瓦斯监测仪遥控器资料

1、1 绪论1.1 研究的目的在日常生活和生产中电子产品已经与我们密不可分，可以说电子产品的出现使我们的生活和生产较以前有了大大的进步。当然，对于这些产品的有效控制也成了一个重要的课题，这时候出现了遥控器1。简单地说遥控器就是遥控相关电子产品的一种机器。它可以在一定的有效距离内准确方便的控制我们要使用的电子产品，大大节约了我们的时间。同时对于某些特殊的电子产品来说还能使我们更加安全。比如一些工作电压要求比较高的用电器，还有一些由于工作要求，置于我们不便接近的地方的电子仪器等，对于这种情况遥控器就表现出了不可忽略的作用。就象在本课题中所涉及的瓦斯报警仪，它的工作环境要求在矿井中并且置于工作人员不易接

2、近的地方，所以设计瓦斯报警检测仪遥控器不仅能对报警仪进行准确的控制，更能给工作人员的安全带来一定的保障2。1.2遥控器的发展趋势 遥控器的出现极大的方便了人们对家用电器的控制操作，它已经成为日常生活中不可缺少的使用工具，也是数字家庭网络系统中的一个重要设备3。在不断的实践与探索中，人们对遥控器的要求也越来越高，比如希望能做到用一个遥控器能够控制家里的所有用电器；遥控器的控制功能多样化；遥控器拥有一个友好、易操作的人机界面。拓展遥控器的控制范围可以实现在家庭的每一个角落都能随心所欲的用遥控器进行控制。下面介绍近年来遥控器的发展趋势。（1） 通用性 随着家用电器种类的增多，特别是复杂控制设备的增加

3、，每个家庭拥有的遥控器的数量也多了。但是，遥控器都是一对一的专用遥控器，相互之间无法替代和通用，既给用户带来不便，也造成了极大的浪费4。如何设计一种通用型的遥控器，用一个遥控器可以控制家庭的所以用电器并使它们的功能的以实现，成为遥控器设计最重要的一个发展方向。通用型要面临的两个问题 （2） 功能多样化 设计遥控器的初衷，主要是为了让人们能够在距离家用电器较远的地方也能对家用电器控制自如，方便使用5。这也是遥控器的主要功能，但遥控器的单一功能已经越来越不能满足人们的要求。例如对于一些身有残疾的人来说，有一些粗重的体力活是力所不及的，这时候可以借助遥控器可以解决这个问题。还比如在紧急情况发生时我们

4、可以通过遥控器上的一个按钮与外间取得联系，从而获得帮助。这样我们手中的遥控器不仅仅只是遥控家用电器了。所以功能多样化也成为遥控器的发展方向。（3） 人性化 就是使遥控器越来越好用，通过合理安排按键的位置，采用复用键来代替单一功能键，合理设计遥控器的外型。现在越来越多的遥控器已经使用了液晶显示，为用户提供了一个可视化的人机交互接口。 这些设计都力图使遥控器的外观和操作越来越人性化。（4） 移动性 遥控器使用的是无线控制，因此有一定的有效使用范围67。如何让遥控器的控制范围更大，着是另外一个发展方向。1.3 遥控器的分类按照传统的分法，遥控器可以分为以下几种1：一对一遥控器。社是最简单的遥控器，每

5、个遥控器对应于一种特定厂家生产的特定家用电器，针对性非常强实现一对一的控制功能2:一对多改进型遥控器。它是在一对一的基础上做了一些改进，使其针对性没有那么强，也就是说每个遥控器可以控制的家用电器多于一个。3：基于代理器机制的遥控器。它的基本思想是对家用电器的真正控制是由代理实现的。遥控器本身发出的控制信号有代理器接收并翻译，确定遥控器到底要控制那一个家用电器，然后代理器对该家用电器发出信号进行控制8。各个需要被控制的家用电器的控制信号都预先存在代理器中，遥控器内没有任何与具体家用电器相关的控制信息。代理器安装在家里的天花板上，这样方便遥控器的操作。如果代理器之间相互能够通信，那么在每个房间装上

6、一个代理器，就可以实现一个遥控器控制家庭中的全部家用电器的构想。4：学习型遥控器。家用电器的功能日趋复杂化，用户常常只对一些基本功能感兴趣，当家里有了新的电器是，如何使用现在的遥控器来控制新的电器？学习型的就可以解决这个问题910。由于与本研究课题没有太大关系就不做详细介绍。还有就是双向通信型遥控器和智能网络遥控器。1.4 本课题需完成的内容设计遥控发送和接收装置原理图和PCB版图，完成瓦斯报警仪遥控器试验样机，实现对便携式高精度瓦斯检测报警仪的控制。2 无线电遥控器的工作原理2.1遥控技术常用的遥控技术从使用的无线载频的波长主要分为无线电遥控、超声波遥控和红外遥控三种，上述几种无线遥控其收发

7、电路的主要模式基本相近，即在发射端采用某个固定频率的振荡器，再把开关控制信号，如红外线或脉冲信号调制到振荡器上进行空间开路发射；在接收端再把它们放大检波双稳态触发器双向可控硅或继电器电路接通（控制）开关（如交流市电电源）11。     上述的三种无线遥控，各有特点。红外遥控和超声波遥控开关适用于普通家庭近距离控制（作用距离10m），该两类无线遥控开关抗干扰性强，制作调试简单，业余电子爱好者均可自制。无线遥控其控制开关距离较远。下面将分别对它们进行系统的介绍。2.1.1无线电遥控在有些书和网站上会看到也把这种遥控方式叫做射频遥控，也就是利用无线电波传送控制

8、指令。它可以穿透墙壁一类的障碍物，可控制范围大且距离远，无线电遥控可以采用数字编码译码电路代替LC选频方式，因此可以简化电路，增强遥控功能。无线电遥控设备通过发射电路与接受电路传送各种指令信号，所使用的无线电波在25MHZ450MHZ波段中，其中射频发射电路的主要作用是产生载波并由调制器将指令信号调制到载波上，经天线将已调制的载波发射出去；无线电接受电路中的天线接收到的微弱信号，并经高频部分选择放大之后12，送到解调器解调，输出各种指令信号，再送到译码电路中加以鉴别，最后送到相应的执行放大电路从而完成遥控的整个过程。2.1.2超声波遥控 超声波遥控原理与无线电遥控基本相似，只是使用的载波频率不

9、同。同样通过调制、发射、接收、发大、解调、校验、执行来实现遥控功能13。遥控器刚刚问世时，曾出现过使用电视遥控器时同时又产生录象机误动作，甚至叫邻家正在收看的电视频道发生变动的现象，这是因为超声波也可以穿透薄壁或者空隙，只是没有无线电那么强。此外，由于音速传播缓慢，反射到墙上的超声波和直接输入的超声波有时差，容易导致混乱。所以超声波遥控不易传送复杂的编码。现在遥控器基本不采用这种技术了，在次就不做详细介绍。2.1.3红外遥控 红外遥控采用遥控发射电路中的红外发射器件发光二极管发射波长为950A的红外信号，由遥控接收电路中的红外接收器件光敏二极管接收，并采用二次调制方式调制。红外线只能直线传播，

10、不能穿透墙壁，适合面对面的遥控14。综合以上介绍比较可以知道，三者之间有许多相同的地方，但是各自的不同点决定了它们的使用范围。红外遥控因其穿透力差，稍有物体挡住就无法实现对被控对象的控制，不适合在矿井中使用。声控的穿透力虽较好，但其易受矿井中其它声音的干扰，也不适合使用。而无线遥控则具有覆盖范围宽、控制距离远、穿透力强、扰干扰性能好等优点，而且，近些年来，无线遥控在汽车、摩托车防盗报警中，在门、窗、库房控制中，在儿童玩具中，在无线数据传输中都有许多成功的应用。所以本设计决定采用无线电遥控。2.2 无线电遥控器的工作原理 任何一个电子电路都不是独立工作，都是由各个具有一定功能的子电路组成，就像本

11、课题也不例外，无线遥控电路由发射装置、接收装置和执行机构三大部分组成。三部分相互关联相互协调，完成了信号的收发。（1）发射装置是产生和控制高频电流的装置或称为发射机16，包括高频电流震荡器、高频电流控制器和供给所有装置电能的电源。在原理上分析主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操纵器(操纵开关或电位器等)控制，操纵者通过操纵器，使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制指令是具有某些特征的、相互间易于区分的电信号，例如：用频率为270Hz的正弦信号作为控制左舵的指令，用频率为350Hz的正弦信号作为控制右舵的指令，即不同频率的正弦信号代表不同的控制指令16。除了可利用频率特征外，还可用正弦信号

12、的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号(载波)上，才能由发射天线发送出去。就如同用火车、飞机等运载工具运送货物一样，指令信号相当于货物，载波相当于运载工具。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成 发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，经天线将已调载波发送出去。发射频率为315MHz。（2）接收机在一定的波段之内它能接收任何发射波。输出功率的大小是它的重要指标之一，输出功率即在接收机输出

13、端所能获得的功率，功率的大小是由接收机的用途和负载来决定的，由接收电路及译码电路组成具有选频功能，能够选择发射机发过来的信号。接收电路又包括高频部分及解调器部分1718。由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。就象火车、飞机等运载工具到站后，把货物卸下来的情况一样，解调器的作用是从载波上“卸”下指令信号。由于“卸”下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。译码电路的工作就象把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行签别，送到相应的执行放大电路。接收频率也是315MHz。（3）执行机构主要包括执行放大电路和执行元件。执行放大电路

14、把指令信号放大到具有一定的功率，用以驱动执行机构。执行机构将电能转变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构(例如舵面)，从而实现对被控目标的控制。在本设计中将采用发光二极管的发光情况来模拟信号的发射与接受。3 设计思路 瓦斯检测报警仪遥控器采用无线电遥控，无线电遥控器一般由发射机、接收机、执行机构三部分组成，其中发射机主要由控制电路、编码电路、发射组成，控制电路产生的控制信号传给编码电路，编码电路以编码信号的形式传给发射电路，最终经发射电路将信号发射出去。接收机主要由译码电路、驱动电路组成，接收机接收到发射信号，经过译码电路进行译码，由驱动电路放大，最后交由执行机构进行

15、能量转化。所以本设计原理框图见图3.1。 执行机构 发 射 机接 收 机控制电路编 码 电 路发射电路译码电路驱 动 电 路信号图3.1 瓦斯检测报警仪遥控器原理框图4 具体设计方案4.1. 元器件选择 1.无线电遥控发射头 由以上对发射头的介绍和电路的要求可以知道无线电遥控发射头发射频率为315MHz。 本设计中我们采用无线遥控收发模块F05A/J05B为发射接收头。FO5性能说明：FO5系列采用声表谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试，特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点

16、不会发生偏移。F05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约2mA，发射功率较小，12V为最佳工作电压，具有较好的发射效果。发射电流约5-8mA，电压大于l2V时直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。FO5系列采用AM方式调制以降低功耗。当数据信号停止时，发射电流降为零。数据信号与FO5用电阻而不能用电容耦合，否则FO5将不能正常工作。数据电平应接近F05的实际工作电压以获得较高的调制效果，FO5对过宽的调制信号易引起调制效率下降，收发距离变近。当高电平脉冲宽度在0.08-1ms时发射效果较好，大于1ms后效率开始下降；当低电平区大于10ms，接收到的数据第一位极易

17、被干扰（即零电平干扰）而引起不解码1920。如采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰，若是通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10ms。FO5输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过FO5的工作电压。   F05 天线长度可从0-250mm选用，也可无天线发射，但发射效率下降。   F05C 为改进型,体积更小,內含隔离调制电路消除输入信号对射频电路的影响,信号直接耦合,性能更加稳定。   FO5 应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌

18、而停振。FO5发射距离与调制信号頻率幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机灵敏度及收发环境有关。FO5用PT2262编码器加240mm小拉杆天线在开阔区最大发射距离约250米，在障碍区相对要近，由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。如需更远的可靠距离，可在FO5的输出端增加一级射频功率放大器21。图4.1是F05A与PT2262连接的原理图以及自身的管脚图：4.1 F05A与PT2262连接的原理图以及其管脚图参数如下： 发射频率：315M 工作电压：3-12V 发射电流：2-10mA 发射功率：10mW 频率稳定度：10-5 (声表稳频) 工

19、作温度：-40-+60 体 积 ：8×32×6mm（高×宽×厚） F05A实物图如下： 4.2 F05A实物图2. 接收头的选择无线电接收头是与发射部分的发射头是对应的，要想接收到发射头发来的信号必须所选接收头的频率与发射头的频率一样，也就是说接收频率也为315MHz，所以对应的首选05系列接收模块。J05性能说明：J05系列采用超外差,二次变频结构,所有的射频接收,混频,滤波,数据解调,放大整形全部在芯片内完成，接收功能高度集成化,免去令人头痛的射频频率调试及超再生接收电路的不稳定性,具有体积小.可靠性高.频率稳定.接收频率免调试.安装使用极为方便。&

20、#160;    J05具有两种工作方式选择,以适合解调不同的数据速率, 第3脚悬空<内部已上拉为高电平>射频接收带宽较宽,可适合发射频率精度误差较大的声表谐振器稳频的发射机及般的 LC发射机。第3脚接地,射频接收带宽较窄,解调滤波器带宽较大,但要求配套的发射机必须具有较高的频率精度及稳定度,发射频率必须由晶体或精度较高的声表谐振器稳频。多次试验结果：发射 PT2262振荡电阻用1.2M时,第3脚悬空接收效果较好,同时对配套发射频点精度放宽可降低发射成本,抗干扰性也好,推荐使用。若是用于单片机数据传输,选用1200-2400波特合适,否则J0

21、5B无信号输出或接收距离很近。     J05B具有与标准解码器及单片机的+5V逻辑电平接口22。J05B在无信号状态下输出为随机噪声, 虽然在接收到数据信号时噪声被抑制,但在信号较弱（远距）时这种随机噪声极易影响到数据的起止位而导致数据错误而不解码。解决的办法是连发几次或在起止位前加一些乱码以抑制零电平状态干扰, 若是标准编解码器，可调整振荡电阻，使每组码中间的零电平区干扰最小,同时应兼顾J05B解调滤波器带宽及发射效率,因为太低的调制频率会使发射效率下降而影响收发距离22。    J05天线般取1/4即可,如在

22、天线端口加LC谐振回路，可抑制射频干扰,提高接收灵敏度。图4.3是J05B与PT2272连接的原理图以及自身的管脚图：4.3 J05B与PT2262连接的原理图以及其管脚图参数如下： 接收频率：315M   (晶体稳频) 工作电压：5V <4.75-5.5>  工作电流：6.2mA  接收灵敏度：-90db  解调滤波器带宽 ：5K 输出数据电平：TTL电平 工作温度：-40-+60 体 积 ：10×26×6mm （高×宽×厚）J05B实物图： 4.4 J05B实物图3.编/解码芯片

23、的选择这两块芯片是整个电路的核心，所以对编码和解码芯片的选择最为重要除了考虑功能是否实现之外，还要考虑到产品制造成本的问题，在课题设计中，通过性能价格以及设计要求考虑，采用PT2262/PT2272作为瓦斯检测报警仪遥控器遥控电路中的编码和解码芯片23。 PT2262编码电路和PT2272解码电路是配对使用的，PT2262的特点是其内部已经把编码信号调制在了一个比较高的载频上，可用于无线遥控发射电路。要把遥控编码信息以无线方式传送出去，必须有载体，把编码信息装在载体上，才能传送出去，因此需要一个振荡电路和一个调制电路。在PT2262中已经包含了这部分电路，从DOUT端送出的调制好的约38KMH

24、的高频已调波，因此使用起来比较方便。对于PT2262，A0A5共6根线作为地址线，A6A11这6根线可以作为地址线，也可以作为数据线，这要取决于所要配合使用的解码器。若解码器没有数据线，而A6A11作为地址线使用，在这种情况下，A0A11共12根地址线，每线都可以设成“0”、“1”、“开始”三种状态之一，因此共有编码数312=531441种。但若配对使用的解码器A6A11是数据线，那么PT2262的A6A11也作做为数据线使用，并且只可以设置为“0”和“1”两种状态之一，而地线只剩下A0A5共6根，编码数降为36=729种， PT2262/2272都是CMOS工艺制造的低功耗、低价位、通用编解

25、码电路。PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)2324，对应的地址编码应该是6位。 PT2262是18脚直插示(DIP-18)封装，如图4.5所示。28 图4.5 PT2262外形图及引脚图在具体的应用中，外接振荡

26、电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。PT2272也是18脚直插示(DIP-18)封装，如图4.6所示 图4.6 PT2272外形图及引脚图一般会用PT2262/1.2M/2272/200K组合，有时也用2262/4.7M/2272/820K组合的。PT2272接收到PT2262发出的编码信号，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2

27、262开始工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡。在各种无线设计中，一般采用4位数据码和8位地址码，这时编码芯片电路PT2262和解码芯片PT2272的第18脚设定为地址脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样我们可以很

28、方便选择各种编码状态，如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可。在一个设计中主要芯片的选择起很大的作用，所以对于主要芯片的选择要慎重，PT2262/PT2272低功耗、外部元器件少、工作电压范围宽是比较适合遥控器的电路。4.2遥控电路设计从以上对整个设计的总体分析，我们可以知道遥控器电路的主要部分是由发射模块F05A/J05B和编解码芯片PT2260/PT2272组成。4.2.1 发射机的设计发射机的设计要从它的各个部分着手，将各个部分的电路设计出来，再将各个部分的电路按照正确的接法组合起来就构成了完整的发射机总电路。发射装置构造见图4.7控制电路编码电路发射电

29、路发 射 机图4.7发射装置构造图1 控制电路：是产生控制信号的电路，它由四个按键开关控制来产 生控制信号控制信号原理图见图4.8图4.8控制信号电路图其中S1、S2、S3、S4为四个按键开关，按下每个开关将产生不同的信号。所产生的不同信号将在下一电路中通过PT2262进行编码。2 编码电路： 编码电路由编码芯片PT2272来实现，它的四个数据端分别与四个按键开关相连。编码电路原理图见图4.9 图4.9编码电路图有一点是值得注意的，那就是它的14管脚（编码启动端）必需保证低电平，以保证TE有效，否则编码过程无法实现。PT2262的1到8脚分别与8个电阻相连，以保证地址编码工作时低电平的选择。3发射电路：在以上各个子电路正常工作之后产生的信号由最终的发射电路经天线发射出去。发射电路由无线发射模块F05A作为主要元件。将上述各功能部件组合在一起，就构成了发射模块的系统图。4 发射机原理图及PCB版图的制作在本设计中，选用了现在市面上比较流行的电子电路设计软件Protel 99/SE,来制作电路原理图和PCB版图。该软件有以下主要特点： （1）将原理图编辑（Schematic Edit）、印制电路板（PCB）编辑、可编辑逻辑控制器件（PLD）设计、自动布线（Route）、电路模拟仿真（Sim）