無線遙控基本原理

1、這篇文章將討論無線電遙控的基本原理，從此我們將可以區(qū)分許多常見的遙控問題。更重要的是我們將消除一些常見的誤解，例如FM（調頻-譯者注）比AM（調幅）好或者PCM（脈沖編碼調制）比PPM（比例脈沖調制）好等。每個系統(tǒng)都有它的優(yōu)點和缺點，了解這些你就可以選擇最合適自己的那一種系統(tǒng)。勞斯萊斯至少比豐田凱美瑞貴五倍，但是它卻不一定使你的駕駛感覺更好，對大多數司機來說可能更糟（我們中國人可能不一樣，勞斯萊斯有面子）。遙控設備的價格并不等同於相應的性能。由遙控模型專家George Steiner進行的獨立測試證明，某些廉價的遙控設備也能擠身最好之列。接收機的內部讓我們從接收機系統(tǒng)開始。你的家用AM/FM立

2、體聲通常包括3個部分：調諧器、音頻功放和揚聲器（音箱）。類似的，遙控模型接收系統(tǒng)也由3個部分組成：調諧、解碼和伺服（就是舵機）。調諧、放大以及解碼電路都封裝在接收機內。家用收音機的調諧器選擇你想要的電臺，同時排除其它電臺的信號，然后將解調后的音樂傳遞給音頻功放。類似的，模型接收機調諧器僅僅鎖定接收晶體確定的那個頻率，除掉72Mhz或者50Mhz的載頻，將解調后的信號傳給解碼器。解碼器從碼流中挑選出單獨的伺服信號脈沖并送到相應的引腳。請注意音頻功放和揚聲器并不知道音樂是來至AM還是FM的廣播站。類似的，模型接收機的解碼器也不關心上一級的信號是使用AM還是FM調制。舵機收到的位置信號也是標準化的，

3、所以任意品牌的舵機可以和任意品牌的接收機相連，就像所有的8揚聲器都可以插到任意牌子的立體聲收音機一樣（現在很多喇叭4的）。伺服信號怎樣編碼讓我們來研究一下位置信息是如何傳送給每一個舵機。這由信號脈沖的0電壓（OFF-低電平）和大約3.3V電壓（ON-高電平）來表示（Futaba高電平是2.8V-3.3V，JR和其它是5V-譯者注）。位置信息由脈沖在ON狀態(tài)的時間長度決定。這種脈沖占用2毫秒的時間片，每秒鐘重復50次。脈沖的寬度在1毫秒-2毫秒之間變化，它決定了舵機的角度，1mS對應舵機的左邊最大角度，1.5mS對應中間位置，2mS對應最右邊。在剩下的約18.5mS時間里，該信號一直保持低電平。

4、這種大約1.5mS高電平（3.3V-5V）緊接著18.5mS低電平（0V)的脈沖信號，不斷的重復著。信號脈沖沿著黃色（JR)或者白色（Futaba）的線傳輸給舵機，使用黑色（Futaba）或者棕色（JR)的線作為公共端（電池負極，0V)。紅色的線提供舵機工作所需的電源正電壓。舵機本身的原理將稍后討論，但是要注意的關鍵點是：* 舵機的位置和供電電池的電壓無關，它僅僅由輸入脈沖寬度決定* 舵機的內部機制和位置信號無關。* 位置信號（在白線上）相對較弱，主要的驅動功率來自紅線和黑線。最后一點解釋了為什么長距離的舵機線比較容易受到電磁噪聲的干擾，特別是在電動飛機上通過紅線（主功率線）傳過來的噪聲。任何

5、擾亂脈沖信號的噪聲都將導致舵機行為不正常。你可能會好奇為什么伺服信號有一個固定的開頭1毫秒高電平周期。這其實是舵機的同步脈沖，它指示舵機電路緊接著的是實際的占空比位置信息。換句話說，舵機等待直到信號電壓從低電平變成高電平，在精確地等待1mS時間后，開始解碼接下來的1mS位置脈沖。因此信號脈沖用不著每秒鐘精確的重復50次。該脈沖信號也提供了發(fā)射機是否工作的信息，如果長時間沒有同步脈沖。當發(fā)射機關掉的時候，將長時間持續(xù)低電平，某些設備例如墜機定位器正是使用這個特征來激活一個蜂鳴器。驅動多個舵機 - PPM為什么舵機位置脈沖僅僅2毫秒寬，而要空閑長達18毫秒來等待下一個脈沖呢？是的，這剩下的空間就是

6、留給其它的舵機的。每一個伺服信號被分配一個2毫秒的時隙，于是總共可以有20/2=10個舵機可以被分別驅動。換句話說，真實的信號是一個脈沖序列，第一個2毫秒的脈沖分配給第一個舵機，第二個2毫秒的脈沖分配給第二個舵機，依此類推。這個脈沖序列，或者叫“幀”，每20毫秒重復一次，也即每秒鐘50次。接收機的解碼電路把該脈沖序列分割為單獨的伺服脈沖并把它們傳送給相應的舵機。跟一臺立體聲收音機把經過編碼的立體聲信號分割為左右兩個聲道有點類似。因此對于伺服信號，我們也存在相似的同步問題。到底哪一個2毫秒的信號屬于第一個舵機？換句話說我們怎么來確定哪里是一個幀的開頭呢？為了解決這個問題，緊接著最后一個脈沖，保持

7、信號電壓為低電平至少2毫秒，該低電平持續(xù)時間比任何一個合理的最長的伺服信號都要長。因此解碼器只需要等待2個毫秒的低電平時間就可以識別出脈沖序列的頭部。而緊接著的第一個脈沖就是第一路伺服信號。這個2毫秒的低電平周期就是“同步脈沖”（它可以長于2毫秒，四通道的可能是8毫秒或者更長）。此外，因為總是有一個1mS或更長的高電平緊跟著該2mS低電平的同步脈沖，因此提供了一個精確的“幀頭”指示接下來的伺服幀。這種簡單地把基本伺服脈沖插入幀的方法就叫做比例脈沖調制PPM，你現在已經知道了PPM的含義。PPM可能很簡單但它是一種優(yōu)美的編碼方式同時非常健壯（抵抗錯誤的能力）?；趯PM的了解，我們可以推斷：*

8、 長于2mS的外部干擾將損壞多路伺服信號，所以這種外部干擾信號產生的抖動將同時出現在所有的通道上。（當然，干擾信號未必會以精確的每秒50次的周期重復）* PPM能夠同時驅動的舵機數量，20-2ms=18ms，每個舵機2ms，18/2=9個舵機。這就解釋了為什么PPM接收機產品序列的最高端就是9通道。* 舵機位置與信號強度無關，所以距離不會影響控制除非收不到信號。* 即是一個幀出錯，接下來的幀也將被快速的同步，所以“抖動”的影響是短暫的。* 因為幀頭是由低電平到高電平的跳變標出，而不是由精確的每秒50次的計數，所以PPM的“幀率”是靈活的，四通道發(fā)射機可以達到70幀/秒。這對于愛淘二手貨的愛好者

9、是一個福音，因為每種牌子發(fā)射機和接收機的交換性相當好（甚至跨品牌，我們接下來將討論）。* 通道數量不同的接收機和發(fā)射機可以混用。例如4通道的發(fā)射機可以控制6通道的接收機，或者相反。多出來的脈沖信號被發(fā)射機簡單的保持低電平或者被接收機忽略。PCM    PCM（脈沖編碼調制）和PPM的關系就像CD和電唱機的關系。唱片是“模擬的”，唱針沿著波浪狀的螺紋移動。而CD將每個聲道的音樂信號振幅，以每秒44,100次的采樣頻率，用數字信號記錄下來。就像我們已經知道的，PPM以每秒50次，占空比在1-2ms之間變化，來編碼舵機位置信息。占空比可以在0到100%之間任意取值，因此PPM是“

10、模擬的”。PCM編碼舵機位置信息的方式和計算機Modem通過電話線發(fā)送數據的方式幾乎一樣。因此每個在20到23毫秒PCM幀中的2ms包含著一個數字，第一個2ms編碼第一個通道的，第二個2ms編碼第二個通道的，依此類推。這個數是二進制的，在十進制中，一位數可以表達0-1，兩位數可以表達0-99，依此類推，而在二進制中，一位數可以表達0-1，二位數可以表達0-3，三位數可以表達0-7等等。對于PCM，二進制數的位數可能是8（0-255），9（0-511）或者10（0-1023），依賴于具體的廠商。所以，舉例來說，Futaba PCM 1024可能發(fā)送0表示左滿舵，511表示中位，1023

11、表示右滿舵。真實的位數和同步編碼方式往往為各個廠家私有。所以，不象PPM，PCM發(fā)射機和接收機往往不能互換?！皵底志幋a”限制了舵機的位置數量（上例中為1023步），但是這影響不大。    PCM的優(yōu)點在于精確，例如，255永遠表示中位（9bit編碼），與之相反，一個馬虎的PPM發(fā)射機可能用1.45ms中位來代替1.5ms。噪聲也會擾亂PPM脈沖造成舵機位置誤讀。數字系統(tǒng)可以通過加入校驗碼來進行糾錯。CD采用了此種技術，顯著的提高了抗干擾能力。因為PCM接收機驅動的是標準的模擬舵機，需要最終將數字信號翻譯為比例伺服脈沖。因此以上提到的優(yōu)勢只存在于發(fā)射機和接收機之間的精確通信上。不幸的是，PCM也有它的阿基里斯腳后踵（命門-譯者注）。甚至最小的外部噪聲也會損壞那些復雜的二進制編碼而根本不能被糾錯。簡單的PPM脈沖可能會被干擾損壞，但是未損壞的脈沖仍然能夠起作用。這是在完全失控（PCM）和部分失控（PPM)中間選擇。（復雜吧我來解釋一下，他的意思就是PCM一受干擾就全部完蛋，所有的通道都不受控制。