簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控系統(tǒng) 摘要 本電路主要由無(wú)線發(fā)射機(jī)和無(wú)線接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)部分主要原理：采用FSK調(diào)制，通過(guò)8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148 和并行-串行編碼器VD5026 對(duì)8個(gè)按鍵進(jìn)行編碼，輸出1.629K的中頻信號(hào)，由變?nèi)荻O管進(jìn)行頻率調(diào)制再加載到高頻載波上，然后將高頻信號(hào)進(jìn)行功率放大后由天線發(fā)射出去；接收機(jī)部分主要原理：先將天線接收到的高頻信號(hào)進(jìn)行電壓放大后送至單片窄波解調(diào)芯片MC3361進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)比較電路整形再解碼，從而控制個(gè)發(fā)光二極管和燈泡工作，并顯示燈泡亮度級(jí)數(shù)。 本電路的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：采用專用集成電路編解碼器和對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行再編碼和解碼，提高了信道的抗干擾能力；接收機(jī)的鑒頻電路

2、采用窄帶解調(diào)芯片進(jìn)行解調(diào)，提高了接收機(jī)的靈敏度。關(guān)鍵詞：發(fā)射 解調(diào) 接收Frequency Modulation 我們習(xí)慣上用FM來(lái)指一般的調(diào)頻廣播（76-108MHz，在我國(guó)為87.5-108MHz、日本為76-90MHz），事實(shí)上FM也是一種調(diào)制方式，即使在短波范圍內(nèi)的27-30MHz之間，做為業(yè)余電臺(tái)、太空、人造衛(wèi)星通訊應(yīng)用的波段，也有采用調(diào)頻（FM）方式的。 FM radio即為調(diào)頻收音機(jī)。 FM調(diào)頻即收音機(jī)功能。作為MP3的一項(xiàng)附加功能，從實(shí)用角度來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的MP3這方面做得并不很出色，應(yīng)該說(shuō)還不如普通的收音機(jī)，在接收范圍、精度等等方面還都有差距，只能說(shuō)是一個(gè)有益的補(bǔ)充。當(dāng)然，如果你

3、注重這個(gè)功能的話，也有做得不錯(cuò)的產(chǎn)品。而在具體機(jī)型上，針對(duì)FM，不同產(chǎn)品還有細(xì)分，是否可以保存選定的頻道、可以保存多少個(gè)頻道、立體聲和普通聲道可以自己設(shè)定還是由機(jī)器來(lái)設(shè)定。- 調(diào)幅Amplitude Modulation :一般中波廣播(MW: Medium Wave)采用了調(diào)幅(Amplitude Modulation)的方式,在不知不覺(jué)中，MW及AM之間就劃上了等號(hào)。實(shí)際上MW只是諸多利用AM調(diào)制方式的一種廣播.像在高頻(3-30MHz) 中的國(guó)際短波廣播所使用的調(diào)制方式也是AM，甚至比調(diào)頻廣播更高頻率的航空導(dǎo)航通訊(116-136MHz)也是采用AM的方式，只是我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的AM 波段指

4、的就是中波廣播(MW）-FSK（Frequency-shift keying）：頻移鍵控。就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點(diǎn)是: 實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。 它是利用基帶數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。1. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計(jì)由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成，下面分別從這兩方面闡述方案的設(shè)計(jì)思想。1.1無(wú)線發(fā)射1.1.1 高頻振蕩器 方案一：采用電感反饋振蕩器。優(yōu)點(diǎn)：容易起振，輸出電壓幅度大，頻率調(diào)制范圍寬。缺點(diǎn)：最高振蕩頻率低，輸出波形差。 方案二

5、：采用電容反饋振蕩器。優(yōu)點(diǎn)：容易起振，輸出波形良好，最高振蕩頻率高。缺點(diǎn)：頻率調(diào)制范圍窄，頻率穩(wěn)定度較差。 方案三：采用壓控振蕩器振蕩。優(yōu)點(diǎn)：具有工作頻率高、波形、連續(xù)線性可調(diào)。缺點(diǎn)：對(duì)芯片內(nèi)部電路不了解，受其工作條件限制較大。本設(shè)計(jì)對(duì)調(diào)制波形要求較高，所以采用壓控振蕩器，提高了頻率穩(wěn)定度，振蕩器的輸出頻率隨加在變?nèi)荻O管的電壓大小而改變，對(duì)題目要求的頻率可以任意調(diào)節(jié)，且穩(wěn)定性較好。所以我們選擇了方案三。1.1.2調(diào)制方式 方案一：直接調(diào)頻法：利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩電路中的振蕩頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。優(yōu)點(diǎn)：容易得到較大頻偏。缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度不高，易產(chǎn)生調(diào)頻失真。 方案二：間接調(diào)頻法：先對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分

6、，再去調(diào)相，得到調(diào)頻信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生振蕩過(guò)程與調(diào)制過(guò)程分開(kāi)，調(diào)制失真較小。 直接調(diào)頻法原理比較簡(jiǎn)單，而且為提高遙控靈敏度，要求頻偏越大越好。所以采用直接調(diào)頻法：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻。同時(shí)，為盡量減少變?nèi)莨茈娙萘孔兓瘜?duì)頻率穩(wěn)定度的影響，變?nèi)莨茉贚C振蕩回路中采用部分接入方式。1.1.3高頻功放電路 高頻功率放大器大多采用丙類，不僅效率高，而且可以極大的提高信號(hào)的發(fā)射距離。但丙類放大器的電流波形失真太大，為此我們采用調(diào)諧選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。由于調(diào)諧回路具有很好濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小，從而很好的解決了信號(hào)放大過(guò)程中的失真問(wèn)題。輸入回路為諧調(diào)回路，既能實(shí)現(xiàn)諧調(diào)選頻，又能使

7、信號(hào)源與放大管輸入端匹配；輸出端的負(fù)載回路也是LC諧調(diào)回路，既能實(shí)現(xiàn)諧調(diào)選頻，又能實(shí)現(xiàn)放大管輸入端匹配。1.1.4編碼電路 當(dāng)同時(shí)按下多個(gè)按鍵時(shí)，為防止產(chǎn)生亂碼現(xiàn)象，采用8線3線優(yōu)先編碼器對(duì)8個(gè)按鍵進(jìn)行優(yōu)先編碼，輸出的是并行碼，為得到一個(gè)脈沖信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，需要將并行碼轉(zhuǎn)化為串行碼，由VD5026實(shí)現(xiàn)。VD5026產(chǎn)生占空比隨傳0、傳1改變的單極性碼，一組編碼包括8位地址碼，只有與VD5026地址碼相同的VD5027才會(huì)有解碼輸出，這樣，在只有8個(gè)按鍵的條件下可以用一片VD5026控制兩片VD5027來(lái)分別完成對(duì)發(fā)光二極管和燈泡及其亮度的控制。 1.2無(wú)線接收1.2.1解調(diào)電路 采用單片窄帶

8、集成解調(diào)芯片MC3361實(shí)現(xiàn)鑒頻。MC3361片內(nèi)包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開(kāi)關(guān)電路。其功耗比較低，工作電壓范圍為28V，最大工作頻率為60MHz，能夠滿足本電路的解調(diào)要求。1.2.2電壓比較器 從解調(diào)電路輸出的矩形脈沖信號(hào)一般會(huì)有畸變，直接輸入解碼電路會(huì)影響解碼，為此先通過(guò)電壓比較器將解調(diào)輸出的信號(hào)整形為標(biāo)準(zhǔn)矩形波，再送至解碼電路。1.2.3解碼電路 先用兩片解碼芯片VD5027對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行解碼，然后分別控制7個(gè)發(fā)光二極管與燈泡及其亮度顯示，一片VD5027對(duì)應(yīng)一個(gè)控制對(duì)象。2.原理分析與相關(guān)參數(shù)計(jì)算2.1無(wú)線發(fā)射2.1.1無(wú)線發(fā)射

9、機(jī)的模擬部分 此電路如圖1所示。采用壓控振蕩器振蕩，主要有壓控振蕩芯片MC1648，變?nèi)荻O管V149以及LC諧振回路組成。采用5V電源供電，一對(duì)串聯(lián)變?nèi)荻O管背靠背與該諧振回路相連，振蕩器的輸出頻率隨加在變?nèi)荻O管上的電壓大小而變化。調(diào)節(jié)VCO的中心頻率，調(diào)諧電壓經(jīng)R23和VD5026輸出的調(diào)制電壓合成經(jīng)R21加在變?nèi)荻O管上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鎖定和頻率調(diào)制。其振蕩頻率為： 其中電容是兩個(gè)變?nèi)荻O管的串聯(lián)總電容之值。 圖1（.無(wú)線發(fā)射機(jī)模擬部分）2.1.2變?nèi)荻O管調(diào)頻原理 變?nèi)荻O管電容可隨兩端電壓變化而變化，由公式 其中Cjo為變?nèi)莨芗恿闫珘簳r(shí)（即v=0時(shí)）的結(jié)電容，Vd為變?nèi)莨躊N結(jié)內(nèi)建電位

10、差（硅管為0.7V ，鍺為0.2V）， 為變?nèi)莨艿碾娙葑兓笖?shù)，與頻偏的 圖2大小有關(guān)，在小頻偏情況下，=1可近似實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻，大頻偏情況下則必須選 = 2才能實(shí)現(xiàn)較好的線性調(diào)頻。 2.1.3編碼電路 電路如圖3所示。復(fù)位鍵K1K8在單刀雙擲開(kāi)關(guān)K的“指揮”下控制7個(gè)發(fā)光二極管亮滅或燈泡亮度及顯示：當(dāng)K接高電平時(shí)，復(fù)位鍵控制二極管工作；當(dāng)K接地時(shí)，復(fù)位鍵控制燈泡亮度及其顯示。編碼器74LS148對(duì)8個(gè)按鍵編碼的輸出為并行碼，為得到脈沖信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，必須將并行碼轉(zhuǎn)化為串行碼，故采用并行轉(zhuǎn)串行芯片VD5026，從其17腳輸出一個(gè)音頻信號(hào) ，其頻率由下式?jīng)Q定： 其中以KHz為單位，R是15腳和1

11、6腳之間的振蕩電阻（作用：時(shí)鐘振蕩），以為單位。取 R=300K ，則 = 5.33KHz74LS148正常編碼時(shí)，其15腳輸出高電平，發(fā)光二極管亮，表示電路正常編碼。VD5026的14腳為發(fā)射指令端，低電平發(fā)射，所以常接地。 圖3（編碼電路）2.2無(wú)線接收2.2.1解調(diào)電路 圖4 單片窄帶調(diào)頻接收電路 如圖4所示，MC3361為單片窄帶調(diào)頻接收電路，解調(diào)靈敏度較高，為2.6uV 。天線接收到的信號(hào)（頻率為）經(jīng)過(guò)電壓放大后從16腳輸入，內(nèi)部振蕩電路與1、2腳的外接LC回路組成第二本振級(jí)（振蕩頻率為晶振頻率），輸入信號(hào)與內(nèi)部第二混頻級(jí)進(jìn)行混頻，得到頻率為的差頻信號(hào)，從3腳=- =10.2450.

12、455=9.79MHz，其中夾雜著其他頻率分量，在3腳和5腳之間接一個(gè)頻率為455KHz的陶瓷濾波器，濾出455KHz的信號(hào)，再經(jīng)第5腳送入MC3361 的限幅放大器進(jìn)行高增益放大，第8腳的外接元件組成頻率為455KHz的鑒頻諧振回路，經(jīng)放大后的信號(hào)在內(nèi)部進(jìn)行鑒頻解調(diào)，并經(jīng)一級(jí)音頻電壓放大后由第9腳輸出，第6、7腳接第二中放級(jí)的退耦電容。 2.2.2解碼電路 圖5（解碼電路）如圖5所示，解碼芯片VD5027的18腳為地址線，只有當(dāng)?shù)刂放c編碼芯片VD5026的相同時(shí)才能解碼輸出。當(dāng)編碼電路的開(kāi)關(guān)K接地時(shí)，上片解碼芯片的地址與編碼電路的相同，從11、12、13腳輸出原始編碼，控制燈泡工作，并顯示亮

13、度級(jí)數(shù)；當(dāng)K接高電平時(shí)，下片解碼芯片的地址和編碼電路的相同，從11、12、13腳輸出原始編碼信號(hào)，控制發(fā)光二極管工作。 燈泡亮度的控制原理：燈泡亮度由流過(guò)它的電流大小決定，電流越大燈泡越亮。輸出解碼從高位到低位接不同的三極管電路，集電極電阻從高位到低位由小到大變化，使三個(gè)支路產(chǎn)生的電流從大到小變化。3.系統(tǒng)測(cè)試與分析3.1發(fā)射機(jī)編碼部分參數(shù)：V記錄次數(shù)第一次第二次第三次第四次 第五次第六次 第七次頻率（Hz）558559 559.2558 559.3 559.3558.3峰峰值（mV）896888896896886 8888963.2發(fā)射機(jī)天線上參數(shù)：V記錄次數(shù)第一次第二次第三次第四次 第五次

14、第六次 第七次頻率（MHz） 9.58 9.63 9.57 9.59 9.64 9.609.61峰峰值（V） 4.4 4.96 6.0 5.205.764.645.523.3發(fā)射功率計(jì)算(50歐姆假負(fù)載上測(cè)試)Vp-p（V）4.243.884.08 4.36 3.92 P=0.02626W=26.26mW3.4最遠(yuǎn)發(fā)射距離 2.1米（保守值）影響無(wú)線電遙控距離的因素主要有：發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠(yuǎn)，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾；接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動(dòng)或失控；天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠(yuǎn)，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長(zhǎng)、拉直可增加遙控距離；高度：天線越高，遙控距離越遠(yuǎn)，但受客觀條件限制；阻擋：目前使用的無(wú)線遙控器使用國(guó)家規(guī)定的UHF頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導(dǎo)體對(duì)電波的吸收作用，影響更甚。參考文獻(xiàn)：1第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編（2001）北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.2黃智偉. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)