簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控設(shè)計(jì)

1、題號(hào)： E 武漢理工大學(xué)第四屆電工電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng)目滿分得分基本要求論文結(jié)構(gòu)完整性10理論分析與計(jì)算20硬件電路設(shè)計(jì)與器件選擇45分析及結(jié)論20創(chuàng)新特色5總分摘 要一、 總體方案構(gòu)想1無(wú)線電遙控發(fā)射機(jī)2無(wú)線電遙控接收機(jī)。二、 方案論證三、 電路設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）調(diào)頻發(fā)射機(jī) 圖1 遙控發(fā)射機(jī)電路圖主振級(jí)由晶體管BG1與電容C2，C3，C4，C5，變?nèi)荻?jí)管和電感L1組成西勒振蕩器。振蕩信號(hào)由C7弱耦合至射隨器，然后送至功率放大器。功放的工作狀態(tài)為甲乙類，R8，R9給BG3提供偏壓，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)采用簡(jiǎn)單的型網(wǎng)絡(luò)，其中L4與C10和天線等效電容諧振于載頻，L3與L2起阻抗變換作用，以使得輸出

2、功率最大。調(diào)頻采用變?nèi)荻O管電路。在本設(shè)計(jì)中，調(diào)制信號(hào)為二元單極性碼，即只有高低兩個(gè)電平，所以對(duì)調(diào)制線性度要求不高。因此本設(shè)計(jì)采用變?nèi)荻O管部分接入以及對(duì)變?nèi)荻O管不外加偏壓的電路結(jié)構(gòu)，電路如圖2所示。圖2變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj為變?nèi)荻O管的結(jié)電容，可以求得Cj對(duì)主振電路的接入系數(shù)為P=C5/（C5+Cj）若調(diào)制信號(hào)引起的結(jié)電容變化為C，則引入主振回路的電容變化量為P·P·C，可以求得由于此引起的振蕩頻率的變化為 Fg-P·P·C·Fg/2C式子中CC5·Cj/（C5+Cj）+C4為主振回路的總電容。負(fù)號(hào)表示C與Fg的變化相反。本設(shè)計(jì)

3、中，C5=3pF，Cj=21pF，可得p1，即變?nèi)荻O管參量的變化對(duì)振蕩頻率影響比較小，頻率穩(wěn)定度大大提高。由此引入的問(wèn)題是如何才能得到足夠的頻偏，也就是如何使變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化比較大。解決的辦法是對(duì)變?nèi)荻O管不加反向偏壓。如圖3所示：圖3變?nèi)荻O管結(jié)電容變化在不外加反偏壓時(shí)可以獲得最大電容變化量。由于無(wú)外加偏壓，避免了由偏壓變化引起的頻率漂移，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路。（2）接收機(jī)如圖所示，接收機(jī)的模擬部分可以分為三大模塊： 高頻放大電路采用典型電路。影響接收機(jī)靈敏度的主要因素是噪聲，表現(xiàn)為信噪比。信噪比越大，表明接收電路的噪聲越小，對(duì)靈敏度影響越小。為了提高接收機(jī)的靈敏度，使用了低噪聲的三極管2

4、SC763。 鑒頻電路采用MC3361。本振為8MHz，。與高放送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生500KHz的中頻信號(hào)。此信號(hào)通過(guò)窄帶陶瓷濾波器（FL）送回MC3361進(jìn)行鑒頻。MC3361的外圍元件值的確定參考了MC3361的典型電路，省略了靜噪部分。 比較電路。碼型在傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)畸變，所以應(yīng)該通過(guò)比較電路使得信號(hào)恢復(fù)成只有高低電平的數(shù)字信號(hào)。這樣，提高了接收機(jī)的抗干擾能力，并且與后級(jí)數(shù)字電路匹配。比較器門(mén)限電壓由鑒頻器輸出經(jīng)過(guò)RC低通濾波獲得，其電壓相當(dāng)于信號(hào)中的直流分量電壓。此方法有一定的自適應(yīng)功能，在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出比較強(qiáng)的抗干擾能力。圖4 接收機(jī)模擬部分電路圖（1）編碼部分 如圖5部分

5、所示，控制開(kāi)關(guān)為八個(gè)。八個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)八種控制狀態(tài)，再通過(guò)74HC148 8-3編碼器編碼成三路數(shù)據(jù)輸入，因?yàn)榻?jīng)過(guò)編碼器輸出為低電平有效，所以加了個(gè)反相器，便于后續(xù)的譯碼過(guò)程。利用MC145026和MC145027對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行編碼和解碼，以利于碼元在無(wú)線信道中傳輸。MC145026產(chǎn)生占空比隨傳0，傳1改變的單極性碼，一組編碼包括5位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼。在本設(shè)計(jì)中MC145026有九位輸入端，其中五位是地址碼并且是設(shè)定的，即接低電平。另四位中低三位為數(shù)據(jù)輸入端。假如MC145026的地址碼是變化的，則可以用一片MC145026控制多片MC145027。圖5 編碼部分電路（2）解碼部分如圖6所

6、示，在接收端用一片MC145027對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行解碼。而作為被控對(duì)象的LED通過(guò)74HC138芯片 3-8譯碼器連接在MC145027的數(shù)據(jù)輸出管腳，同時(shí)將輸出的數(shù)據(jù)送入74LS48芯片，74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，用于數(shù)碼管顯示是哪一路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。相應(yīng)的MC145027也有5位地址碼，只有與MC145026地址碼相同的MC145027才會(huì)有解碼輸出。這樣，就可以用一片MC145026對(duì)應(yīng)得控制一片MC145027。圖6解碼部分電路四、 系統(tǒng)性能分析無(wú)線通信的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，這取決于諸多因素，比如頻率選擇，同頻率干擾，傳輸距離和天線的選擇等等。這些在

7、設(shè)計(jì)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)候都必須認(rèn)真考慮和比較。本系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)字和模擬相結(jié)合的系統(tǒng)，無(wú)線射頻的發(fā)射和接收既有模擬電路部分又有數(shù)字電路部分。所以系統(tǒng)必須保證一定的可靠性。在適當(dāng)提高成本的基礎(chǔ)上盡量選用高可靠性的元器件。MC145026和MC145027就是為了提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃远x用的。數(shù)字信號(hào)在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而使接收端產(chǎn)生信號(hào)失真，不清晰等現(xiàn)象。所以通過(guò)信道編碼這一環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)碼流進(jìn)行相應(yīng)的處理，使系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。在射頻接收機(jī)中，為了降低噪聲含量，減少波形失真度使用MC3361進(jìn)行鑒頻。使得接收機(jī)能高比較

8、完整的清晰的接收信號(hào)。一個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)，常見(jiàn)的干擾有:電臺(tái)干擾、工業(yè)干擾、天電干擾和宇宙干擾。電電臺(tái)干擾是指其他無(wú)線電發(fā)射設(shè)備所產(chǎn)生的干擾。工業(yè)干擾是指各種各樣的電器設(shè)備所產(chǎn)生的。天電干擾是指大氣中各種電磁現(xiàn)象所引起的干擾。宇宙干擾是指來(lái)自于宇宙間各種天體的輻射。為減少這些千擾，采取了如下措施:選擇合適的工作頻率，減少由于廣播電臺(tái)對(duì)系統(tǒng)造成的干擾。調(diào)制方式選用抗干擾強(qiáng)的FSK調(diào)制方式。用地線把數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)隔離，數(shù)字地和模擬地要分離，最后并接到電源地。對(duì)于芯片閑置的引腳，在不影響系統(tǒng)的邏輯功能的情況下接地或接電源。布線時(shí)，電源線和地線盡量粗。這樣不但有利于減少壓降，更重要是的是降低耦合噪聲。還應(yīng)

9、盡量減少回路環(huán)的面積，以減少感應(yīng)噪聲。避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。3、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性系統(tǒng)模塊明確，LED開(kāi)關(guān)狀態(tài)與開(kāi)關(guān)控制一一對(duì)應(yīng)，數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)哪一路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，小燈泡亮度等級(jí)與開(kāi)關(guān)控制一致。系統(tǒng)采用FSK調(diào)制方式；傳輸距離滿足要求，能在不同的房間進(jìn)行遙控測(cè)試。但是發(fā)射和接收電路因元件限制，以上涉及的方案未能全部完成仿真。五、 其他方案簡(jiǎn)單介紹 功率放大阻抗匹配 發(fā)射端 鎖相環(huán)高速分頻器壓控振蕩器 編碼器環(huán)路濾波器開(kāi)關(guān)發(fā)射部分方框圖接受端解碼器解調(diào)器接受機(jī)高頻放大器 LED顯示譯碼七段顯示譯碼七段數(shù)碼管顯示接受部分方框圖1、壓控振蕩器電路(VCO)（1）VCO主要由壓控振蕩器芯片MC16

10、48、變?nèi)荻O管V149以及LC并聯(lián)諧振回路構(gòu)成。電源采用+5V的電壓。MC1648需要外接一個(gè)由電感和電容組成的并聯(lián)諧振回路,電容采用一對(duì)串聯(lián)變?nèi)荻O管,背靠背與電感相連,調(diào)節(jié)加在變?nèi)荻O管上的電壓值,使VCO的輸出頻率穩(wěn)定在8MHz。在工作頻率時(shí),為達(dá)到最佳工作性能,要求LC并聯(lián)諧振回路的QL100。VCO產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)。變?nèi)荻O管的CVD的大小受所加偏置電壓U控制。對(duì)于fc=8MHz,CVD=20pF,利用公式計(jì)算可得L值。MC1648引腳端3為緩沖輸出,一路供鎖項(xiàng)環(huán),一路經(jīng)功率放大后輸出。該芯片的引腳端5是自動(dòng)增益控制電路(AGC)的反饋端,由于本設(shè)計(jì)的頻

11、率固定在8MHz,且其反饋幅度不大,因此引腳端5經(jīng)電容接地。(2)采用由晶體管9018及變?nèi)荻O管和電感組成的西勒振蕩器電路，振蕩信號(hào)通過(guò)電容耦合到射極跟隨器，然后送往功率放大器，這種電路的特點(diǎn)是：振蕩頻率由C3、C4決定，但反饋系數(shù)由C1、C2決定，解決了基本三點(diǎn)式振蕩設(shè)計(jì)中存在的改變振蕩頻率必改變反饋系數(shù)的矛盾。綜合考慮穩(wěn)幅輸出和調(diào)諧方便，電路選用變?nèi)荻O管取代C4實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心模塊。 此方案有閉環(huán)控制幅值功能，電路簡(jiǎn)易，控制較方便。2、鎖相環(huán)電路VCO的輸出頻率受自身參數(shù)、控制電壓的穩(wěn)定性、溫度外界電磁干擾等因素的影響,往往是不夠穩(wěn)定的。因此可以加入自相位控制環(huán)節(jié),即鎖相環(huán),來(lái)穩(wěn)定發(fā)射頻

12、率。發(fā)射頻率經(jīng)反饋,與晶振產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)做比較,在鎖相環(huán)的跟蹤下,發(fā)射頻率始終向標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)逼近,最終被鎖定在標(biāo)準(zhǔn)頻率上,達(dá)到與參考晶振同樣的穩(wěn)定度。方案一：鎖相環(huán)電路采用MC145152芯片,MC145152芯片集鑒相器、可編程分頻器、參考分頻器于一體,分頻器的分頻系數(shù)可由并行輸入的數(shù)據(jù)控制。參考晶振接入MC145152的OSCin、OSCout引腳端,芯片內(nèi)部的÷R參考分頻器提供8種不同的分頻系數(shù),對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行分頻。R值由其引腳端RA0、RA1和RA2設(shè)定,RA0RA1RA2設(shè)定范圍為000111,對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù)為82048。本設(shè)計(jì)中,參考晶振為10.24MHz,所以取RA0RA1

13、RA2=101時(shí),即R=1024,對(duì)參考晶振頻率進(jìn)行1024分頻。為使分頻系數(shù)連續(xù)可調(diào),可編程分頻電路采用是吞咽脈沖計(jì)數(shù)器,由ECL的高速分頻器MC12022及MC145152內(nèi)部的÷A減法計(jì)數(shù)器,÷N減法計(jì)數(shù)構(gòu)成。 采用的鑒相器集成在MC145152中,是一種新型數(shù)字式鑒頻/鑒相集成電路,具有鑒頻和鑒相功能,不需要輔助捕捉電路就能實(shí)現(xiàn)寬帶捕捉和保持。方案二：數(shù)字電壓合成方式。由單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)D/A將需要頻率對(duì)應(yīng)的控制電壓加在變?nèi)荻O管上，改變回路電容值，改變輸出頻率。由于是開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)，且變?nèi)荻O管CV特性的非線性，使輸出頻率難以精確控制。 方案三：采用集成度更高的專用鎖相集

14、成芯片BU2614。BU2614是用在數(shù)字調(diào)諧收音機(jī)中的鎖相集成芯片。其內(nèi)部集成了前置分頻、可變程序分頻器、參考分頻器和鑒相器。工作頻率范圍10130MHz頻率步進(jìn)為1kHz，滿足本系統(tǒng)的需求，電路較簡(jiǎn)單，控制方便。 3、編碼解碼電路 方案一： 采用MC145026/MC145027編碼解碼芯片，MC15026具有五位地址編碼和四位數(shù)據(jù)輸入，能將并行輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字編碼信號(hào)輸出；MC145027是與MC145026配套的解碼器，將接受到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。是一種低壓CMOS編譯碼器件,具有較強(qiáng)的抗干擾能力,廣泛應(yīng)用于遙控遙測(cè)電路。方案二：編碼電路采用具有地址和數(shù)據(jù)編碼功能

15、的編碼芯片PT2262,PT2262輸出的編碼信號(hào)由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字。PT2262發(fā)射芯片地址編碼輸入有“1”、“0”和“開(kāi)路”三種狀態(tài),數(shù)據(jù)輸入有“1”和“0”兩種狀態(tài),用加入到各引腳端的不同狀態(tài),來(lái)確定相應(yīng)地址和數(shù)據(jù)的編碼,從輸出端Dout輸出。數(shù)據(jù)位(D0D5)由單片機(jī)引腳端(P20P25)預(yù)置,同時(shí)6個(gè)地址碼也由單片機(jī)引腳端(P00P05)預(yù)置。 方案二功能較強(qiáng)大，但本系統(tǒng)用方案一足夠?qū)崿F(xiàn)，綜合考慮到功能可否實(shí)現(xiàn)性和資源利用充分性，選用方案一。 4、調(diào)制解調(diào)電路（1）用變?nèi)荻O管和MC1648實(shí)現(xiàn)調(diào)制，編碼信號(hào)通過(guò)VCO電路中的變?nèi)荻O管上進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射出去。通

16、過(guò)改變引腳端15(OSC1)和16(OSC2)之間所接的電阻值,可改變輸出頻率。解調(diào)電路由解調(diào)芯片MC3371構(gòu)成，片內(nèi)由振蕩電路、混頻電路、積分鑒頻器、濾波器等構(gòu)成。（2）由XR2206/XR2211構(gòu)成調(diào)制解調(diào)電路，XR2206/XR2211是一組FSK調(diào)制解調(diào)芯片，其價(jià)格低,性能穩(wěn)定,調(diào)制電平與TTL兼容，適合于遠(yuǎn)距離而又不宜有線傳輸?shù)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信中使用。用它制作的調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用。六、 總結(jié)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初要求是，通過(guò)按鍵操作，能夠?qū)崿F(xiàn)近距離上的八路控制。被控設(shè)備用LED分別代替，LED發(fā)光表示被控對(duì)象工作。經(jīng)過(guò)以上討論，本系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能，在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)相距1020米的范圍內(nèi)可以進(jìn)行可靠控制。但是任何一個(gè)項(xiàng)目都不是十全十美的，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)只是出于一種簡(jiǎn)易的遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想出發(fā)，所以該項(xiàng)目也可以進(jìn)一步完善。由于在系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)