数字编码无线遥控控制系统设计

1、 数字编码无线遥控控制系统设计摘要：无线遥控即是在控制端把指令以某种编码的形式形成易于传输的信号，经过无线传输，在受控端经过解码等形式进行相应的处理，再进行相应的控制。无线控制的方式多种多样，可以根据不同的需要进行相应的处理，采取简单易行的控制方式可使电路简单，方便易行。关键词：无线遥控，编码，解码1 引言无线遥控在现代生活中发挥着越来越重要的作用。他已广泛德应用到社会生活的各个领域，包括军事，国防，经济，工农业的各个方面。虽然无线遥控技术的发展只有几十年的时间，到20世纪末才出现无线遥控的雏形，但它以飞速的方式发展。遥控装置的中心部件已从早期的分立器件，集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机

2、，智能化程度大大提高。在无线遥控领域，面前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外遥控、无线遥控等。由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过障碍物，并有很强的传播性，可以传播到很远的距离。因而，它的控制可以在很大区域和空间得以实现，已成为主要的遥控方式。无线遥控即是在控制端把指令以某种编码的形式形成易于传输的信号，经过无线传输，在受控端经过解码等形式进行相应的处理，再进行相应的控制。无线控制的方式多种多样，可以根据不同的需要进行相应的处理，采取简单易行的控制方式可使电路简单，方便易行。各种遥控方式的不同，主要在于编码处理方式和信息的传输方式。所传信息的形式和信息量的大小主决定采用何种编码方式

3、和处理方式，而信息传输的距离觉得采用何种传输方式。为此，在前人的基础上设计出了集成芯片无线遥控多通道开关系统的设计方案。2 总体设计方案2.1设计思路根据无线遥控系统的设计原理，在本实习设计中亦采用通用模式。现设计本系统由发射部分，接收部分和控制部分组成。发射部分先由震荡产生电路产生高频信号后，经键盘编码，再经放大电路放大后，由发射端发射出去形成发射部分。本设计接收部分先由放大电路进行放大，再经与编码芯片相应的解码芯片进行解码，再经放大后进行输出控制。控制部分设计成由接收输出控制晶闸管，进而控制日光灯电路。2.2总体设计框图本设计方案由发射部分，接收控制部分组成。而被控对象经过晶闸管连接在接收

4、单元上。整体结构方框图如图1所示： 图1 系统总体框图 遥控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。2.3方案论证与比较系统的设计需要由两部分组成：一是无线信号传输部分，二是控制部分。下面分别从这两个方面阐述方案的设计思想。2.3.1无线信号的传输部分（1）调制方式的选择 根据要求，对象是四盏灯，用日光灯显示明灭

5、，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。若采用专用的调频晶

6、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）接收机解调器 通过查阅资料，选择了摩托罗拉的集成窄带FM解调芯片MC3361构成

7、解调电路。MC3361的特点为低功耗，低电压和高灵敏度。2.3.2控制部分控制对象是四盏灯，它们只有两种开关状态：明或灭。因此将其用数字信号来表示是合理的。四个按键开关对应四种控制状态。文中采用四位二进制码表示各种控制状态。为了方便码元的传输，需要对码元进行在编码（一是进行并串转换，二是加入一定冗余信息提高可靠性）然后再接收端进行解码。经过查阅资料，MC145026和MC145027是专门设计用于遥控电路中的编码解码器。MC145026可以接收四位并行数据，在编码后串行输出，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

8、的二元数据码，当接收到的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编码与解码。3 电路的设计和计算3.1模拟部分（1）调频发射机 （图2的上半部分）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2。图2 遥控发射机电路图主振级由晶体管VT1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VT3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，以使

9、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.本设计中，C5=3pF，Cj=21pF，可得p1，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

10、的大小可以改变PN结的结电容大小，如图3.这样二极管就可以作为可变电容器用。图3 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。( 2 ) 接收部分 电路如下图4所示如图所示，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

11、（FL）送回MC3361进行鉴频。MC3361的外围元件值的确定参考了MOTOROLA LECOMMUNICATIONS DEVICE 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。图4 接收机模拟部分电路图图5 接收机编码控制部分电路图3.2数字部分（1）编码部分如图2的下半部分

12、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MC145027。 （2）解码部分如图5所示，在接收端用一片MC145027对解调后的信号进行解码。而作为被控对象的日光灯经过晶闸管连接在MC145027的数据输出管脚。相应的MC14502

13、7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。4 总结与体会本次实习共两周时间，虽然时间不长，但能让人学会许多东西。本次实习是我们的第一次电子设计实习，虽说我们现学的知识还很浅薄，但指导老师给我们放宽了要求。由于没有进行过类似的实习，我们感觉到非常吃力。经过大量的查阅资料和搜集资料，又加上老师的指导，我很顺利的完成了实习报告。通过这次实习我们确实学到了很多东西，特别是怎样自己去解决一些不了解的东西。在这次实习中，张伟、邵锋、李晓敏、宋长源等老师，他们对我这次的实习给予了极大的指导性意见，在这

14、里一并表示感谢。参考文献1 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程高频电子线路设计M.北京：电子工业出版社，20072全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编M.北京：北京理工大学出版社，20043谢自美，尹仕，肖看等.电子线路综合设计M.武汉：华中电子科技大学出版社，20064全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编M.北京：北京理工大学出版社，2007附录：主要芯片选用 MC145026和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MC

15、145026可对9位输入信息（地址位A1A5，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，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

16、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影响。（1）MC145026的编码集成编码器MC145026的引脚功能和外部电路如附图1所示：附图1 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

17、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=1/2.3RtcCtc）。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的输出编码信号如附图2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

18、。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。附图2 波形图（2）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种不同的地址编码。根据其地址的不同组合可以产生=243种不同的地址编码。MC145027 的引脚功能和外部电路如附图3所示。附图3 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。其功能框图如附图4所示。 附图4 MC145027译码器功能框图MC145027