摘要:针对无线电遥控系统抗干扰能力差、稳定性不高等缺点,提出了可靠性较高的简易无线电遥控系统的工作原理和设计方法。其中,发射部分采用电容三点式振荡改进型的西勒电路产生调制信号;接收部分按超外差方式组成,完成解调信号恢复电路的设计。理论与实践表明,该设计思路新颖,方案可行,可实现短距离遥控。
关键词:无线电遥控;西勒电路;超外差;解调
中图分类号:TN99 文献标志码:A文章编号:1009-3044(2010)10-2502-02
Analysis and Research of a Simple Radio Remote Control System
HUANG Xiao-liang, LI Shi-zhong, XU Cong-cong
(Mechanical and Electronic Engineering Institute, North University of China, Taiyuan 030051, China)
Abstract: According to the disadvantages of the bad anti-interference ability and the poor stability of the radio remote control system, this paper proposed the working principle and design method of the simple radio remote control system with high reliability. Among them, the emission part adopted the Schiller circuit of the improved three-point capacitance oscillator to generate modulation signals. The receiver part was form in accordance with super heterodyne and completed the design of the demodulation signal recovery circuit. Theory and practice shows that the design idea is novelty, the scheme is feasible. And it can achieve short remote.
Key words: radio remote control; schiller circuit; super heterodyne; demodulation
无线电遥控技术的诞生起源于无线电通讯技术,最初构想是建立无线电电报技术,真空电子管的发明使无线电技术的应用和普及很快应用于民用和军用各个领域。随着晶体管的发明和集成电路的诞生,无线电遥控技术达到了更加完善的程度,现如今无线遥控技术已渗入国民经济的各个领域,成为近年来快速发展的一大热点,它的迅速发展必然带来巨大的经济效益和社会效益。
针对无线电遥控系统抗干扰能力差、稳定性不高等缺点,本文提出了可靠性较高的简易无线电遥控系统的工作原理和设计方法,分析了发射和接收部分,从而为无线电遥控技术提供新的参考方案,具有重要的价值意义。
1 系统的工作原理
无线电遥控电路由无线电发射器与接收器两大部分组成。系统发射和接收框图如图1所示。
发射机部分,控制键通过拨键选择被控对象。采用CD40147的10-4线优先编码器,对按键进行编码。为了便于码元的传输,对码元进行再编码,据了解,MC145026和MC145027是专用于遥控电路的编解码器,因此选用该对芯片进行编解码。MC145026产生占空比随传0、传1改变的单极性码,一组编码中包含五位地址码和四位数据码,只有与MC145026地址码相同的MC145027才会有解码输出。在调制方式的选择上,因对频带宽度没有限制,为了提高抗干扰能力,载波传输采用FSK调制方式,调频采用变容二极管电路直接调频,既可获得较大的频偏,又可保证一定的频率稳定度。
接收机部分按超外差方式组成,超外差是指输入射频和本振信号产生一个固定中频信号的过程。对于发射机功放电路,鉴于传输距离短,输出功率低,兼顾效率,功放管工作状态选为甲乙类,输入端的高频放大器采用共射级谐振放大电路。对已调信号进行处理恢复基带信号,通过Motorola专用集成电路芯片,即低功耗窄带FM/IF MC3361B来实现,其片内包含:振荡器、混频器、限幅放大器、正交鉴频器。通过晶振为8MHz与输入7.5MHz的高频信号混频,输出信号通过500KHz的窄带陶瓷滤波器(FL),来产生500KHz的中频信号。由于码型在传输过程中,可能出现畸变,所以应该通过比较器LM311使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,并与后级数字电路匹配。驱动部分采用74LS138和4511译码直接驱动。
2 发射机中西勒振荡电路的设计
振荡器是一种不需要外加输入信号就能自激输出交变信号的装置,它能够自动地将电源提供的直流能量转换成频率和幅度为所需值的输出交变信号能量。采用LC振荡回路作为选频网络的反馈振荡器称为LC振荡器,是无线电技术领域内使用较多的振荡电路。图2为电容三点式振荡器电路。
这种电容三点式线路形式若不加改变,只适合用于固定频率振荡器,但只要在L两端并上一个可变电容器,并设C1与C2为固定电容,则在后面的FSK直接调频时,基本上不会影响反馈系数。采用LC振荡电路来产生,以变容二极管直接调频的方式产生调制信号,从而实现西勒振荡电路。图3为变容二极管直接调频的西勒振荡电路。
a) 振荡管的选择
对于小功率振荡电路而言,选择振荡管时,主要从振荡频率,频率稳定度,以及能否满足起振条件等方面来考虑,一般要求管子的ft>(3～10)fosc,β选50～120,β值太小不易起振,太大则容易产生寄生振荡。
b) 静态工作点的选择
单管LC振荡电路的幅度平衡和稳定,是靠起振后进入晶体管的非线性区来实现的。由于在饱和区晶体管的输出电阻小,并联在回路上会使回路静态工作点Q值降低,从而使振荡器的频率稳定度变差,所以一般不希望其工作在饱和区,通常使振荡管的开路静态工作点靠近截止区。
一般在考虑稳定性时,偏置电路采用分压式电流负反馈电路,其中Re为直流负反馈电阻,取值为1～4KΩ,Rb1与Rb2应满足Rb1// Rb2>(5～10)Re,同时Rb1与Rb2的比值决定静态发射极电流Ieq。
c) 谐振回路参数的选择
在西勒振荡器线路中,决定振荡频率f的振荡回路元件有:电感L、可变电容C和固定的串联电容C2、C3、C4 。为了减小管子与回路间的耦合,C4取值较小,C2、C3取值较大。即C4远小于C2、C4也远小于C3,因而回路总电容近似等于C4。振荡频率f则主要由C4、L1决定,即:。
振荡管V的输出电容Co和输入电容Ci都并接在振荡回路上,决定着振荡频率。而振荡管的Co和Ci值通常随着振荡管工作状态的变化也会有所变动,这将导致振荡频率不稳定。在西勒振荡器中Co与大电容C3并联,Ci与大电容C2并联,它们互相串联后再与小电容串联,总串联电容将由小电容C4决定,这使Co、Ci的不稳定对振荡频率的影响大为降低,从而提高了西勒振荡器的频率稳定度。
3 解调信号恢复电路的设计
经过无线传输、高频放大、解调等过程后,信号会产生畸变,为得到性能更好的数字信号,还需利用脉冲信号恢复电路将解调信号恢复成二进制码型,这样,信号才能被后面的译码电路准确解码,并且能提高系统的抗干扰能力。在此采用比较器电路实现解调信号的脉冲恢复,比较器的门限电压由鉴频器输出经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较强的抗干扰能力。用这个门限电压,使高于这个门限电压的部分恢复为高电平,低于的部分恢复为低电平。采用LM311来实现这个电压比较器的功能,其比较器电路如图4所示。
4 安装与调试
在系统电路设计中,需对其进行调试,首先测试搭建的西勒振荡电路是否振荡?不用示波器也可以进行调试,即采用二极管灯测试法,在西勒振荡电路后搭建一个放大电路,放大电路后接一个LED灯,如果LED灯闪闪烁,说明振荡电路工作正常,没有表明没有起振。振荡电路调试成功后,搭建合适的发射、接收振荡线圈(中心频带要一致),接收部分的电路还要有混频和比较电路,至使信号失真最小,再将控制部分的电路一一接好,就可以开始连调了。
电路组装完后,首先测发射机的整机电流约为15～20mA(电源采用9V时,整机电流约为15mA,采用12V,电流约为20mA)。接收机守候电流为1.5mA,使两机相距10米左右,调发射机的调频电容,可控制频率,使发射和接收的频率对上,完成信息传输。如何判断发射和接受的频率是否对上,我们可以在145027的VT端口搭建一个简单的电路,此电路由一个3.3K电阻、8050三极管、LED组成,当发射和接收的频率一致时,145027接收到145026的信号,VT端口就会置高,使三极管8050导通,从而LED灯点亮。随后再连调控制部分,直至调到理想状况。通过调试,发射与接收的测试结果如表1。
测试结果表明,所设计的无线遥控系统抗干扰能力强、稳定性好且灵敏度高,可实现短距离控制功能。
5 结论
本文采用多种芯片和集成电路实现简易无线电遥控功能,具有集成度高,稳定性好,抗干扰能力强等优点。其中在信道抗干扰方面采用了MC145026和MC145027芯片对控制信号进行再编解码及脉冲信号恢复电路,消除了外界干扰信号,使译码电路准确解码,提高了系统的抗干扰能力。
该遥控系统经过多次实验,得出了实际测试结果,完成控制功能。理论与实践表明,该设计思路新颖,方案可行,可实现短距离遥控。
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