遥控系统 关键词 发射电路 接收电路 主振电路 高频功率放大器 调制电路 II Abstract With the development of modern technology science wireless remote control technology in the modern industrial and agricultural production national defense scientific research and other fields have a very wide range of applications Therefore need designers from overall consideration optimize the design of the remote control system make remote control technology is more and more accurate Thesis mainly including launch circuit design and receiving circuit design of two parts the launch of the design of the circuit as the key point First of all on the whole expounds the design idea and then gradually to the overall program block design Then together make the whole circuit more excellent and the best unit circuit design Second we began to each unit circuit design We from the switch circuit encoding circuit the power amplifier circuit modulation circuit and then to antenna are in detail Finally we choose FM demodulation chip MC3361 constitute demodulation circuit LC for launch module with MC145026 MC145027 realize encoding and decoding function Realized wireless remote control eight object seven LED and a small bulbs 15 of state control respectively for seven of the switch state and small LED bulb corresponding eight brightness levels of simple wireless remote control system Key words Launch circuit receiving circuit main vibration circuit high frequency power amplifier modulation circuit III 目目 录录 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 目目 录录 III 第第 1 1 章章 绪绪论论 1 1 1 无线遥控系统的简介 1 1 1 1 红外遥控系统 1 1 1 2 无线电遥控系统 2 1 2 无线电遥控系统的发展状况 3 1 2 1 无线电遥控系统的优势 3 1 2 2 无线电遥控系统的发展趋势 4 1 3 无线电遥控系统的背景及意义 4 1 3 1 无线电遥控系统发展面临的挑战 4 1 3 2 课题研究的意义 5 1 4 研究的内容和章节安排 6 第第 2 2 章章 设计方案的讨论设计方案的讨论 7 2 1 总体设计方案 7 2 1 1 方案一 7 2 1 2 方案二 8 2 2 方案比较 8 2 3 方案的具体论证 8 2 3 1 无线信号传输部分 9 2 3 2 控制部分 10 第第 3 3 章章 无线遥控发射接收系统设计及调试无线遥控发射接收系统设计及调试 12 3 1 模拟部分 12 3 1 1 发射机 12 3 1 2 接收机 15 IV 3 2 数字系统部分 20 3 2 1 编码部分 20 3 2 2 解码部分 21 3 2 3 驱动部分 23 3 3 系统的性能分析 27 3 3 1 提高可靠性 27 3 3 2 提高抗干扰性 27 总总 结结 28 致致 谢谢 29 参参 考考 文文 献献 30 附附 录录 31 毕业设计 论文 专用纸 第 1 页 第 1 章 绪论 1 1 无线遥控系统的简介 无线遥控 顾名思义 就是一种用来远程控制机器的装置 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 时至今日 无线遥 控器已经在生活中得到了越来越多的应用 给人们带来了极大的便利 随着科 技的进步无线遥控器也扩展到了许多种类 简单来说常见的有 2 种 一种是家 电常用的红外遥控模式 IR Remote Control 另一种是防盗报警设备 门窗 遥控 汽车遥控等等常用的无线电遥控模式 RF Remote Control 无线遥控 可以分为两种类型 红外遥控和无线电遥控 1 1 1 红外遥控系统 红外遥控器 IR Remote Control 是利用波长为 0 76 1 5 m 之间的近 红外线来传送控制信号的遥控设备 常用的红外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 接收部分的主要元件为红外接收二极管 一般有圆形和方形两种 在实际 应用中要给红外接收二极管加反向偏压 它才能正常工作 亦即红外接收二极 管在电路中应用时是反向运用 这样才能获得较高的灵敏度 由于红外发光二 极管的发射功率一般都较小 100mW 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 最近几年大多都采用成品红外接收 头 红外遥控常用的载波频率为 38kHz 这是由发射端所使用的 455kHz 晶振来 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 毕业设计 论文 专用纸 第 2 页 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 因 此 现在红外遥控在家用电器 室内近距离 小于 10 米 遥控中得到了广泛的 应用 1 1 2 无线电遥控系统 另外一种无线遥控是无线电遥控 RF Remote Control 它是利用无线电 信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备 这些信号被远方的接收设备接收 后 可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备 去完成各种操作 如 闭合电路 移动手柄 开动电机 之后再由这些机械进行需要的操作 作为一 种与红外遥控器相补充的遥控器种类 在车库门 电动门 道闸遥控控制 防 盗报警器 工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用 常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分 发射部分一般分为两种类型 即遥控器与发射模块 遥控器和遥控模块是 对于使用方式来说的 遥控器可以当一个整机来独立使用 对外引出线有接线 桩头 而遥控模块在电路中当一个元件来使用 根据其引脚定义进行应用 使 用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接 体积小 价格低 物 尽其用 但使用者必须真正懂得电路原理 否则还是用遥控器来的方便 接收部分一般来说也分为两种类型 即超外差与超再生接收方式 超再生 解调电路也称超再生检波电路 它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波 电路 超外差式解调电路与超外差收音机相同 它是设置一本机振荡电路产生 振荡信号 与接收到的载频信号混频后 得到中频 一般为 465kHz 信号 经 中频放大和检波 解调出数据信号 由于载频频率是固定的 所以其电路要比 收音机简单一些 超外差式的接收器稳定 灵敏度高 抗干扰能力也相对较好 超再生式的接收器体积小 价格便宜 无线电遥控常用的载波频率为 315mHz 或者 433mHz 遥控器使用的是国家 毕业设计 论文 专用纸 第 3 页 规定的开放频段 在这一频段内 发射功率小于 10mW 覆盖范围小于 100m 或 不超过本单位范围的 可以不必经过 无线电管理委员会 审批而自由使用 我国的开放频段规定为 315mHz 而欧美等国家规定为 433mHz 所以出口到上述 国家的 产品应使用 433mHz 的遥控器 无线电遥控器与红外遥控器的区别 红外遥控和无线遥控是对不同的载波 来说的 红外遥控器是用红外线来传送控制信号的 它的特点是有方向性 不 能有阻挡 距离一般不超过 7 米 不受电磁干扰 电视机遥控器就是红外遥控 器 无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的 它的特点是无方向性 可 以不 面对面 控制 距离远 可达数十米 甚至数公里 容易受电磁干扰 在需要远距离穿透或者无方向性控制领域 比如工业控制等等 使用无线电遥 控器较易解决 1 2 无线电遥控系统的发展状况 无线电遥控技术发展只有几十年的历史 本世纪 20 年代才刚刚出现无线电 遥控的雏形 那时 人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上 但由 于技术不够完善而未能成功 二次世界大战以后 无线电遥控技术发展迅速 并逐渐在军事 国防 工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用 到现 今 随着电子技术的飞速发展 新型大规模遥控集成电路的不断出现 使得遥 控技术有了日新月异的发展 遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件 集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机 智能化程度大大提高 近年来 遥控技术在工业生产 家用电器 安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越 广泛 在无线遥控领域 目前常用的遥控方式主要有超声波遥控 红外线遥控 无线电遥控等 由于无线电波是由发射点向四面八方传播 可以穿过阻挡物 而且可以传播到很远的距离 因此它的控制可以在很大区域和空间内实现 成 为遥控的主要方式 在国防 军事 生产 建设和日常生活中有极广泛的应用 1 2 1 无线电遥控系统的优势 美国 日本 德国以及包括中国在内的很多国家对遥控技术这一课题进行 毕业设计 论文 专用纸 第 4 页 了大量的研究并取得了显著的成果 从遥控视距的角度来看 遥控技术发展经 历了下面三个阶段 视距遥控 LOS 超视距遥控 ELOS 和远程无线遥控 对于视距遥控 操作员不与机器直接接触 已位于作业区的危险范围外 通过 直接观察 发送指令来控制各种设备 一般来说 其可靠遥控作业距离为几十 米 在视距遥 控基础上发展起来的超视距遥控 虽然仍需要操作员靠近工作区作业 但通过 其先进的数据传输手段和控制技术能够为操作员提供作业区的反馈信息来克服 视距遥控的某些局限性 增强了操作员对设备的遥控控制能力 视距范围之外 1 2 2 无线电遥控系统的发展趋势 随着现代通信技术的飞速发展 近距离无线通信技术呈现出良好的发展势 头 受到越来越多人的关注 因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况 系统需要实时传输小量的突发信号 当然传统的无线通信技术虽然能够满足要 求 但免不了存在成本高 体积大 功耗大的问题 这时成本小 体积小 功 耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势 尤其在传统无线通信系统难于 或者不便于覆盖到的区域 短距离无线通信技术可以在近距离范围内实现相互 通信或相关操作 无线数据传输系统已成为当今通信业乃至整个信息业的热点 广泛应用于无线遥控 报警 无线局域网 军事通信等范围 具有一定的实际 应用价值 1 3 无线电遥控系统的背景及意义 五十年代开始 半导体技术在我国受到重视 一批从国外回来的著名科学家 如 黄昆 谢希德等组织了一些有志之士开始了半导体专门化研究 他们那时 培养的学生大多数已成为我国固体物理学或半导体技术界的学科带头人 七十年代 我们几乎停止了进步 直到八十年代我国半导体技术才有开始有 长足的发展 应该讲我们与国外的差距正在缩小 20 世纪初首先解决了无线电报通信问又解决题 接着了用无线电波传送语 言和音乐的问题 从而开展了无线电话通信和无线电广播 以后传输图象的问 毕业设计 论文 专用纸 第 5 页 题也解决了 出现了无线电传真和电视 20 世纪 30 年代中期到第二次世界大 战期间 为了防空的需要 无线电定位技术迅速发展和雷达的出现 带动了其 他科学的兴起 如无线电天文学 无线电气象学等 20 世纪 50 年代以来 宇 航技术的发展又促进了无线电技术向更高的阶段发展 无线电技术的发展是从利用电磁波传输信息的无线电通信扩展到计算机科 学 宇航技术 自动控制以及其他各学科领域的 伴随着现代科技的发展 无线电遥控技术在现代工农业生产 国防 科研 等 领域有非常广泛的应用 因此需要设计者从全局考虑 优化设计整个遥控系统 使得遥控技术越来越准确 1 3 1 无线电遥控系统发展面临的挑战 遥控是指对被控对象按照所预定的意图对其内部参数 工作状态等进行远 距离操纵 遥控技术在现代工农业生产 科研 国防等领域有非常广泛的应用 随着现代科技的发展 它们的应用也越来越普遍 遥控技术一般应用于操作者不能或难以到达受控对象的场合 而对于移动式 的受控对象 则更不得不使用遥控技术 例如在恶劣环境下作业的机器 人难 以到现场操纵 就必须使用遥控技术进行远距离操纵 又如工厂里的行车 模 型飞机 模型舰艇 乃至当代的无人驾驶飞机 宇宙飞船 无线电制造导弹等 这些移动式设施就更缺不了遥控技术了 现代遥控技术也是十分普遍地应用于各类家用电器中 如电视遥控 电灯 遥控 电风扇遥控 空调器遥控等 这类应用提高了家用电器的功能和档次 更重要的是给使用者带来极大的方便 设有遥控功能的电视机 使用者不用离 开座位 只需使用手持红外遥控器旧可以进行节目切换 以及对音量 对比度 亮度等的调节 在这些应用中 操作者与受控者之间并非 遥 也非 难以到 达 仅为方便而已 因此对遥控的定义 应该广义的理解为操作者没有直接对 遥控对象进行操纵 无线电遥控是使用无线电射频为载体来栽送遥控信息 所谓射频 就是具有 毕业设计 论文 专用纸 第 6 页 较强辐射能力的无线电频率 一般在几百 kHz 以上 通常也称为 高频 使用 无线电射频传送遥控命令与红外或超声遥控有所不同 后二者遥控距离较近 而且具有方向性 特别是红外线的方向性强 不能跨越墙壁的阻挡 因此只能 在小范围内 同一个房间内实现遥控操作 多用于家用电器的遥控 1 3 2 课题研究的意义 无线电遥控系统在工业遥控系统 居家保安 自动化系统 轿车保安系统 车库门控制器 电扇遥控 玩具遥控等等各个领域的成功运作 不仅加快了过 国家工业 民用领域的自动化水平 随着不断发展 也给各大企业带来了无尽 的商 机 然而目前大量的遥控设备技术指标不高 如在保密度 遥控距离 稳定性 静态功耗 抗干扰能力等各方面都需要再进一步改进和完善 尤其是许多遥控 系统中还没采用当前许多性价比较高的芯片 而影响了总体遥控技术水平的发 展 制约着人类进一步向海洋 太空等具有广阔发展的领域发展 另外更重要 是生活工作当中工作环境的恶劣 随着核工业 海洋作业 太空开发的飞速发 展 无线遥控技术的发展占有越来越重要的地位 随着工程设计学 机械电子 工程学 无线电技术 自动控制技术 人工智能 计算机信息处理技术等学科 的发展 现代无线遥控已经超出了其传统意义上的概念 同时还具有远程数据 通信的功能 无线遥控技术控制各种机械设备是提高远程控制能力的重要举措 是近年来快速发展的一大热点 它的迅速发展必然带来巨大的经济效益和社会 效益 1 4 研究的内容和章节安排 第一章是绪论主要是简要介绍无线电遥控系统的背景资料 无线电遥控系 统现在的发展情况以及将要面对的发展挑战和未来的发展趋势 另外还有选择 研究无线电遥控系统作为研究对象有什么意义 第二章主要是针对无线电遥控 系统设计方案的选择 然后对两个关键部分无线传输部分和控制部分进行具体 方式的选择 第三章是进行具体电路的设计 在模拟部分是对发射机和接收机 进行设计 而在数字部分是对编码 解码 驱动三部分进行研究 在整个无线 毕业设计 论文 专用纸 第 7 页 电遥控系统设计完后 还有一些系统性能如在提高可靠性和抗干扰性的改善意 见 第 2 章 设计方案的讨论 2 1 总体设计方案 下面分别从系统设计的两个方面 一是无线信号传输部分 二是控制部分 论述方案的设计思想 2 1 1 方案一 由发射系统和接收控制系统两部分组成整个系统 它们的组成结构框图如 图 2 1 和 2 2 所示 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 同时启动能够产生带地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号 的编码电路 再将该信号通过无线电发射电路发射出去 将通过无线电接收电 路接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认是否为本遥控开关系 统地址 然后通过驱动电路来驱动遥控对象 8 个 且其中一个是电灯 用指令 遥控电灯亮度 亮度分为 8 级并用数码管显示级数 毕业设计 论文 专用纸 第 8 页 键盘编码调制功放 电池 图 2 1 无线电遥控发射方框图 放大解调解码 外供直流稳压电源 被 控 设 备 图 2 2 无线电接收机方框图 2 1 2 方案二 整个可编程无线电遥控多通道开关系统由发射系统和接收控制系统两部分 组成 开关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 确认是否为本遥控开关系统地址 如 毕业设计 论文 专用纸 第 9 页 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 系统软件的设计主 要是通过编程实现单片机对开关电路的状态进行控制 充分利用其软硬件资源 可以实现对受控电路的多种状态进行控制 还可以实现单键控制多路电路 利 用单片机对开关电路进行控制还使得控制电路扩展方便 控制灵活 2 2 方案比较 在方案一中采用专用编码 解码集成电路 系统的可靠性在电路内部的重复 辨识确认下提高了 从而使多个同一结构的无线电遥控开关系统在有效距离内 相互干扰问题得到了解决 另外我们运用了在发射系统中电源开关的设计 当 按下指令键时发射系统才上电 松开时发射系统断电 从而使发射系统的功耗 大大降低 延长了电池的使用寿命 遥控状态在被控制设备中得到了简单明地 体现 从而使设备方便扩展和使用 方案二中接收电路中运用了单片机控制的电路使电路构成简化 可实现多 路多功能控制 而发射模块大致与方案一相同 另外采用射频发射 接收模块 电路简洁 稳定性高 安装调试方便 方案二如果用于在商业用途上有着巨大的潜力 然而作为我们简单的制作 设计了过于耗时耗力 因此从设计的难易程度和经济角度出发 方案一作为我 的首选目标 2 3 方案的具体论证 系统从功能上讲有无线信号传输部分和控制部分 从结构上考虑 有无线 电遥控发射机和无线电接收机两大模块 下面分别从这两个方面阐述方案的设 计思想 2 3 1 无线信号传输部分 1 调制方式的选择 根据要求 对象是八盏灯 用 LED 显示亮灭 被控状态采用二进制编码 由于数字信号具有丰富的低频成分 不宜进行无线传输 因而需要将基带信号 毕业设计 论文 专用纸 第 10 页 进行高频正弦调制 即数字调制 基本的数字调制有三种 即振幅键控 ASK 频率键控 FSK 和相位键控方式 PSK 目前用的最多的数字调制方式是相干 2DPSK 和非相干 FSK 相干 2DPSK 主要用于高速数据传输 而非相干 FSK 则用于 中低速数据传输中 为了提高抗干扰的能力 同时实现方法比较简单 载波传 输采用 FSK 调制方式 2 发射机主振电路型式的选择 主振可以采用晶体振荡或 LC 振荡 若采用普通晶体倍频方式 假设为三倍 频 则晶体频率要低于 3 33MHz 在这种情况下难以获得足够的频偏 例如 用摩托罗拉公司的单片集成 FM 调制芯片 MC2833 实现 2 5MHz 电抗管晶体三倍频 调频时 实测三倍频后的最大频偏为 420MHz 若采用专用的调频晶体 价格又太 高 因此本设计选择了变容二极管直接调频的西勒电路 既可以获得比较大的 频偏 又可以保证一定的频率稳定度 3 发射机功放电路的选择 功率放大器一般由推动级 中间级和输出级组成 具体级数应由所要求的 总功率增益而定 假设天线特性阻抗 75 则在匹配良好条件下天线上的电压 峰 峰值要小于 3 5 一般西勒振荡器输出电压峰 峰值为 1V 是可以实现的 所以用一级功率放大器应该能满足要求 考虑到前后级影响的问题 在振荡器 与功率放大器之间加入一级射随器 起隔离和激励的作用 鉴于输出功率低 兼顾效益 功放管工作状态选为甲乙类 4 接收机高频放大器 为保证接收机具有较高的灵敏度 选用低噪声高频晶体管 2SC763 为获得 一定的电压增益 采用共射极谐振放大电路 5 接收机解调器 通过查阅资料 选择了摩托罗拉的单片集成窄带 FM 解调芯片 MC3361 构成 解调电路 MC3361 的特点为低功耗 低电压和高灵敏度 2 3 2 控制部分 毕业设计 论文 专用纸 第 11 页 控制的对象是 8 路设备 8 路当中有一路设备是电灯 该路电灯亮度可调 共分为八个亮度等级 其余 7 路只有开关两种状态 因此共计为 15 种状态 用 数字信号来表示是合理的 这 15 种状态不允许同时出现 现将 15 种状态进行 编码 如表 2 1 所示 采用四位二进制码表示各控制状态 表 2 1 15 种状态编码表 编 号 ABCD 功能说明 10001 一路工作 其余不工作 20010 二路工作 其余不工作 30011 三路工作 其余不工作 40100 四路工作 其余不工作 50101 五路工作 其余不工作 60110 六路工作 其余不工作 70111 七路工作 其余不工作 81000 八路工作 其余不工作亮度 0 级 91001 八路工作 其余不工作亮度 1 级 101010 八路工作 其余不工作亮度 2 级 111011 八路工作 其余不工作亮度 3 级 121100 八路工作 其余不工作亮度 4 级 131101 八路工作 其余不工作亮度 5 级 141110 八路工作 其余不工作亮度 6 级 151111 八路工作 其余不工作亮度 7 级 其中一位码 A 表示控制对象是其中一盏灯亮还是其余七盏灯的开关 另三位 码对应表示八级亮度或被点亮的灯号 ABCD 0000 表示全部不工作 为了便于 码元的传输 需要对码元件进行再编码 一是进行并 串转换 二是加入一定冗 余信息提高可靠性 经查阅资料 MC145026 和 MC145027 是专门设计用于遥 控电路中的编 解码器 MC145026 可以接收四位并行数据 再编码后串行输出 在每一个编码周期中 发送两次数据 以提高可靠性 MC145027 解码器接收串 行数据 前五位二元码是地址码 剩下的为四比特的二元数据码 当接收到的 毕业设计 论文 专用纸 第 12 页 地址码与本地地址码相等时 并行输出数据码 用 MC145026 和 MC145027 可以 满足控制信号的再编码与解码 第 3 章 无线遥控发射接收系统设计及调试 3 1 模拟部分 无线电遥控系统的模拟部分是整个系统设计的重要环节 其中模拟部分的 设计主要包括对发射机和接收机两部分进行设计 3 1 1 发射机 发射系统主要由按键编址电路 编码电路 无线电发射电路组成 1 发射部分电路图如图 3 1 所示以及原理图如图 3 2 所示 毕业设计 论文 专用纸 第 13 页 图 3 1 毕业设计 论文 专用纸 第 14 页 图 3 2 主振级由晶体管 VT1与电容 C2 C3 C4 C5 变容二级管 Cj 和电感 L1 组 毕业设计 论文 专用纸 第 15 页 成西勒振荡器 振荡信号由 C7 弱耦合至射随器 然后送至功率放大器 功放的 工作状态为甲乙类 R8 R9 给 VT3 提供偏压 输出匹配网络采用简单的 T 型网 络 其中 L4 与 C10 和天线等效电容谐振于载频 L3 与 L2 起阻抗变换作用 以 使得输出功率最大 调频采用变容二极管电路 在本设计中 调制信号为二元单极性码 即只 有高低两个电平 所以对调制线性度要求不高 因此本设计采用变容二极管部 分接入以及对变容二极管不外加偏压的电路结构 电路如图 3 3 所示 Cj 为变容二极管的结电容 可以求得 Cj 对主振电路的接入系数为 P C5 C5 Cj 若调制信号引起的结电容变化为 C 则引入主振回路的电容变化量为 P P C 可以求得由于此引起的振荡频率的变化为 Fg P P C Fg 2C 式子中 C C5 Cj C5 Cj C4 为主振回路的总电容 负号表示 C 与 Fg 的变化相反 本设计中 C5 3pF Cj 21pF 可得 p 1 即变容二极管参量的变化 对振荡频率影响比较小 频率稳定度大大提高 由此引入的问题是如何才能得到足够的频偏 也就是如何使变容二极管的 结电容变化比较大 解决的办法是对变容二极管不加反向偏压 变容二极管是 根据普通二极管内部 PN 结 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一 原理专门设计出来的一种特殊二极管 二极管的 PN 结具有结电容 当加反向电 压时 阻挡层加厚 结电容减小 所以改变反向电压的大小可以改变 PN 结的结 电容大小 这样二极管就可以作为可变电容器用 如图 3 4 所示 毕业设计 论文 专用纸 第 16 页 图 3 3 变容二极管偏压电路 图 3 4 变容二极管结电容变化 在不外加反偏压时可以获得最大电容变化量 由于无外加偏压 避免了由 偏压变化引起的频率漂移 同时简化了电路 3 1 23 1 2 接收机接收机 接收机的模拟部分可分为三大模块 原理图如图 3 10 所示 1 高频放大电路如图 3 5 所示 采用典型电路 为一级共发射级谐振高 放 为提高接收机灵敏度使用了低噪声的三极管 2SC763 毕业设计 论文 专用纸 第 17 页 图 3 5 高频放大电路 2 鉴频电路如图 3 6 所示 采用 MC3361 本振为 8MHz 与高放送来的信 号进行混频 产生 500kHz 的中频信号 此信号通过窄带陶瓷滤波器 FL 送回 MC3361 进行鉴频 图 3 6 鉴频电路 MC3361 是美国 MOTOROLA 公司生产的单片窄带调频接收电路 主要应用于 语音通讯的无线接收机 片内包含振荡电路 混频电路 限幅放大器 积分鉴 频器 毕业设计 论文 专用纸 第 18 页 滤波器 抑制器 扫描控制器及静噪开关电路 主要应用在二次变频的通讯接 收设备 其主要特性如下 低功耗 在 Vcc 4 0V 耗电典型值仅为 3 9mA 极限灵敏度 2 6uV 3bB 典型值 少量的外接元件 工作电压 2 0 8 0V DIP16 和 SO 16 两种封装形式 工作频率 60MHz max 图 3 7 MC3361 内部电路图 图 3 8MC3361 典型应用电路图 毕业设计 论文 专用纸 第 19 页 MC3361 单片窄带调频接收电路工作原理 MC3361 的内部振荡电路与 Pin1 和 Pin2 的外接元件组成第二本振级 第一 中频 IF 输入信号 10 7MHz 从 MC3361 的 Pin16 输入 在内部第二混频级进行混 频 其差频为 10 700 10 245 0 455MHz 也即 455kHz 第二中频信号 第二中频信号由 Pin3 输出 由 455kHz 陶瓷滤波器选频 再经 Pin5 送入 MC3361 的限幅放大器进行高增益放大 限幅放大级是整个电路的主要增益级 Pin8 的外接元件组成 455kHz 鉴频谐振回路 经放大后的第二中频信号在内部 进行鉴频解调 并经一级音频电压放大后由 Pin9 输出音频信号 Pin12 Pin15 为载频检测和电子开关电路 通过外接少量的元件即可构成载频检测电 路 用于调频接收机的静噪控制 MC3361 内部还置有一级滤波信号放大级 加 上少量的外接元件可组成有源选频电路 为载频检测电路提供信号 该滤波器 Pin10 为输入端 Pin11 为输出端 Pin6 和 Pin7 为第二中放级的退耦电容 名称引脚位置标识符极限值单位 电源电压4Vcc max 10V DC 工作电压范围4Vcc4 8V DC 检波输入电压8 1 0Vp p 输入电压16V161 0VRM 静噪功能14V14 0 5 5 0Vpk 焊接温度 Tj150 工作周围温度范围 TA 30 70 储藏温度 Tstg 65 150 表 3 1 MC3361 的特性参数 3 比较电路 码型在传输过程中可能出现畸变 所以应该通过比较电路使 得信号恢复成只有高低电平的数字信号 这样 提高了接收机的抗干扰能力 并且与后级数字电路匹配 比较器门限电压由鉴频器输出经过 RC 低通滤波 毕业设计 论文 专用纸 第 20 页 获 得 其电压相当于信号中的直流分量电压 此方法有一定的自适应功能 在 实际应用中表现出比较强的抗干扰能力 图 3 9 比较电路 毕业设计 论文 专用纸 第 21 页 毕业设计 论文 专用纸 第 22 页 接收机原理图 3 10 毕业设计 论文 专用纸 第 23 页 3 2 数字系统部分 因为本遥控系统的重点在于无线信号传输部分 所以本着以下的原则来设 计数字系统 1 在无线发射机内的控制部分尽量简单 接收机部分的受控设备也可以 简单明了地体现遥控功能的目的 2 能够实现规定的控制 3 2 1 编码部分 编码部分电路图如图 3 11 所示 采用 CD40147 10 4 线优先编码器和编码 集成电路 MC145026 构成 图 3 11 编码部分电路图 控制键包括 8 个常闭按键和一个单刀双掷拨键 K1 拨键用来选择被控对象 8 个常闭按键用来表示被选中对象的 8 种状态 采用核心元件 CD40147 10 4 线优先编码器 只对按键进行编码 目前只用 其中的 8 3 线部分 其余的可以留给以后扩展用 利用 MC145026 和 MC145027 对控制信号进行再编码和解码 以利于码元在无线信道中传输 MC145026 产生 占空比随传 0 传 1 改变的单极性码 一组编码包括 5 位地址码和 4 位数据码 在本设计中 MC145026 的地址码四位是设定的 另一位由拨键控制 来选择控 制对象是要调亮度的灯还是其余的七盏灯 相应的 MC145027 才会有解码输出 这样 可以利用一片 MC145026 控制两片 MC145027 毕业设计 论文 专用纸 第 24 页 图 3 12MC145026 的引脚功能和外部电路图 集成编码器 MC145026 的引脚功能和外部电路如图 3 12 示 A1 A9 是地址 或数据输入端 当作地址使用时有三个状态 高电平 开路 低电平 当作数 据使用时有两种状态 高电平 低电平 的数值决定 MC145026 内 部时钟振荡器的工作频率 TE 是内部时钟振荡器的工作控制 端 当 TE 为低电平时 振荡器工作 3 2 2 解码部分 在接收端用一片 MC145027 对解调后的信号进行解码 而作为被控对象的 LED 直接连接在 MC145027 的数据输出管脚 相应的 MC145027 也有 5 位地址码 只有与 MC145026 地址码相同的 MC145027 才会有解码输出 这样 就可以用一 片 MC145026 对应得控制一片 MC145027 MC145027MC145027 的解码的解码 MC145027 是与 MC145026 配套使用的解码器 MC145027 145028 的一种 具有 4 位数据输出和 5 位地址编码 根据其地址的不同组合可以产生 243 种 5 3 不同的地址编码 MC145027 的引脚功能和外部电路如图 3 13 所示 其功能框图如图 3 14 所示 毕业设计 论文 专用纸 第 25 页 图 3 13MC145027 的引脚功能 A1 A5 地址输入管脚 D6 D9 数据输出管脚 DIN 数据输入管脚 VT 有效传输输出管脚 VSS 负电源供给管脚 VDD 正电源供给管脚 图 3 14MC145027 译码器功能框图 毕业设计 论文 专用纸 第 26 页 MC145027 通过 RC 积分电路来完成宽窄脉冲的识别 图 3 14 中 定时元 件 R1 C1 决定对宽窄脉冲的识别 R2 C2 是整个发送周期的辨别定时元件 用以确定各个有效单字 当编码信号从数据输入端 9 脚 输入时 6 脚将出 现与 9 脚相同的信号 该信号经 R1 C1 积分电路积分后由 7 脚送至数据提取 电路 数据提取电路在输入信号的每一个上升沿通过检测 7 脚的状态来判断输 入的是宽脉冲还是窄脉冲 图 3 15 MC145027 6 脚和 7 脚的信号波形 图 3 15 给出了 6 脚和 7 脚信号的波形 假定数据输入端输入的是 开路 编码 即一个宽脉冲和一个窄脉冲 宽脉冲开始于 t0 时刻 结束于 t1 时刻 窄脉冲开始于 t2 时刻 结束于 t3 时刻 整个编码于 t4 时刻结束 在此时刻 数据提取电路检测到的 7 脚电平为高电平 说明上一个脉冲为 宽脉冲 此后窄脉冲通过 R1 给 C1 充电 在窄脉冲结束时的 t3 时刻 7 脚的 电压为 0 74Vcc 在此后的一段时间里 C1 通过 R1 放电 在编码结束的 t4 时 刻 7 脚的电压为 0 1Vcc 此时数据提取电路检测到 7 脚的电平为低电平 说 明上一个脉冲为窄脉冲 由此可见 MC145027 并不是对接收到的脉冲信号直接 进行解码 而是将输入信号积分后进行解码 由于积分电路能滤除瞬间的尖脉 冲干扰 因此 MC145027 接收的编码信号即使受到某种程序的干扰 依然能够 进行正确的解码 这一点对于环境复杂的工业现场特别重要 3 2 3 驱动部分 如图驱动电路所示 LED 工作电流小 采用 74LS138 译码输出直接驱动小 电 毕业设计 论文 专用纸 第 27 页 灯的亮度调节 通过三个能提供不同电流的射随器相加实现 数码管采用 MC14511 驱动 MC14511 为七段 LED 显示器的锁存 译码和驱动器 MC14511 的 LE 为高电 平时 MC14511 的输出保持不变 当 LE 为低电平时 MC14511 的输出状态由输 入端决定 译码和驱动功能是把输入的 BCD 码转换为七段显示码再驱动 LED 显 示器 输出端是高电平有效 所以使用共阴极的 LED 显示器 图 3 16 74LS138 的引脚图 毕业设计 论文 专用纸 第 28 页 图 3 17 用与非门组成的 3 线 8 线译码器 74LS138 表 3 2 3 线 8 线译码器 74LS138 的功能表 无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到 74LS138 的八个输出引脚 任何 毕业设计 论文 专用纸 第 29 页 时 刻要么全为高电平 1 芯片处于不工作状态 要么只有一个为低电平 0 其余 7 个输出引脚全为高电平 1 如果出现两个输出引脚同时为 0 的情况 说明该芯 片已经损坏 当附加控制门的输出为高电平 S 1 时 可由逻辑图写出 由上式可以看出 同时又是这三个变量的全部最小项的译码输出 所以也 把这种译码器叫做最小项译码器 74LS138 有三个附加的控制端 当输出为高电平 S 1 时 译码器处于工 作状态 否则 译码器被禁止 所有的输出端被封锁在高电平 这三个控制端 也叫做 片选 输入端 利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的 功能 带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器 在电路中如果把作 为 数据 输入端 同时 而将作为 地址 输入端 那么从送来的数据只 能通过所指定的一根输出线送出去 这就不难理解为什么把叫做地址输入了 电源选择电源选择 电源作为电路的最重要部分 所以电源的选择极为重要 电源的要求为 6v 所以我选择了现在市场上价格便宜实惠的充电电源 降低了我们的成本也 节省了占地空间 毕业设计 论文 专用纸 第 30 页 3 3 系统的性能分析 3 3 1 提高可靠性 无线通信的一个关键问题是数据传输的可靠性 这取决于诸多因素 比如 频率选择 同频率干扰 传输距离和天线的选择等等 这些在设计无线通信系 统时候都必须认真考虑和比较 本系统是一个数字和模拟相结合的系统 无线 射频的发射和接收既有模拟电路部分又有数字电路部分 所以系统必须保证一 定的可靠性 在适当提高成本的基础上尽量选用高可靠性的元器件 MC145026 和 MC145027 就是为了提高信号传输的可靠性而选用的 数字信号在传输中往往 由于各种原因 使得在传送的数据流中产生误码 从而使接收端产生信号失真 不清晰等现象 所以通过信道编码这一环节 对数码流进行相应的处理 使系 统具有一定的纠错能力和抗干扰能力 可极大地避免码流传送中误码的发生 在射频接收机中 为了降低噪声含量 减少波形失真度使用 MC3361 进行鉴频 使得接收机能高比较完整的清晰的接收信号 3 3 2 提高抗干扰性 一个无线电遥控系统常见的干扰有 电台干扰 工业干扰 天电干扰和宇宙 干扰 电电台干扰是指其他无线电发射设备所产生的干扰 工业干扰是指各种 各样的电器设备所产生的 天电干扰是指大气中各种电磁现象所引起的干扰 宇宙干扰是指来自于宇宙间各种天体的辐射 为减少这些千扰 采取了如下措 施 选择合适的工作频率 减少由于广播电台对系统造成的干扰 调制方式选用 抗干扰强的 FSK 调制方式 用地线把数字区和模拟区隔离 数字地和模拟地要 分离 最后并接到电源地 对于芯片闲置的引脚 在不影响系统的逻辑功能的 情况下接地或接电源 布线时 电源线和地线尽量粗 这样不但有利于减少压 降 更重要是的是降低 耦合噪声 还应尽量减少回路环的面积 以减少感应噪 声 避免 90 度折线 减少高频噪声发射 毕业设计 论文 专用纸 第 31 页 总 结 论文主要包括发射电路的设计和接收电路的设计两大部分 其中发射电路 的设计为重点 首先 在整体上阐述了设计思路 然后逐步对整体方案分块设 计 接着整合在一起 使其整体电路更加精良 从而设计出最佳单元电路 其 次 开始了对各个单元电路的设计 从开关电路 到编码电路 功率放大电路 调制电路 再到发射天线 都进行了详细的阐述 最后 选用 FM 解调芯片 MC3361 构成解调电路 LC 作发射模块 用 MC145026 MC145027 实现编码和解码 功能 实现了无线遥控八个对象 七个 LED 和一个小灯泡 控制状态有 15 种 分别为七个 LED 的开关状态和小灯泡对应的八个亮度等级的简易无线电遥控系 统 本设计适合开发各种低成本遥控报警器及各种遥控系统 如可应用于家用 电器遥控 文教娱乐场馆的电器设备遥控和办公场所电器遥控等 此系统的应 用不仅可以给人们的工作和生活带来很多的便利 同时具有较好的推广应用价 值 毕业设计 论文 专用纸 第 32 页 致 谢 通过这次的论文的设计使我更加了解无线电遥控系统的开发及组成 了解 了无线电遥控系统的基本工作原理 通过这次的论文设计使我又重温大学阶段 学习的所有课程 在设计和论文写作的整个过程中 指导教师刘俐老师在各个 方面都给予了全面的指导和帮助 刘老师求实创新 勤奋严谨的治学风范 忘 我的工作作风时刻熏陶着我 给留下了深刻的印象 这将使我受益终身 感谢湖北工业大学电子工程系的老师多年来在学习 工作上给予我的热情 关怀 指导与帮助 另外 也感谢一些同学在我完成设计时提出了很多宝贵的 意见和帮助 总之 经过这次毕业设计 我感觉自己从理论到实际操作都有很大的提高 也深刻认识到要完成一项任务 首先必须要有一个详细周密的计划 系统的思 维方式与方法 毕业设计 论文 专用纸 第 33 页 参 考 文 献 1 肖景和 无线电遥控组件及其应用电路 人民邮电出版社 2004 2 王俊峰 现代遥控技术及应用 人民邮电出版社 2005 3 曹志刚 现代通信原理 M 清化大学出版社 1992 4 童诗白 模拟电子技术基础第三版 高等教育出版社 2001 1 5 阎石 数字电子技术基础第四板 高等教育出版社 1998 11 6 高泽溪 现代通信与电子系统实验 北京航空航天大学出版社 1996 8 7 郭维 现代通信系统集成电路使用手册 电子土业出版社 1995 10 8 黄智伟 无线数字收发电路设计一电路原理与应用实例 电子工业出版社 2004 1 9 康行健 天线原理与设计 北京理工大学出版社 1992 12 10 储钟折 数字通信导论 机械工业出版社 2002 5 11 张玉兴 射频模拟电路 电子工业出版社 2002 9 12 樊昌信 詹道庸 通信原理第四版 国防工业出版社 1995 13 胡宴如 模拟电子技术 第二版 高等教育出版式社 2004 14 杨志忠 数字电子技术 第二版 高等教育出版式社 2003 15 王浩全 Protel DXP 电路设计与制版 人民邮电出版社 2005 16 胡翔骏 电路基础简明教程 北京 高等教育出版社 2004 17 Harley Kent Heinrich Brewster Vijay Pillai White Plains RFID tag having combined battery and passive power so