简易无线电遥控系统_简易无线电遥控系统的设计

来源:村官述职报告 发布时间:2019-07-27 13:45:23 点击:

简易无线电遥控系统

摘要

本电路主要由无线发射机和无线接收机组成,发射机部分主要原理:采用FSK 调制,通过8线-3线优先编码器74LS148 和并行-串行编码器VD5026 对8个按键进行编码,输出

1.629K 的中频信号,由变容二极管进行频率调制再加载到高频载波上,然后将高频信号进行功率放大后由天线发射出去;接收机部分主要原理:先将天线接收到的高频信号进行电压放大后送至单片窄波解调芯片MC3361进行解调,经比较电路整形再解码,从而控制7个发光二极管和灯泡工作,并显示灯泡亮度级数。

本电路的设计优点:采用专用集成电路编解码器VD5026和VD5027对控制信号进行再编码和解码,提高了信道的抗干扰能力;接收机的鉴频电路采用窄带FM解调芯片MC3361进行解调,提高了接收机的灵敏度。

关键词:发射 解调 接收

Frequency Modulation

我们习惯上用FM 来指一般的调频广播(76-108MHz ,在我国为87.5-108MHz 、日本为76-90MHz ),事实上FM 也是一种调制方式,即使在短波范围内的27-30MHz 之间,做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段,也有采用调频(FM )方式的。 FM radio即为调频收音机。

FM 调频即收音机功能。作为MP3的一项附加功能,从实用角度来说,现在的MP3这方面做得并不很出色,应该说还不如普通的收音机,在接收范围、精度等等方面还都有差距,只能说是一个有益的补充。当然,如果你注重这个功能的话,也有做得不错的产品。而在具体机型上,针对FM ,不同产品还有细分,是否可以保存选定的频道、可以保存多少个频道、立体声和普通声道可以自己设定还是由机器来设定。

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调幅Amplitude Modulation :一般中波广播(MW: Medium Wave)采用了调幅(Amplitude Modulation) 的方式, 在不知不觉中,MW 及AM 之间就划上了等号。实际上MW 只是诸多利用AM 调制方式的一种广播. 像在高频(3-30MHz) 中的国际短波广播所使用的调制方式也是AM ,甚至比调频广播更高频率的航空导航通讯(116-136MHz)也是采用AM 的方式,只是我们日常所说的AM 波段指的就是中波广播(MW)

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FSK (Frequency-shift keying):频移键控。就是用数字信号去调制载波的频率。是信息传输中使用得较早的一种调制方式, 它的主要优点是: 实现起来较容易, 抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。

它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。

1. 系统方案设计与论证

根据任务要求,设计由发射机和接收机两部分组成,下面分别从这两方面阐述方案的设计思想。

1.1无线发射

1.1.1 高频振荡器

方案一:采用电感反馈振荡器。优点:容易起振,输出电压幅度大,频率调

制范围宽。缺点:最高振荡频率低,输出波形差。

方案二:采用电容反馈振荡器。优点:容易起振,输出波形良好,最高振荡频率高。缺点:频率调制范围窄,频率稳定度较差。

方案三:采用压控振荡器振荡。优点:具有工作频率高、波形、连续线性可调。缺点:对芯片内部电路不了解,受其工作条件限制较大。

本设计对调制波形要求较高,所以采用压控振荡器,提高了频率稳定度,振荡器的输出频率随加在变容二极管的电压大小而改变,对题目要求的频率可以任意调节,且稳定性较好。所以我们选择了方案三。

1.1.2调制方式

方案一:直接调频法:利用调制信号直接控制振荡电路中的振荡频率来实现调频。优点:容易得到较大频偏。缺点:频率稳定度不高,易产生调频失真。 方案二:间接调频法:先对信号进行积分,再去调相,得到调频信号。优点:产生振荡过程与调制过程分开,调制失真较小。

直接调频法原理比较简单,而且为提高遥控灵敏度,要求频偏越大越好。所以采用直接调频法:变容二极管直接调频。同时,为尽量减少变容管电容量变化对频率稳定度的影响,变容管在LC 振荡回路中采用部分接入方式。

1.1.3高频功放电路

高频功率放大器大多采用丙类,不仅效率高,而且可以极大的提高信号的发射距离。但丙类放大器的电流波形失真太大,为此我们采用调谐选频网络作为负载回路。由于调谐回路具有很好滤波能力,回路电流与电压仍然极近于正弦波形,失真很小,从而很好的解决了信号放大过程中的失真问题。输入回路为谐调回路,既能实现谐调选频,又能使信号源与放大管输入端匹配;输出端的负载回路也是LC 谐调回路,既能实现谐调选频,又能实现放大管输入端匹配。

1.1.4编码电路

当同时按下多个按键时,为防止产生乱码现象,采用8线-3线优先编码器对8个按键进行优先编码,输出的是并行码,为得到一个脉冲信号作为调制信号,需要将并行码转化为串行码,由VD5026实现。VD5026产生占空比随传0、传1改变的单极性码,一组编码包括8位地址码,只有与VD5026地址码相同的VD5027才会有解码输出,这样,在只有8个按键的条件下可以用一片VD5026控制两片VD5027来分别完成对发光二极管和灯泡及其亮度的控制。

1.2无线接收

1.2.1解调电路

采用单片窄带集成解调芯片MC3361实现鉴频。MC3361片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、滤波器、抑制器、扫描控制器及静噪开关电路。其功耗比较低,工作电压范围为2~8V,最大工作频率为60MHz ,能够满足本电路的解调要求。

1.2.2电压比较器

从解调电路输出的矩形脉冲信号一般会有畸变,直接输入解码电路会影响解码,为此先通过电压比较器将解调输出的信号整形为标准矩形波,再送至解码电路。

1.2.3解码电路

先用两片解码芯片VD5027对解调后的信号进行解码,然后分别控制7个发光二极管与灯泡及其亮度显示,一片VD5027对应一个控制对象。

2. 原理分析与相关参数计算

2.1无线发射

2.1.1无线发射机的模拟部分

此电路如图1所示。采用压控振荡器振荡,主要有压控振荡芯片MC1648,变容二极管V149以及LC 谐振回路组成。采用5V 电源供电,一对串联变容二极管背靠背与该谐振回路相连,振荡器的输出频率随加在变容二极管上的电压大小而变化。调节VCO 的中心频率,调谐电压经R23和VD5026输出的调制电压合成经R21加在变容二极管上,实现信号的锁定和频率调制。

其振荡频率为:

f o ≈

其中电容是两个变容二极管的串联总电容之值。

图1(. 无线发射机模拟部分

2.1.2变容二极管调频原理

变容二极管电容可随两端电压变化而变化,由公式

Ci =C j o

(1-) Vd

其中Cjo 为变容管加零偏压时(即v=0时)的结电容,

Vd 为变容管PN 结内建电位差(硅管为0.7V ,锗

为0.2V ),γ 为变容管的电容变化指数,与频偏的 图2

大小有关,在小频偏情况下,γ=1可近似实现线性

调频,大频偏情况下则必须选 γ= 2才能实现较好的线性调频。

2.1.3编码电路

电路如图3所示。

复位键K1~K8在单刀双掷开关K 的“指挥”下控制7个发光二极管亮灭或灯泡亮度及显示:当K 接高电平时,复位键控制二极管工作;当K 接地时,复位键控制灯泡亮度及其显示。

编码器74LS148对8个按键编码的输出为并行码,为得到脉冲信号作为调制信号,必须将并行码转化为串行码,故采用并行转串行芯片VD5026,从其17脚输出一个音频信号 ,其频率由下式决定:

f Ω=

其中 λ 1600 R f Ω以KHz 为单位,R 是15脚和16脚之间的振荡电阻(作用:时钟振荡),以K Ω为单位。取

R=300K ,则 f Ω = 5.33KHz

74LS148正常编码时,其15脚输出高电平,发光二极管亮,表示电路正常编码。VD5026的14脚为发射指令端,低电平发射,所以常接地。

图3(编码电路)

2.2无线接收

2.2.1解调电路

图4 单片窄带调频接收电路

如图4所示,MC3361为单片窄带调频接收电路,解调灵敏度较高,为2.6uV 。天线接收到的信号(频率为f o )经过电压放大后从16脚输入,内部振荡电路

f ),输入信与1、2脚的外接LC 回路组成第二本振级(振荡频率为晶振频率

号与内部第二混频级进行混频,得到频率为∆f 的差频信号,从3脚

∆f =f -f o =10.245—0.455=9.79MHz,其中夹杂着其他频率分量,在3脚和5脚之间接一个频率为455KHz 的陶瓷滤波器,滤出455KHz 的信号,再经第5脚送入MC3361 的限幅放大器进行高增益放大,第8脚的外接元件组成频率为455KHz 的鉴频谐振回路,经放大后的信号在内部进行鉴频解调,并经一级音频电压放大后由第9脚输出,第6、7脚接第二中放级的退耦电容。

2.2.2解码电路

图5(解码电路)

如图5所示,解码芯片VD5027的1~8脚为地址线,只有当地址与编码芯片VD5026的相同时才能解码输出。当编码电路的开关K 接地时,上片解码芯片的地址与编码电路的相同,从11、12、13脚输出原始编码,控制灯泡工作,并显示亮度级数;当K 接高电平时,下片解码芯片的地址和编码电路的相同,从11、12、13脚输出原始编码信号,控制发光二极管工作。

灯泡亮度的控制原理:灯泡亮度由流过它的电流大小决定,电流越大灯泡越亮。输出解码从高位到低位接不同的三极管电路,集电极电阻从高位到低位由小到大变化,使三个支路产生的电流从大到小变化。

3. 系统测试与分析

P=0.02626W=26.26mW

3.4最远发射距离

2.1米(保守值)

影响无线电遥控距离的因素主要有:发射功率:发射功率大则距离远,但耗电大,容易产生干扰;接收灵敏度:接收器的接收灵敏度提高,遥控距离增大,但容易受干扰造成误动或失控;天线:采用直线型天线,并且相互平行,遥控距离远,但占据空间大,在使用中把天线拉长、拉直可增加遥控距离;

高度:天线越高,遥控距离越远,但受客观条件限制;阻挡:目前使用的无线遥控器使用国家规定的UHF 频段,其传播特性和光近似,直线传播,绕射较小,发射器和接收器之间如有墙壁阻挡将大大打折遥控距离,如果是钢筋混泥土的墙壁,由于导体对电波的吸收作用,影响更甚。

参考文献:

[1]第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001)北京:北京理工大学出版社,2006.

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[3]高吉祥. 高频电子线路(第二版). 北京:电子工业出版社,2007.

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[6]谢自美. 电子电路设计实验测试(第二版). 武汉:华中科技大学出版社,2005.

[7]康华光. 电子技术基础模拟部分(第五版). 北京:高等教育出版社,2006.

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