简易无线电遥控系统的电路设计

1、山东职业学院毕业论文题目：简易无线电遥控系统的电路设计系别：电气工程系 专业：应用电子技术 班级：应用电子 1232 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2014-11-20班级 应电 1232学生姓名 史纪乐 指导教师 樊廷忠设计（论文）题目简易无线电遥控系统的电路设计主要 研究 内容设计并制作一套简易无线电遥控系统，包括发射部分和接收机部分。主要技 术指标 或研究 目标1、工作频率： fo=6 10MHz中任选一种频率。2、调制方式： AM、 FM或 FSK, 任选一种。3、遥控对象： 8 个，被控设备用 LED分别代替， LED发光表示工作。4、输出功率：不大于 20mW（在标准 75

2、假负载上）。 5、接收机距离发射机不小于 10m。注：不能采用现成的收、发信机整机。基本 要求1、 1、明确设计任务，至少完成主要技术指标的前三项。2、 设计方法、手段不限。3、 确定具体设计与实现方案，有条件的同学可制作出实物。要求论文有 3000 字左右，包含论证方案、理论分析、实际测试数据、原理图 等。主要参 考资料 及文献1、模拟电子技术2、数字电子技术3、电子产品工艺5、高频电子线路6、闭路电视监控系统实用教程7、电视原理与接收技术摘要随着电子技术的飞速发展，新型大规模的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

3、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， 安全保卫以及人民日常生活中使用越来越广泛。 无 线电遥控技术的诞生， 起源于无线电通信技术， 最初的构想是无线电电报技术的 建立，真空电子管的发明使得无线电技术的应用和普及很快应用在民用和军用各 个领域。自从爱迪生发明了电灯以来， 人民对照明电器的开启和关断控制主要使 用手动机械开关。随着无线电的发展，从上个世纪 60 年代开始，相继出现了无 线电遥控的灯开关。关键词： 无线遥控发射电路接收电路 74LS166 YYH26 MC145026目录第一章绪论 51 引言 5第二章设计思路与方案论证

4、 62.1 方案论证与比较 61. 方案一 62. 方案二 73. 方案三 8第三章电路组成及工作原理 93.1 总体框图 91. 原理框图 93.2 发射部分 101. 调频发射机 103.3 接受部分 121.编码部分 142. 解码部分 143. 主要芯片的选用 144 .MC145026 的编码 155. MC145027 的解码 16第四章总结与展望 18总结 18展望 18谢辞 20参考文献 21第一章绪论1 引言无线遥控， 即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号， 通 过无线电传输， 在受控端经解码等处理形成相应的控制操作。 无线控制方式多种 多样，可以根据不同的

5、应用需求采用适宜的方式。 所传信息的形成以及信息量的 大小来决定采用何种信息编码和处理方式， 而信息传送的距离决定采用何种传输 方式对于无线遥控技术，当前基本上通过以下几种方式实现：红外线遥控方式， 无线电遥控方式，超声波遥控方式和声音遥控方式。红外技术出现早，成本低， 价格也具有优势。红外遥控具有以下优点：控制内容多，抗干扰能力比较强，不 会发生任何误动作 ; 响应速度快，不会对其他电器产生干扰从而影响用户的使用； 体积小，成本低，功率小，与其他方式比可以降低功耗 90%。但是他的缺点也很 明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备与一定的角度范围， 中间不 能有任何物品， 否则就会阻挡

6、红外线的传输， 因为红外线不能穿越砖瓦水泥砌成 的墙体，这在日常使用中经常造成不便， 毕竟用户不希望只能在一定的角度范围 内才能对对象进行操作， 之外红外线方式也容易受到外界干扰。 超声波遥控方式 中的超声传感器频带窄， 能携带的信息量小， 易于受干扰而引起的误动作， 同时 该种方式距离短， 通用性强可以互换因而不适合在灯具遥控中运用。 声音遥控方 式通用性强，作用距离短，声音携带量小，易受干扰而引起误动，它适合于像声 控电灯开关的场合。无线电作为新一代的信息传送方式，具有绕射和穿透特性， 只要在有效工作范围内， 无线电设备就可以不受角度， 方向和障碍物的限制而自 由使用。并且采用特定的编码解

7、码技术可以防止无线电波的相互干扰， 抗干扰能 力强。本设计采用了工作频率： fo=8MHz; FM 调制方式；遥控对象； 8 个被控设备用 LED分别代替， LED发光表示工作；输出功率；不大于 20mW（在标准 75加负载 上）。接收机距离发射机不小于 10m。是一款真正使用而又便宜简单的无线电遥 控系统。第二章设计思路与方案论证2.1 方案论证与比较1. 方案一发射部分利用四位拨码开关控制制并 /串转换电路 74LS166 的四个输入端， 在定时脉冲的作用下，输出相应的串行数字信号， 次信号经 NE564进行 FSK调制， 再放大后经天线发射输出。接受部分，信号从天线馈如经放大，送入 NE

8、564进行调解，解调后的数字信 号经 74LS166进行串/并转换，输出四位二进制数， 次二进数通过 4-16 线译码器 译码后，分别控制八路设备的开关和某一路八级。其如图 2-1 所示图 2-1 方案一框图 此方案直接采用四位拨码开关产生四位二进制数字信号，没有复杂的编码系统， 电路比较简单， 但由于并 /串，串/ 并转换集成电路都需要时钟信号， 且收发要求 严格同步， 否则系统无法接受的正确信号， 对接收电路要求就很高， 而且脉冲信号在传输中易受干扰，所以误码率较高2. 方案二 发射部分利用四位拨码开关，控制 YYH26编码集成电路的数据端，用 NE564对 YYH26的输出进行 FSK调

9、制，在放大后经天线发送出去。接收部分将天线接受的信号放大后通过 NE564进行 FSK解码，输出的四位数 据经 4514 译码来控制八路设备的开关和某一路的八级。如图 2-2 所示图 2-2 方案二框图此方案采用 YYH26/27 编译码器，编码种类较多，便于加密，功能扩展较容易， 抗干扰能力也较强， 但由于 YYH26/27S是以改变脉冲占空比来进行编码且收发误 差要求在 5%以内，所以对解调电路精度要求很严格。 YYH26的编码操作方法师先 在数据端进行编码，再使能端加一底脉冲才发送的，操作复杂。3. 方案三此方案采用双频电话机专用拨号集成电路 WE9187配接 44 键码，编码输出的双

10、音多频信号通过 FM调制，中心频率选择在 610MH。z FM信号放大后经过天线发 射出去。接收机使用调频接受专用集成电路 TDA7021对 FM信号进行解调，输出 的双音多频信号经双音多频解码专用集成电路 G8870进行解码，输出四位二进制 信号通过 4514 译码后，分别控制八路设备和八个级别。其框图 2-3 所示图 2-3 方案三框图此方案采用双音多频编码及 FM调试方式，并且接收部分的解码电路 G8870只识 别双音多频信号，从而大大提高了信号抗干扰能力。 FM接受采用了 TDA7021单 片调频接受集成电路，灵敏度高（可达到 5uV）在输出功率一定的条件下有利于 提高通信距离。 由于

11、关键部分均采用单片专用集成电路， 所以电路简单， 可靠性 高，易于实现，调试也简单，采用 44 键盘增加受控范围，可以扩展八个级别。 发射部分用 WE9187是发送开关 XTS端来控制调制和功放的电源，在无键盘操作 时这两级不工作，只要 WE9187本身耗电，此时整机电流很小， WE9187的静态电 流典型值只有 0.25uA 大大降低了电源功耗，延长了电池的使用寿命。 由三个方案比较可知， 因为方案三比方案一和方案二更为合理， 所以选用方案三。第三章电路组成及工作原理3.1 总体框图1. 原理框图3-1 无线电遥控发射部分框图3-2 无线电遥控接收部分框图遥控系统的工作原理是首先通过按键编址

12、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。 如果是则执 行指令，受控系统工作。如果不是，则被控对象无任何动作。3.2 发射部分1. 调频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。 发射系统 的电路原理图见图 3-4-1 。VCC110KR31KC4BG19018200PFR25.1K C10.22uF R4510K C3300PFC1020PFR7510K R85.1KA

13、1VDDA2DOUTA3A4RTCA5CTCRSA6/D6A7/D7TE*A8/D8VSSA9/D9U1 45026R10 50KR141kC1R1k210k4R121kR131kR151k1234567916151312111485100PF50K图 3-3 遥控发射机电路图主振级由晶体管 BG1与电容 C2，C3，C4，C5，变容二级管和电感 L1 组成西 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 BG3提供偏压，输出匹配网络采用简单的 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

14、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 3-4 所示。10图 3-4 变容二极管的结电容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PPC，可以求得由于此引起的振荡频率的变化为 Fg-PP CFg/2C式子中 CC5Cj/ （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，

15、 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 3-4-3 所示：11图 3-5 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。

16、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。3.3 接受部分如图所示，接收机的模拟部分可以分为三大模块： 高频放大电路采用典型电路。 影响接收机灵敏度的主要因素是噪声， 表现 为信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪声越小，对灵敏度影响越小。为了提 高接收机的灵敏度，使用了低噪声的三极管 2SC763。 鉴频电路采用 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。 MC3361的外围元件值的确定参考了 MOTOROLA LECOMMUNICATIONS DEVICE

17、 DATA 一书中所给出的 MC3361的典型电路，省略了静噪部分。 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。12图 3-6 遥控接收机电路图13图 3-7 接收机编码部分电路图1. 编码部分如图 3-3 下半部分所示，控制开关为四个。 四个按键开关对应四种控制状态。 利用 MC145026和 MC145027对控制信

18、号进行编码和解码， 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有九位输入端，其中五位是地址 码并且是设定的，即接高电平。另四位为数据输入端。假如MC145026的地址码是变化的，则可以用一片 MC145026控制多片 MC14502。72. 解码部分如图 3-7 所示，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

19、 MC145027才会有解码输出。这样， 就可以用一片 MC145026对应得控制一片 MC14502。73. 主要芯片的选用MC145026 MC145027编解码模块由三态编码解码芯片 MC145026和 MC145027组成，此组芯片是摩 托罗拉公司生产的用于通信配对使用的最新芯片。编码芯片MC145026可对 9 位输入信息（地址位 A1 A5，数据位 D6D9）进行编码，编码后每个数据位用两 个脉冲表示：“1”编码为两个宽脉冲；“0”编码为两个窄脉冲； “开路”编码为14 一宽脉冲和一窄脉冲交叉。当 TE端输入脉冲上升沿时，编码后的数据流开始由 D0 串行输出。对于每 9 位数据信息

20、，可以看作是一个数据字，为了提高通信的 安全性，编解码芯片对每个数据字发送两次，接收两次。MC145027解码器用于接收 MC145026输出的编码数据流。 当解码器地址与编 码器地址状态相同并连续收到两组相同编码信号时， VT 端由低电平跳变为高电 平以指示接收有效。 而当接收到的数据流地址位与本系统地址设置不同， 或是两 次接收的数据不同，或是在四个数据周期内无信号时， VT 端变为低电平，此时 可认为无信号或认为信号不是发送给本系统的。 由于对接收到的信息进行地址识 别是由 MC145027芯片来完成的，因此，对不是发送给本系统的信息通常不传送 到并行接口，所以对本系统的工作也就不会造成

21、影响。4 .MC145026 的编码集成编码器 MC145026的引脚功能和外部电路如图 3-8 所示图 3-8 MC145026 的引脚编码数据流从 MC145036的第 15 管脚串行输出，顺序为 A1A5、D6D9。RS，CTC，RTC：振荡器选择管脚。TE：传输使能管脚，低电平有效。Dout：译码器输出管脚。VSS：负电源供给管脚。VDD：正电源供给管脚。A1A9是地址或数据输入端，当做地址使用时有三个状态（高电平，开路， 低电平），当作数据使用时候有两种状态（高电平，低电平） 。 Rtc ，Ctc 的数值 决定 MC145026内部时钟振荡器的工作频率 f （f=1/2.3RtcCt

22、c ）。TE是时钟振荡 器的工作控制端，当 TE为低电平时候，振荡器工作。 Do的输出编码信号如图 2.8 所示。两个连续的宽脉冲（占空比 7：1）表示“ 1”，两个连续的窄脉冲（占空 比 1：7）表示“ 0”，一宽一窄两个脉冲表示“开路”。发送时，先发送 17.5 个 时钟周期的低电平 , 接着依次发送 A1A2 的状态编码，如果 A1A9 的状态编 码发送完毕后 TE 依然是低电平 ,经过24 个时钟周期后再依次发送 A1A9 的状 态编码。其编码的发送工作不管 TE 在何时由低电平变为高电平，均必须等到当 前发送周期结束以后才能停止。15图 3-9 MC145026 Do 的编码波形5.

23、 MC145027 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 WRN 种不 同的地址编码。根据其地址的不同组合可以产生35 =243 种不同的地址编码。MC145027的 引脚功能和外部电路如图 2.9 所示，其功能框图如图 2.10 所示。图 3-10 MC145027 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。16图 3-11 MC14502

24、7 译码器功能框图MC145027通 过 RC积分电路来完成宽窄脉冲的识别，图 2.10 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 3-12 MC145027 6 脚和 7 脚的信号波形图 3-12 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

25、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，

26、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。17第四章总结与展望总结在本次毕业设计课题的研究中 , 我大有收获。首先在选择毕业设计课题时， 我本着巩固所学理论知识， 加强实际动手能力， 增加对现代科技特别是通信方面 的了解，圆满完成大学本科学业的想法， 选了多路无线遥控开关的设计这一实际 而又有挑战性的课题。经过三年学习的积累， 在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情 况下，我认真严肃的完成了我的毕业设计。 这次毕业设计历时至少 2 个月，从一 开始的确定课题， 到

27、后来的资料查找、 理论学习， 再有就是近来的调试和测试过 程，这一切都使我的理论知识和动手能力得到很大的加强， 可以说是对电路知识 的一次全面综合。 在通信理论的学习和实际电路的识别、 分析以及后来的测试过 程中不可避免地遇到各种问题， 这要求保持沉着冷静积极地思考， 实在解决不了 可以请教同学或指导老师。 这次毕业设计还是对我的钻研精神， 面对困难的心态， 做事的毅力和耐心的考验。 我在这个过程中深刻的感受到了做毕业设计的意义所 在，和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。为完成这次毕业设计， 我复习巩固了所学的电子电路等课程知识， 为深入认 识当今无线通信的技术及发展，我在图书

28、馆、互连网上查阅了大量的相关知识。 在对无线遥控开关电路的分析与研究中， 我对现在通信类设备的工业制造有了较 实际的认识， 并对部分流行的通信类芯片有了一定的了解。 并且制作了一套无线 遥控开关板，通过近三周的测试与调试后， 测试了无线遥控开关的实际通信距离， 得到了部分合理数据， 并进行认真的分析， 得出结论， 基本完成了本次毕业设计 任务。1）本课题的重点、难点：掌握无线遥控的工作原理，重点是无线遥控模块射频部分电路原理；深入分析无线射频的工作原理，研究无线射频电路的设计；18（2）本课题研究结论：通过理论的系统学习和实际电路的学习、 研究，我系统的掌握了无线遥控开 关的工作原理， 特别是无线遥控射频接收部分电路原理； 结合射频技术和现代通 信科技的发展，我具体分析了无线遥控电路的设计。（3）本课题研究的不足及原因分析：这次毕业设计的完成中， 主要任务都得到了比较好的完成， 该无线遥控开关 的研制工作中还存在不足之处有待于进一步研究，比如无线模块的通信距离较 近，优化无线模块以达到更远的通信距离； 以及对通信协议的优化， 探索一种更 合理、更高效的通信协议等都可以提高该无线遥控开关的工作效率。19谢辞在本课题的研究及论文的写作过程中， 得到了很多人的热心帮助和支持， 在 此对他们表示衷心的感谢。首先感谢导师樊廷忠老师把我带进一