简易无线电遥控设计

1、题号： E 武汉理工大学第四届电工电子创新设计大赛设计报告项目满分得分基本要求论文结构完整性10理论分析与计算20硬件电路设计与器件选择45分析及结论20创新特色5总分摘 要一、 总体方案构想1无线电遥控发射机2无线电遥控接收机。二、 方案论证三、 电路设计与计算（1）调频发射机 图1 遥控发射机电路图主振级由晶体管BG1与电容C2，C3，C4，C5，变容二级管和电感L1组成西勒振荡器。振荡信号由C7弱耦合至射随器，然后送至功率放大器。功放的工作状态为甲乙类，R8，R9给BG3提供偏压，输出匹配网络采用简单的型网络，其中L4与C10和天线等效电容谐振于载频，L3与L2起阻抗变换作用，以使得输出

2、功率最大。调频采用变容二极管电路。在本设计中，调制信号为二元单极性码，即只有高低两个电平，所以对调制线性度要求不高。因此本设计采用变容二极管部分接入以及对变容二极管不外加偏压的电路结构，电路如图2所示。图2变容二极管的结电容Cj为变容二极管的结电容，可以求得Cj对主振电路的接入系数为P=C5/（C5+Cj）若调制信号引起的结电容变化为C，则引入主振回路的电容变化量为P·P·C，可以求得由于此引起的振荡频率的变化为 Fg-P·P·C·Fg/2C式子中CC5·Cj/（C5+Cj）+C4为主振回路的总电容。负号表示C与Fg的变化相反。本设计

3、中，C5=3pF，Cj=21pF，可得p1，即变容二极管参量的变化对振荡频率影响比较小，频率稳定度大大提高。由此引入的问题是如何才能得到足够的频偏，也就是如何使变容二极管的结电容变化比较大。解决的办法是对变容二极管不加反向偏压。如图3所示：图3变容二极管结电容变化在不外加反偏压时可以获得最大电容变化量。由于无外加偏压，避免了由偏压变化引起的频率漂移，同时简化了电路。（2）接收机如图所示，接收机的模拟部分可以分为三大模块： 高频放大电路采用典型电路。影响接收机灵敏度的主要因素是噪声，表现为信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪声越小，对灵敏度影响越小。为了提高接收机的灵敏度，使用了低噪声的三极管2

4、SC763。 鉴频电路采用MC3361。本振为8MHz，。与高放送来的信号进行混频，产生500KHz的中频信号。此信号通过窄带陶瓷滤波器（FL）送回MC3361进行鉴频。MC3361的外围元件值的确定参考了MC3361的典型电路，省略了静噪部分。 比较电路。码型在传输过程中可能出现畸变，所以应该通过比较电路使得信号恢复成只有高低电平的数字信号。这样，提高了接收机的抗干扰能力，并且与后级数字电路匹配。比较器门限电压由鉴频器输出经过RC低通滤波获得，其电压相当于信号中的直流分量电压。此方法有一定的自适应功能，在实际应用中表现出比较强的抗干扰能力。图4 接收机模拟部分电路图（1）编码部分 如图5部分

5、所示，控制开关为八个。八个按键开关对应八种控制状态，再通过74HC148 8-3编码器编码成三路数据输入，因为经过编码器输出为低电平有效，所以加了个反相器，便于后续的译码过程。利用MC145026和MC145027对控制信号进行编码和解码，以利于码元在无线信道中传输。MC145026产生占空比随传0，传1改变的单极性码，一组编码包括5位地址码和4位数据码。在本设计中MC145026有九位输入端，其中五位是地址码并且是设定的，即接低电平。另四位中低三位为数据输入端。假如MC145026的地址码是变化的，则可以用一片MC145026控制多片MC145027。图5 编码部分电路（2）解码部分如图6所

6、示，在接收端用一片MC145027对解调后的信号进行解码。而作为被控对象的LED通过74HC138芯片 3-8译码器连接在MC145027的数据输出管脚，同时将输出的数据送入74LS48芯片，74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，用于数码管显示是哪一路的开关状态。相应的MC145027也有5位地址码，只有与MC145026地址码相同的MC145027才会有解码输出。这样，就可以用一片MC145026对应得控制一片MC145027。图6解码部分电路四、 系统性能分析无线通信的一个关键问题是数据传输的可靠性，这取决于诸多因素，比如频率选择，同频率干扰，传输距离和天线的选择等等。这些在

7、设计无线通信系统时候都必须认真考虑和比较。本系统是一个数字和模拟相结合的系统，无线射频的发射和接收既有模拟电路部分又有数字电路部分。所以系统必须保证一定的可靠性。在适当提高成本的基础上尽量选用高可靠性的元器件。MC145026和MC145027就是为了提高信号传输的可靠性而选用的。数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生信号失真，不清晰等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。在射频接收机中，为了降低噪声含量，减少波形失真度使用MC3361进行鉴频。使得接收机能高比较

8、完整的清晰的接收信号。一个无线电系统，常见的干扰有:电台干扰、工业干扰、天电干扰和宇宙干扰。电电台干扰是指其他无线电发射设备所产生的干扰。工业干扰是指各种各样的电器设备所产生的。天电干扰是指大气中各种电磁现象所引起的干扰。宇宙干扰是指来自于宇宙间各种天体的辐射。为减少这些千扰，采取了如下措施:选择合适的工作频率，减少由于广播电台对系统造成的干扰。调制方式选用抗干扰强的FSK调制方式。用地线把数字区和模拟区隔离，数字地和模拟地要分离，最后并接到电源地。对于芯片闲置的引脚，在不影响系统的逻辑功能的情况下接地或接电源。布线时，电源线和地线尽量粗。这样不但有利于减少压降，更重要是的是降低耦合噪声。还应

9、尽量减少回路环的面积，以减少感应噪声。避免90度折线，减少高频噪声发射。3、系统可实现性系统模块明确，LED开关状态与开关控制一一对应，数码管显示对应哪一路的开关状态，小灯泡亮度等级与开关控制一致。系统采用FSK调制方式；传输距离满足要求，能在不同的房间进行遥控测试。但是发射和接收电路因元件限制，以上涉及的方案未能全部完成仿真。五、 其他方案简单介绍 功率放大阻抗匹配 发射端 锁相环高速分频器压控振荡器 编码器环路滤波器开关发射部分方框图接受端解码器解调器接受机高频放大器 LED显示译码七段显示译码七段数码管显示接受部分方框图1、压控振荡器电路(VCO)（1）VCO主要由压控振荡器芯片MC16

10、48、变容二极管V149以及LC并联谐振回路构成。电源采用+5V的电压。MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路,电容采用一对串联变容二极管,背靠背与电感相连,调节加在变容二极管上的电压值,使VCO的输出频率稳定在8MHz。在工作频率时,为达到最佳工作性能,要求LC并联谐振回路的QL100。VCO产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关。变容二极管的CVD的大小受所加偏置电压U控制。对于fc=8MHz,CVD=20pF,利用公式计算可得L值。MC1648引脚端3为缓冲输出,一路供锁项环,一路经功率放大后输出。该芯片的引脚端5是自动增益控制电路(AGC)的反馈端,由于本设计的频

11、率固定在8MHz,且其反馈幅度不大,因此引脚端5经电容接地。(2)采用由晶体管9018及变容二极管和电感组成的西勒振荡器电路，振荡信号通过电容耦合到射极跟随器，然后送往功率放大器，这种电路的特点是：振荡频率由C3、C4决定，但反馈系数由C1、C2决定，解决了基本三点式振荡设计中存在的改变振荡频率必改变反馈系数的矛盾。综合考虑稳幅输出和调谐方便，电路选用变容二极管取代C4实现系统的核心模块。 此方案有闭环控制幅值功能，电路简易，控制较方便。2、锁相环电路VCO的输出频率受自身参数、控制电压的稳定性、温度外界电磁干扰等因素的影响,往往是不够稳定的。因此可以加入自相位控制环节,即锁相环,来稳定发射频

12、率。发射频率经反馈,与晶振产生的标准信号做比较,在锁相环的跟踪下,发射频率始终向标准信号逼近,最终被锁定在标准频率上,达到与参考晶振同样的稳定度。方案一：锁相环电路采用MC145152芯片,MC145152芯片集鉴相器、可编程分频器、参考分频器于一体,分频器的分频系数可由并行输入的数据控制。参考晶振接入MC145152的OSCin、OSCout引脚端,芯片内部的÷R参考分频器提供8种不同的分频系数,对参考信号进行分频。R值由其引脚端RA0、RA1和RA2设定,RA0RA1RA2设定范围为000111,对应的分频系数为82048。本设计中,参考晶振为10.24MHz,所以取RA0RA1

13、RA2=101时,即R=1024,对参考晶振频率进行1024分频。为使分频系数连续可调,可编程分频电路采用是吞咽脉冲计数器,由ECL的高速分频器MC12022及MC145152内部的÷A减法计数器,÷N减法计数构成。 采用的鉴相器集成在MC145152中,是一种新型数字式鉴频/鉴相集成电路,具有鉴频和鉴相功能,不需要辅助捕捉电路就能实现宽带捕捉和保持。方案二：数字电压合成方式。由单片机系统通过D/A将需要频率对应的控制电压加在变容二极管上，改变回路电容值，改变输出频率。由于是开环调节，且变容二极管CV特性的非线性，使输出频率难以精确控制。 方案三：采用集成度更高的专用锁相集

14、成芯片BU2614。BU2614是用在数字调谐收音机中的锁相集成芯片。其内部集成了前置分频、可变程序分频器、参考分频器和鉴相器。工作频率范围10130MHz频率步进为1kHz，满足本系统的需求，电路较简单，控制方便。 3、编码解码电路 方案一： 采用MC145026/MC145027编码解码芯片，MC15026具有五位地址编码和四位数据输入，能将并行输入的数据转换成串行数字编码信号输出；MC145027是与MC145026配套的解码器，将接受到的串行数据转换为并行输出数据信号。是一种低压CMOS编译码器件,具有较强的抗干扰能力,广泛应用于遥控遥测电路。方案二：编码电路采用具有地址和数据编码功能

15、的编码芯片PT2262,PT2262输出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。PT2262发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态,数据输入有“1”和“0”两种状态,用加入到各引脚端的不同状态,来确定相应地址和数据的编码,从输出端Dout输出。数据位(D0D5)由单片机引脚端(P20P25)预置,同时6个地址码也由单片机引脚端(P00P05)预置。 方案二功能较强大，但本系统用方案一足够实现，综合考虑到功能可否实现性和资源利用充分性，选用方案一。 4、调制解调电路（1）用变容二极管和MC1648实现调制，编码信号通过VCO电路中的变容二极管上进行调制后发射出去。通

16、过改变引脚端15(OSC1)和16(OSC2)之间所接的电阻值,可改变输出频率。解调电路由解调芯片MC3371构成，片内由振荡电路、混频电路、积分鉴频器、滤波器等构成。（2）由XR2206/XR2211构成调制解调电路，XR2206/XR2211是一组FSK调制解调芯片，其价格低,性能稳定,调制电平与TTL兼容，适合于远距离而又不宜有线传输的点对点的数据通信中使用。用它制作的调制解调器应用。六、 总结本系统设计的最初要求是，通过按键操作，能够实现近距离上的八路控制。被控设备用LED分别代替，LED发光表示被控对象工作。经过以上讨论，本系统基本能够实现这些功能，在发射机与接收机相距1020米的范围内可以进行可靠控制。但是任何一个项目都不是十全十美的，本系统设计时只是出于一种简易的遥控系统设计的思想出发，所以该项目也可以进一步完善。由于在系统开始设