电力机车弯道速度遥控-接收报警系统

河南科技学院2009 届本科毕业论文（设计）论文题目：电力机车弯道速度遥控接收报警系统学生姓名： 梁长城所在院系： 机电学院所学专业： 应用电子技术教育导师姓名： 杨天明 完成时间：2009 年 5 月 28 日摘 要本课题以最新推出的电力机车弯道速度遥控系统的核心单片机接收控制系统为中心，以信号的发 送和接收以及提示报警系统为辅助，设计了电力机车弯道速度遥控的信号发射系统、信号接收系统、 单片机接收控制系统和接收报警系统。本 课题着重对其中的接收报警系统进行了详细的介绍。接收报警装置是以优质的单片语音录放电路作为语音报警系统, 根据 单片机接收到的不同位置的编码信号,使系 统发出相应的语音报警信号进行报警。关键词：电力机车，弯道速度，语音电路，无线遥控，单片机Electric Locomotives Curve Speed ControlingReceiving And Alarm SystemAbstractThis topic takes single-chip receiver controling system, which is a core of the lastest curve speed remote controling system of electric locomotives, as a center. It takes signal sending, receiving, prompting and alarm systems as a secondary. This topic is a design of the signal launching system, signal reception system, single-chip receiver controling system and receiving-alarm system of the curve speed remote controling technology of electric locomotives. This topic focuses on the receiving-alarm system in detailed introduction. It takes high quality monolithic pronunciation recording and sending-out electric circuit as pronunciation alarm system. According to the different position coded signal which microcontroller receives, installations issueds pronunciation alarm signals. Keywords: Electric locomotives, Curve speed, Pronunciation electric circuit, Wireless remote control, Microcontroller 目 录1 绪论 .11.1 国内外研究综述 .11.2 设计理论基础 .12 系统总体方案 .22.1 报警装置的安装位置 .22.2 位置传感器的选择 .22.3 报警信号电路方案 .22.4 弯道报警装置的工作过程 .22.5 总方框图 .23 报警电路 .33.1 555 定时器 .43.2 报警硬件组成 .43.3 报警信号采集 .54 报警信号发射电路 .74.1 前级功率放大器 .74.2 末级功率放大器 .84.2.1 工作状态的选取 .94.2.2 末级功放参数的计算 .94.2.3 功放管的选取 .104.2.4 集电极电源电路和基极偏置电路 .104.3 匹配网络 .104.4 直流稳压电源 .125 其他部分电路 .125.1 发射电路 .125.2 接收电路 .135.3 单片机系统电路及程序 .145.3.1 AT89C2051 单片机 .145.3.2 AT89C2051 最小系统 .145.3.3 单片机控制报警电路 .156 结束语 .15致谢 .15参考文献 .16附录 .171 绪论2008 年 4 月 28 日，由北京开往青岛的 T195 次旅客列车在运行至山东境内胶济线上突然脱线颠覆，列 车第 9 至第 17 节车厢在弯道处脱轨的严重事故。随着电力、电子技术的发展以及环保意识的倡导， 电力机车的发展取得了巨大的技术进步。电力机车弯道速度遥控技术是铁道部门发展的重要技术之一，它的发展直接制约着电力机车速度和运行效率的提高。在山区或者一些地形比较复杂的地区，弯道运行容易出 现脱轨事故。因此，列 车安全问题被摆在了首要位置。在综 合安全和效率的同 时，弯道速度遥控技 术便被提上日程。在电力机车弯道速度遥控系统中，报警系统是重要一环。它直接关系到电力机车进入弯道以后的安全问题。特别是出现故障时，该系统作出及时报警，提醒机车驾驶员快速制动，就能避免事故的发生。把乘客的生命财产损失降到最低程度。在安全的基础上科学的提高机车速度，就可以 节 省时间和燃料，提高列 车运行效率。1.1 国内外研究综述电力机车的普及和推广促进了该系统各项技术的突破。但是根据网络资源以及相关资料调查，类似本 课题的项目在国内外还没有什么研究成果。本文设计的的接收报警装置是以 MCS-51 系列单片机为核心,采用无线遥控发射接收元件作为机车到达弯道的检测元件,以 优质的单片语音录放电路作为语音报警系统, 根据单片机接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警。该 装置具有结构简单，便于维护，操作方便，适 应性强等优点。列 车驾驶室安装上此装置后，就能迅速得知机车的运行现状并立即作出反应。基本上实现了智能化，更人性化。1.2 设计理论基础该报警装置是以 MCS-51 系列单片机为核心,采用无线遥控发射一接收元件作为机车到达弯、岔道的检测 元件,以优质单片语音录放电路作为语音报警系统,由单片机根据接收到的不同位置的编码信号,使系统发出相应的语音报警信号进行报警.系统的具体设计要求为：1.电力机车弯道速度遥控系统电子控制线路的各个电路模块，电子器件组成及参数设置；2.主要设计报警控制系统的电子线路，分析其控制原理；3.要求报警信号发射辐射 100 公里；4.设计的报警系统要与整个弯道速度遥控系统相配合，共同完成控制功能； 5.完成整个系统线路的调试工作。2 系统总体方案2.1 报警装置的安装位置为了能实现电机车将到弯道时对司机的报警，最佳实现是在电机车内由语音系统对司机直接报警。2.2 位置传感器的选择位置检测传感器的最佳选择是选用无接触传感器。对红外传感器和无线电遥控传感器都进行了实验研究对比，最终决定选用无线电遥控传感器。2.3 报警信号电路方案过去的语音播放是采用录音机，但这种方式只适合连续式播放，不适合选择性播放。现在随着大规模集成 电路技术的发展及语音合成技术的进步，出现了很多类语音芯片，其中有一类 价格低，使用方便的单片 录放型语音芯片，它非常适合于非专业音质要求的场合。由 简易的单电压功放电路即可驱动喇叭放出清晰的声音，非常适用。本课题选用了 555 微型单片语音芯片及 辅助电路组成报警信号的载体.2.4 弯道报警装置的工作过程报警装置的发射传感器经编码设置后安装在弯道处，供电电源取自电网，报警信号发射功率应足够大，保 证发射信号辐射范围 100 公里。接收传感器有效接收范围半径 50 公里。当电 机车行驶到距离弯道 100 公里处时，安装于电机车上的接收传感器就可接收到无线电编码信息，经控制器处理后接通相应的语音通道，发出触 发信号，使相应的语音信息由喇叭播放出来，提醒 电机车驾驶员，促使驾驶员立即采取相应措施，减速保证电机车的安全运行。弯道集成无线遥控发射系统电源 单片机 AT89C2051无线遥控接收系统555 定时器报警信号发射电路功放电路和扬声器图 1 总方框图2.5 总方框图根据以上对组成整个控制系统的各个功能模块大致的分析，可以初步确定系统的总方框图。如图 1 所示。其中各个模块功能：弯道集成无线遥控发射系统安装于距离弯道 100 公里处，通过传感器获得列车将要到达弯道的信号，并通过此处的信号发射系统向机车发出信号；无线遥控接收系统在收到信号后，经处理送给 AT89C2051 单片机系统 ；单片机系统向报警系统发 出报警控制信号；报警系统开始报警， 扬声器发出响声，同时报警信号发射电路通 过功放电路和选频网络把报警信号发射出去，提醒列 车驾驶员及弯道附近人们机车将要通过弯道，确保了机车的安全运行。3 报警电路声光报警电路由单片机 P3.7 口控制，输出报警信号(高低电平间隔 1s 的脉冲信号) ，驱动 声光报警电路，直至按复位 键 RESET 和开关键。声光 报警电路由555 定时器、扬声器和普通 发光二极管组成， 电路图 如图 2 所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19-May-2009 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:TRIG2Q 3R4CVolt5 THR 6DIS 7VCC8GND1555C230FC10.01FD1R210kR3100kR1470k+5VP3.7图 2 报警电路其中 555 定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端 5 脚与单片机 AT89C2051 的 P3.7 端相连，受 P3.7 脚输出的脉冲信号控制。由电容 C4 的充冲放电作用，当 P3.7 1 时，555 输出脉冲的振荡频率较低，当 P3.70 时，555输出脉冲的振荡频率较高。 该脉冲信号经隔置电容 C2 加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的两种叫声，同时 P3.7 脚输出的高低电平间隔 1s 的脉冲信号经电阻 R1 加到发光二极管 LED 上，LED 将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。3.1 555 定时器555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽 ，可在 4.5V-16V 工作，7555可在 3-18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用 电器、 电子测量及自动 控制等方面。 555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 3 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率 输出级。它提供两个基准电压 VCC/3 和 2VCC/3。图 3 555 内部结构及引脚555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在 电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时， 则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC/3，A2 的同相 输入端的电压为 VCC/3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使 输出端 OUT=1。如果 阈值输入端 TH 的电压 大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC/3，则 A1 的 输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使 输出为 0 电平。两个比较器 C1 和 C2 各有一个输入端连接到三个电阻 R 组成的分压器上，比较器的输出接到 RS 触 发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达 200mA。3.2 报警硬件组成报警器硬件部分如图 4 所示的 8 个基本部件组成，可分为 2 个模块。其中，传感器、信号调制电路和 AD 转换电路组成信号采集模块。电力机车将要到达弯道的信号通过传感器转换为电信号，在信号 调制电路中将信号放大，滤波，再经 AD 转换电路将模拟信号转换为数字信号。另一个模块是报警器主体模块，由单片机和声光报警系统、 GM16C550 串行端口扩 展芯片和 RS 232 电平转换电路组成。 单片机控制实现声光 报警功能。GM16C550 串行端口 扩展芯片和 RS 232电平转换电路与单片机一起实现报警器经 Modem 与机车操作系统的通信，使机车驾驶人员能够对机车的情况及时处理，进行限速控制。声光信息传感器信号调制电路A/D 转换电路单片机 AT89C2051电平转换（RS232 ）Modem报 警系 统 GM16C550图 4 报警系统及单片机3.3 报警信号采集 在本设计中选择把声音和红外线作为采集信号，所以用集成声音传感器PS2109 和红外传感器 BH 用作采集系统的敏感元件。数据采集模块的电路图如图 5 所示，AD 转换电 路采用常用的 8 位 8 通道数模转换专用芯片ADC0809. ADC0809：ADC0809 是采样频率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。主要特性：8 路 8 位AD 转换器，即分辨率 8 位;具有转换起停控制端; 转换时间为 100s; 单个5V电源供电;模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准;工作温度范围为-4085 摄氏度;低功耗， 约 15mW。引脚功能: ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能: IN0IN7：8 路模拟量输入端; 2128：8 位数字量输出端;ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路;ALE：地址锁存允许信号，输入,高电平有效; START： AD 转换启动信号， 输入,高电平有效; EOC： A D 转 换 结 束 信 号 ，输 出 ，当 AD 转 换 结 束 时 ，此 端 输 出 一 个 高 电 平 （转 换 期 间一 直 为 低 电 平 ）; 图 5 ADC0809OE：数 据 输 出 允 许 信 号 ，输 入 ，高 电 平 有 效 。当 A D 转 换 结 束 时 ，此 端输 入 一 个 高 电 平 ，才 能 打 开 输 出 三 态 门 ，输 出 数 字 量 ;CLK：时 钟 脉 冲 输 入 端 。要 求 时 钟 频 率 不 高 于 640KHz; REF（+）、REF（-）：基 准 电 压 ; Vcc：电 源 ， 5V; GND：地 。ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选 通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 AD 转换 完成， EOC 变为高电 平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输出三态门打开， 转换结果的数字量 输出到数据总线上。数据采集系统中，均是以 总线方式来扩展各功能部件，如 A/D 转换器、程序存储器、数据存储器、日历/时钟器件、显示器件及微型打印机等，由三 总线方式构成数据采集系统。声音、红外线传感器的输出端分别接到图 5 ADC0809 的 IN0 和 IN1。由图 6可知 ADC0809 的通道选择地址 A，B，C 分别由 89C51 的 P0.0P0.2 经地址锁存器 74LS373 输出提供。当 P2.70 时，与写信号 WR 共同选通 ADC0809。图 6中 ALE 信号与 ST 信号连在一起，在 WR 信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，当 输出地址为 7FF8H 即可选通通道 IN0，实现对声音传感器输出的模拟量进行转换；输出地址 7FF9H 即可选通道 IN1，实现对红外线传感器输出1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 21-May-2009 Sheet of File: C:Documents and SettingsAdministratorBackup of Sheet3.DDBDrawn y:IN-026 msb2-1 212-2 20IN-127 2-3 192-4 18IN-228 2-5 82-6 15IN-31 2-7 14lsb2-8 17IN-42 EOC 7IN-53 ADD-A 25IN-64 ADD-B 24ADD-C 23IN-75 ALE 22ref(-)16 ENABLE 9START 6ref(+)12 CLOCK 10ADC0809的模拟量进行转换。图 6 中 ADC0809 的转换结束状态信号 EOC 接到 89C51 的INT1 引脚，当 AD 转换完成后，EOC 变为高电平，表示转换结束， 产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。P0ALTAT89C2051INT1WRP2.7RDLCK AD0D7 BCADC0809 V+VSTALE OE74LS3731/21图 6 单片机数据采集过程4 报警信号发射电路报警信号发射电路由高频功率放大器以及选频网络及附属电路组成，其目的是选出固定频率的报警信号并进行幅度放大和功率放大，使其尽可能避免邻道频段的干扰，减小失真。通过幅度放大和功率放大，使报警信号覆盖范围足够广。如图 7 所示。4.1 前级功率放大器 前置功放单元是由三个功率放大晶体管组成的三级宽带放大器构成，具体电路见图 7 所示。这三级总 增益约 30dB，输出功率 1520W。第一级由输入匹配网路和 VT1(FA531)及其直流偏置电路组成。输入匹配网路由 C1、C2、L1、C3、C4 组成型低通滤波型阻抗 变换器，它不但使输入端 50阻抗与第一级晶体管的基极阻抗（低阻抗，小于 50）相匹配而且有抑制高次谐波的作用，调整 C2 可以达到 宽带匹配，同 时 C1 和 C2 对输入信号起分压作用。YA531 工作在甲类状态， EQ1 和 EQ2 为退耦元件，目的是通直流和去除高频交流，以减少交流通过电源引起相互串扰。第二级由 VT2（3DA92C）功放管及前后级间匹配网路、直流偏置电路组成，工作在甲乙类。C14、L3、R6、 C15、C17 组成级间匹配网路，使第一级输出阻抗变换到第二级输入阻抗，从而达到匹配，同时 C14 和 C17 也其分压作用。L3、R6、C15、C16 组成吸收回路，滤出 87MHz 以下的残波。R7 串在基极回路内以防止寄生震荡。第三级由 VT3(3DA825C)功放管及级间匹配网络及直流偏置电路组成。工作在乙类状态。级间耦合匹配网络由 C27、L5、C28、C29、L6 组成，这是一节 T 型低通滤波器阻抗变换器，调频信号经 3DA825C 放大后，分两路:一路经输出匹配网络到末级功放；另一路从 VT3e 极取样经 R16 送至测量开关，用做 电流测量，正常工作时电流在 1.21.7A 之间。输出匹配网络由 L8、C43、C44、C45、C46 组成，这是一节 型低通滤波器的阻抗变换器。 C44 也用来调节宽带匹配。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 10-Jun-2009 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESBACKUP11.DDBDrawn By:VT1FA531VT23DA92CVT33DA825CEQ8R121kEQ7L7C310.1uF C400.01uFC330.01uFC1790pFC321uFR210kEQ1EQ2L2C50.01uF C90.01uFC74.7uFC61uFR81kEQ4EQ5L4C190.01uF C260.01uFC210.01uFC201uFC1010pF C120.01uFR551kC222pF C232uFR115.1kC350.01uFC3633uFR143.3C1427pFC2730pFC1562pFL8L6L5R73.3 R947C1662pFL3R610C2862pF 62pFC29R31kR15.1kL1C215/45pFC175pFC282uFC450.01uFC4322pF C445/20C80.01uFEQ3C134.7uF C304.7uFEQ8C351pF C427pFIN OUT 24VR134720W图 7 高频功率放大器（前置功放）前置盒三级功放中的基极直流偏置电路形式一样，均为并联馈电方式。为使晶体管工作在甲类或乙类状态，采用分压式供电与发射极共用一个电源。同时考虑减少基极直流外电路对晶体管基极输入阻抗的影响。在分压供电外电路中串入高频阻流圈，对直流供电提供通路，而 对高频电流供电电路相当于开路，减少高频电流对电源的窜扰。应该指出：如果三级均调谐在某一个频点上（例如中心频率 0 上）是很难满足总带宽要求，必须利用扫描仪进行参差调谐，才能满足总带宽要求。4.2 末级功率放大器 末级功放根据输出功率不同，其输出电路不一样，根据广电总局的标准分为30W、50W、100W、300W 等等，目前用全固态器件采用功率合成技术可以做到高达 30005000W 。单管输出功率可达到 100300W。如 MFR317 就可以获得100W 的输出功率。本设计采用 50W 功放，下面分析其工作原理。其输入阻抗为 50，电平为 50W，阻抗 为 50。所提供直流电压为 24V。原理图如图 8 所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 23-May-2009 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:VTBLW78L1 L2 L3C739pF C8150pFC9430pFC65/26pF ZLC10180pFR1100kC53300pFc11300pFC1282pFC14C1912pFL5 L6 L7 L8C135/25pFC155/25pFL9C1718pFC16390pFC1833pFL10C205/25pFL4C10.1uFC2200uFR250ZL1C30.1uFC4200uFC251000pF50WOUTIN24V图 8 末级功率放大器4.2.1 工作状态的选取为了提高效率，末级功放一般采用丙类放大，且 选取半导通脚为 =70。根据放大器的动态特性，随着信号的加大，动态范围将由放大延伸到饱和区。集 电极电流 ic 将由 标准的余弦尖顶脉冲到凹顶脉冲。考虑到凹顶脉冲产生的失真会增大，残波辐射会增加，选取临界状态是比较合适的。这时输出功率较大，集电极效率也高，残波辐射有小。在晶体管功率放大器中，可以从改变激励电压、基极偏压 Vbb 就可以改变放大器的工作状态的。通过 激励电压 Vbb 就可以改变放1.5632).(PclmpUR大器的工作状态的。4.2.2 末级功放参数的计算考虑输出匹配网络和输出滤波器的插入损耗 0.3dB，则末级晶体管的实际输出功率要求达到 53.6W。作为工程近似计算，可以认为集电极最小瞬时电压为饱和导通压降： Uces=0.7V于是 Uclm=Vcc-Uces=24-0.7=23.3V 其电压利用系数为： 由公式 P=U2clm/2Rp 得 所以取导通角 =700， 0（700）=0.253，1（700）=0.436，g1（700）=1.73，（700）=0.289则 WIVP64.253.cmax0 1064总效率4.2.3 功放管的选取末级选取 BLW78，基极输入阻抗约为 1.5，转换到输入端阻抗为 50.根据上述分析，负载阻抗 RL=50也要转换为末级所要求的阻抗 Rp=5.1。4.2.4 集电极电源电路和基极偏置电路对于集电极电源电路，要求调制信号经过放大后不至于使信杂比恶化，所以对电源的波纹要有一定的要求。在供电电路中要考虑把直流回路与基波回路分开，常常采用“ 并馈”方式。 图中 L、C 用来抑制射频和去耦，使 Ico 只通过晶体管。对于基极偏置电路一般不采用独立的偏置电路，而采用自给偏置电路。最常用有两种。图中是利用基极 电流的直流分量在基区体内阻 rbb 上产生的偏置电压。由于 rbb 很小所以偏置电压很小，接近乙类工作状态。所以，利用基极电流的直97.0432clVAI9.4pclcl .25cax0%7.8.0645总流分量在 R0 上产生偏压， 调节 Rb 即可改变通脚 ，使之满足 =70。4.3 匹配网络宽带放大器和窄带放大器没有本质的区别，就晶体管工作状态以及集电极电路、偏置电路等而言，两者是完全一致的，区 别仅在于 输入、输出电路及级间匹配电路，即要实现宽带放大，必须采用宽带匹配网络。输入、输出匹配电路两者没有实质区别，都是阻抗变换及匹配网络。 输入电路就是将晶体管的基极输入阻抗（50W 功放管 BLW78 的基极输入阻抗约在 1.5左右）转换到放大管 BLW78 希望得到的负载电阻（5.1）。在宽带匹配网络中，常采用传输线变压器、多 节 LC 网络、微带等多种形式，前者适用于小功率放大匹配网络，对于大功率放大器，有磁心发热以及体积大等问题，故很少采用。微带匹配网络因篇幅限制， 这里不 详细介绍，它放到微波电路进行介绍，这里重点介绍多节 PL 网络。PL 电路有 型、 型、L 型等电路。前两种 电路为三个电抗元件。后者为两个元件。在计算这些元件值时要同时满足谐振和阻抗变换两个条件。L 型电路只有两个元件，两个要求，所以他的解是唯一的。而型电路、T 型电路，在计算元件值除满足以上两个条件外，还必须假设一个回路 Q 值才能解出三个元件值，因此其解不是唯一的。若 C1=93pF,L2=26.6nH,则构成的匹配网络属窄带网络，难于满足频率从87MHz 至 108MHz 整个频段内都匹配的要求。为了使匹配电路增加带宽，可以采用多节 LC 网络，使每一 级的阻抗匹配变换缓慢以 换取带宽特性，例如将一级改为三级，求其变换阻值为：50164.81.5。上述计算方法同样适用于级间匹配网络和输出回路。不过输出回路最后再增加切比雪夫滤波器，主要抑制二次、三次谐波，降低残波辐射，提高频谱纯度。同理可以计算输出回路的匹配网络的元件值。实用电路（通过实验得到的）与上述计算值有较大差异，这是因为上述计算时未考虑分布参数和晶体管的级间电容的影响。在图中 8 中 C6、C7、L1、C8、L1、C9 和 L3 组成 输入回路匹配网络；L5、C11、L6、C12、L7 和 C13 组成输出回路匹配网络，C14 是隔直电路；C15、L8、C17、L9、C16、C18、L10、C19、C20 组成切比雪夫滤波器（低通滤波器），其中 C17(18pF)、L9 组成二次谐波并联谐振回路（吸收二次谐波成分），C19(12pF),L10 组成三次谐波并联谐振回路（吸收三次谐波成分）； ZL、C10、R1 构成功放级偏置电路，调整 R1 的大小改 变功放的工作状态，使之在 额定功率输出时其导通角为 700 左右（丙类工作状态）。在这个电路中采用的定向耦合电路是传感器，它提供输出的入射功率和反射功率的测量和控制、保护电压。 T 是铁氧体电流互感器，工作在宽频带，改变频率不用调整。T 用来检测带状 线上的电流，而 R3 和 RP1 组成分压器将输出带状线的电压分压取样，通过桥式得出相应的入射和反射功率。当只考虑 I1 时， T 次级感应电压是左正右负，使 R4 上的电压 VR4 与 RP1 上的电压 VRP1 是同相叠加的，经 VD1 检 波后输出与入射功率成正比的直流电压。而 R5 上的电压 VR5 与RP1 上的电压 VRP1 是反射叠加的。当调节 RP1 时使 VRP1=VR5 时，经 VD2 检波输出电压为 0。同理当考虑 IR 时， VR5 电压与 VRP1 同相，经 TD2 检波后，输出一个与反射功率成正比的直流电压。而 VR4 与 VRP1 反相，当 VR4=VRP1,经VD1 后的直流电压为 0。定向耦合器有四路输出，一路是“入射控制输出”，即入射功率 ALC 控制电压输出，接至调制器的输出级。如天 线开路、短路、接触不良等，反射过强。 “反射控制输出”输出一个高 电平加到 图 2.9 中 R37 端，然后经 R37、VD2 加到 VT6 的基极上，使 VT6 饱和导通，从而使 VT4 的增益大大下降，导致激励功率下降，起到天线开路短路保护作用。 “反射控制输出”输出电平是通过 RP2 进行调节的；另一路是反射功率指示。RP3 是调节 P 的大小，而 RP4 是调节 P 的大小。4.4 直流稳压电源50W 调频发射机直流 稳压电 源如图 9 所示。B 为电流变压器，IC（AN7824）是基准电源，其值为 24V，VT（3DD8B）为 23.3V 左右。VD1 为保护管。此稳压源既简单又可靠，所选取的元器件数值均有较大的富裕度。实践证明，作 为一个电子设备，其可靠性电源占 7090左右。如果 电源部能可靠地工作，才能保 证整机可靠地工作。图 9 24V 4A 直流稳压电源5 其他部分电路1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19-May-2009 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:C247pF C14.7pFR147kD1IN4148Y1315MHzQ1L1100mH+12VIN5.1 发射电路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。无需倍频，与晶振相比电路极其简单。 以下电路为常见的发射机电路，由于使 图 10 发射电路用了声表器件，电路工作非常稳定，即使手抓天 线、声表或电路其他部位，发射频率均不会漂移。该电路发射功率较大。5.2 接收电路接收电路可使用超再生电路或超外差电路，超再生电路成本低，功耗可达100mA 左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一 级混频以及两级中放的超外差接收机差不多。然而，超再生电 路的工作稳定性比较差， 选择性差，从而降低了抗干扰 能力。 图 11 为典型的超再生接收电路。超 外 差 电 路 的 灵 敏 度 和 选 择 性 都 可 以 做 得 很 好 ，但 电 路 元 件 比 较 复 杂 。随 着 集成 电 路 的 发 展 ，分 立 元 件 电 路 被 集 成 电 路 取 代 。美 国 Micrel 公 司 推 出 的 单 片 集 成电 路 可 完 成 接 收 及 解 调 ，其 MICRF002 功 耗 很 低 ，并 具 有 电 源 关 断 控 制 端 。而 且 性能 稳 定 ，电 路 变 得 非 常 简 单 。图 12 为 用 MICRF002 作 为 集 成 元 件 构 成 的 接 收电路。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19-May-2009 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:Q1Q2C33pFC5390pFC42pFR11kR247kR3150C1103C25pF L12.5TR5150kR647kR46.2kC633pFC74pFC9103C727kL31HC83pFC10564R83.9K18273645IC1LM358R104.7MR15200KC12564C11472 R9120kR14620R13200kR1110kR1210kOUT+5VL23.5T图 11 分立元件接收电路 MICRF002 使用陶瓷 谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖 300-440MHz。MICRF002 具有两种工作模式：扫描模式和固定模式。扫描模式接收带宽可达几百 KHz,此模式主要用来和 LC 振荡的发射机配套使用。因为，LC 发射机的频率漂移较大，在扫描模式下，数据通讯速率为 每秒 2.5KBytes。固定模式的带宽仅几十 KHz，此模式用于和使用晶振稳频的发 射机配套，数据速率可达每秒钟 10KBytes。工作模式选择 通过 MICRF002 的第 16 脚（SWEN）实现。另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或 CPU，以最大限度地降低功耗。 MICRF002 为完整的单片超外差接收电路，基本 实现了“天线输入”之后“ 数据直接输出” ，接收距离能达到 20km。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 19-May-2009 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:SEL0 SWENVSSRFRFOSCVSSRF SEL1ANT CAGCVDDRFWAKEBVDDBB SHUTCTH DONC VSSBBMICRF002Y14.91MHzC10.047FC24.7F+5VOUT图 12 集成接收电路5.3 单片机系统电路及程序5.3.1 AT89C2051 单片机AT89C2051 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称 单片机。如图 13 所示，它是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。其可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该 器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C2051 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C2051 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性的方案。 图 13 AT89C2051 单片机5.3.2 AT89C2051 最小系统AT89C2051 的外部通过 18，19 脚连接一个晶振和两个电容,构成振荡电路,可以为单片机提供时钟频率。 9 脚通过一个 10k 电阻和一个 10F 的电容构成了一个简单的复位电路, EA 接高电平,AL E、PSEN 信号不用,这样就构成了一个单片机最小系统。如图 14 所示。 单片机最小系统 是任何单片机控制系统的基本电路。复 杂的控制功能都是在此基础上实现的。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDa