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无线遥控器

2017-09-21 10页 doc 28KB 56阅读

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无线遥控器无线遥控器 无线遥控器 南华大学参赛作品 作者南华大学 电气工程学院 通信工程041班 赵俊 王永栋 何超 摘要 本无线遥控器采用TX-2B/RX-2B分别对控制按键编码和解码。发 射部分由串联晶体振荡器产生载波信号编码输出的基带信号对其进行ASK振幅键 控。遥控接收部分对已调信号并联谐振选频后再通过自熄式超再生检波。接收控制 部分以AT89S52单片机为核心控制7个发光二极管的亮灭和调节电灯泡的八级亮度。 经测试系统功能齐全各项性能指标基本符合系统要求遥控接收距离达到七米以上。 关键词编码/解码 振幅键控 超再生检波 ...
无线遥控器
无线遥控器 无线遥控器 南华大学参赛作品 作者南华大学 电气工程学院 通信工程041班 赵俊 王永栋 何超 摘要 本无线遥控器采用TX-2B/RX-2B分别对控制按键编码和解码。发 射部分由串联晶体振荡器产生载波信号编码输出的基带信号对其进行ASK振幅键 控。遥控接收部分对已调信号并联谐振选频后再通过自熄式超再生检波。接收控制 部分以AT89S52单片机为核心控制7个发光二极管的亮灭和调节电灯泡的八级亮度。 经测试系统功能齐全各项性能指标基本符合系统要求遥控接收距离达到七米以上。 关键词编码/解码 振幅键控 超再生检波 Abstract This wireless controller adopt TX-2B/RX-2B control the keys to coding and decoding separately. The transmit part through series crystal oscillator generate carrier-wave which is ASK modulated by base-band signal out of coding. The remote receive part through PRC to frequency select then though self-extinguish regenerative detection. The kernel of the receive control is AT89S52 which control the on-off of seven Light Emitting Diodes and adjust to lightness of the electric bulb. After tested the whole system’s function is very complete every demand can be realized basicly. The remote receive distance reach seven meters upwards. Keywords: coding/decoding ASK regenerative detection 1 目 录 1、设计要 求?????????????????????????????????????????????????????????2 1.1 任务??????????????????????????????????????????????????????2 1.2 要求??????????????????????????????????????????????????????2 1.3 说明???????????????????????????????????????????????????????2 2、 论证与比较???????????????????????????????????????????????????3 2.1 系统设计方 案????????????????????????????????????????????????3 2.2发射机载波信号产生电路的论证与选 择???????????????????3 2.3调制方式方案论证与选择?????????????ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ? 2.4接收模块的设计方案论证与选择?????????????????????????????????5 2.5数据传输的设计方案论证与选择?????????????????????????????????5 2.6自动控制模块的设计方 案论证与选择?????????????????????????????6 3、硬件电路设计与实 现???????????????????????????????????????????????7 3.1发射机的按键控制与编码电路设 计????????????????????????????????7 3.1.1 TX-2B编码芯片介绍???????????????????????????????????????7 3.1.2发射 调制电路机的按键控制与编码电路???????????????????????????????8 3.2发射机晶体振荡器和ASK 设计????????????????????????????9 3.3发射模块低功耗设计????????????????????????????????????????????10 3.4超再 生调幅接收电路设计????????????????????????????????????????11 3.5解码和控制电路设 计????????????????????????????????????????????12 3.5.1解码电路设计??????????????????????????????????????????????12 3.5.2发光控制电路设计??????????????????????????????????????????13 4、软件设计与实 现 ??????????????????????????????????????????????????15 5、系统测试???????????????????????????????????????????????????????????16 5.1 测试使用的仪器????????????????????????????????????????????????????16 5.2指标测试和测试结 果?????????????????????????????????????????????????16 5.2.1控制按键测 试???????????????????????????????????????????????????16 5.2.2七个发光二极管亮灭测 试?????????????????????????????????????????16 5.2.3八级灯亮度测试?????????????????????????????????????????????????16 5.2.4距离测试???????????????????????????????????????????????????????16 5.2.5 发射输出功率测 试???????????????????????????????????????????????17 5.2.6 系统抗干扰?????????????????????????????????????????????????????17 6、结论?????????????????????????????????????????????????????????17 参考文 献????????????????????????????????????????????????????????????????18 附录1 使用说 明????????????????????????????????????????????????????????19 附录2 主要元器件清 单?????????????????????????????????????????????????19 附录3 电路原理图及印制板 图??????????????????????????????????????????19 附录4 程序清单????????????????????????????????????????????????????????24 2 1设计要求 1.1.1 任务 设计并制作无线电遥控发射机和接收机。 1.1.2 要求 1基本要求 1无线电遥控发射机 2无线电遥控接收机 3基本要求 1工作频率fo3040MHz中任选一种频率。 2调制方式AM、FM或FSK????任选一种。 3输出功率不大于20mW在标准75Ω假负载上。 4遥控对象8个被控设备用LED分别代替LED发光表示工作。 5接收机距离发射机不小于10m。 2发挥部分 18路设备中的一路为电灯用指令遥控电灯亮度亮度分为8级并用数码管显示级数。 2在一定发射功率下不大于20mW尽量增大接收距离。 3增加信道抗干扰措施。 4尽量降低电源功耗。 1.1.3 说明 不能采用现成的收、发信机整机。 3 2方案论证与比较 2.1 系统设计方案 题目要求设计一个无线遥控器系统实现发射部分至接收部分间的数据传输业务。设计分发射和接收两大模块系统方框图如图1所示。 图1 系统方框图 2.2发射机载波信号产生电路的设计方案论证与选择 方案一采用LC振荡电路。比如西勒振荡电路具体电路图如图2所示。该电路较易起振输出振荡频率和振幅也较为稳定波形好调谐范围也比较宽。电路的振荡频率为21214343CCLCCLf式中3221323213CCCCCCCCCC。但其调试比较复杂。 Rb1Rb2ReRP1C1C2C3Cb0.1uF0.1uFC4QL100μHVcc 信号放大 解码 控制系统 LED 灯泡 接收模块 控制按键 选频 ASK调制 按键编码 发射模块 4 图2 西勒振荡电路 方案二采用串联型晶体振荡器由LC组成串联谐振回路调谐在振荡频率上。当振荡频率等于石英晶体谐振器的串联谐振频率时石英谐振器阻抗最小呈纯阻性相移为零通过正反馈满足振幅和相位条件电路产生振荡电路结构形式如图3。采 3 串联型晶体振荡器电路结构 用晶体振荡器电路简单容易实现且振荡频率稳定。 图 2.3调制方式方案论证与选择 方案一采用频率键控法的FSK调制方式。原理框图4如下。它有两个独立的振荡器数字基带信号控制转换开关选择不同频率的高频振荡信号实现FSK调制。频率键控法的FSK信号的频率稳定度可以做得很好并且没有过渡频率它的转换速度快波形好。但频率键控法再转换开关转换的瞬间两个高频振荡的输出电压通常不可能相等于是FSK信号在基带信息变换时电压会发生跳变即相位不连续。 图4 频率键控法原理框图 方案二根据要求控制对象是八盏灯其中一盏亮度可调亮度分为八级用数码管显示级数被控状态采用二进制编码。为了提高抗干扰能力实现简单载波传输采用二元制ASK调制方式即通断键控。调制原理方框图如5。最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。在本设计中采用受基带信号控制的开关晶体管来实现代替电键产生ASK信号。 5 图5 ASK原理框图及波形 2.4接收模块的设计方案论证与选择 方案一超外差接收方式。天线收到电磁波信号经过调谐器选频后选出要接收的电台信号。同时有一个本地振荡器产生一个跟接收频率差不多的本振信号它跟接收信号混频产生差频这个差频就是中频信号。中频信号再经过中频选频放大然后再检波就得到了原来的信号。超外差接收方式容易得到足够大而且比较稳定的放大量具有较高的选择性和较好的频率特性容易调整。缺点是电路比较复杂同时也存在着一些特殊的干扰如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。灵敏度比超再生低价格远高于超再生接收机而且近距离强信号时可能有阻塞现象。 方案二应用超再生接收方式。超再生检波电路是一个受间歇振荡控制的高频振荡器这个高频振荡器采用电容三点式振荡器振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡是在高频振荡的振荡过程中产生的反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。再生检波电路有很高的增益在未收到控制信号时由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热搔动产生一种特有的噪声叫超噪声这个噪声的频率范 围为0.35kHz之间听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时超噪声电平很高经滤波放大后输出噪声电压该电压作为电路一种状态的控制信号。当有控制信号到来时电路揩振超噪声被抑制高频振荡器开始产生振荡。而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短受接收信号的振幅控制。接收信号振幅大时起始电平高振荡过程建立快每次振荡间歇时间也短得到的控制电压也高反之当接收到的信号的振幅小时得到的控制电压也低。这样在电路的负载上便得到了与控制信号一致的低频电压这个电压便是电路状态的另一种控制电压。超再生式接收机具有电路简单、性能适中、成本低廉灵敏度高的特点。。 2.5数据传输的设计方案论证与选择 方案一采用微控制器和PT2262/2272组成的编码/解码电路。PT2262/2272发射接收电路原理框图分别如图6和图7所示。在发射端用跳线对PT2262的地址位进行预置PT2262对按键编码后再调制发射出去接收端把接收到的信号进行解调放大后送至PT2272同样用跳线预置相同的地址位由PT2272解码后在数据位产生对应的数据通过微控制器进行控制发光二极管。 在通常使用中一般采用8 位地址码和4 位数据码这时编码电路PT2262 和解码PT2272 的第18 脚为地址设定脚有三种状态可供选择悬空、接正电源、接地三种状态只有发射端PT2262 和接收端PT2272的地址编码完全相同接收端PT2272才能正确地解码。 6 图6 采用PT2262编码电路的发射原理框图 图7 采用2272解码电路的接收原理框图 方案二采用TX一2BRX一2B组成的编码/解码电路。TX一2BRX一2B采用CMOS工艺制造静态功耗小外围元件少电源电压适应范围宽Vcc2.55.0V工 路独立遥控开关控制功能。由于遥控发射集成电路可输出带载波作稳定可靠。具有5 的编码信号及不带载波的编码信号两种输出信号所以它与相应的射频电路配合不仅可实现5种独立的无线电遥控而且还可方便地实现5种独立的红外遥控。TX一2BRX一2B发射接收电路原理框图分别如图8和图9所示。在发射端TX一2B对按键进行编码调制后通过天线发射出去。接收端把接收到的信号进行解调放大后送至RX一2B解码后通过微控制器对LED及灯泡的亮度进行实时控制。与PT2262/2272组成的编码/解码电路相比采用TX一2BRX一2B组成的编码/解码电路不用设定编码/解码电路的地址码因而硬件电路更为简洁。 图8 采用TX一2B编码电路的发射原理框图 图9 采用RX一2B解码电路的接收原理框图 解调 输出数据 PT2272 预置地址 预置地址 控制按键 调制 PT2262 TX-2B 调制 控制按键 RX-2B 解调 AT89S52 LED灯泡 7 2.6自动控制模块的设计方案论证与选择 方案一采用FPGA现场可编程逻辑门阵列作为系统的控制核心。由于FPGA具有强大的资源使用方便灵活易于进行功能扩展特别是结合了EDA可以达到很高的效率。系统的多个部件如频率测量电路键盘控制电路显示控制等都可以集成到一块芯片上大大减小了系统的体积并且提高了系统的稳定性。 方案二基于单片机技术的控制方案。相对于FPGA的并行处理方式单片机是通过对程序语句的顺序执行来建立与外部设备的通信和完成其内部运算处理从而实现对信号的采集、处理和输出控制。它最主要的特点是其串行处理特性。 方案选择上述两种控制方式除了在处理方式和处理能力速度上的差异外在实现的效果以及复杂程度等方面也有显著的区别。FPGA将器件功能在一块芯片上相对于单片机外围电路较少集成度高。而单片机技术比较成熟开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。鉴于本设计中仅单片机的资源已经能满足设计的需求而FPGA的高速处理的优势在这里却得不到充分体现因此本设计的控制方案模块拟选用上述基于单片机技术的方案二。单片机采用Atmel公司生产的AT89S51实现对收发 模块的控制。 3硬件电路设计与实现 3.1发射机的按键控制与编码电路设计 3.1.1 TX-2B编码芯片介绍 TX-2B编码芯片引脚功能和内部结构分别见表1和图10。 表1 TX-2B引脚功能表 引脚 符号 引脚功能 1 RIGHT 独立发射控制端 2 TEST 测试端 3 GND 电源地 4 ACKWARD 独立发射控制端 5 FORWARD 独立发射控制端 6 TUBRO 独立发射控制端 7 SC 带载波的编码信号输出端 8 SO 不带载波的编码信号输出端 9 VDD 电源正端 10 PC 电源控制输出端 11 OSCO 振荡器输出端 12 OSCI 振荡器输入端 13 FOSC 测试端 14 LEFT 独立发射控制端 8 图10 TX-2B内部结构方框图 3.1.2 发射机的按键控制与编码电路 发射机的按键控制与编码电路如图11、12所示。共有十个控制按键按照如图所示的独特接入方式连接到TX-2B的五个输入引脚当其中某一控制按键按下时与此按键连接对应的TX-2B输入引脚拉低由TX-2B内部的编码电路编码在8脚输出。TX-2B的145614脚为控制按键输入端8脚为不带载波的编码信号输出端作为无线遥控的调制信号输出。?脚直接与Rx一2配合可组成相应的编、解码电路。改变11和12脚外接的ROSC阻可改变载波频率及编 100500kQ。?脚为发射状态指示端通过外接码脉冲波形输出。ROSC的选值范围为 发光管LED来指示发射状态 振荡器 定时 发生器 锁存电路 编码 电路 输出 电路 12 11 1 14 4 5 6 2 7 8 10 3 9 GND VDD 13 9 图11 发射机的按键控制图 图12 发射机编码电路图 3.2发射机晶体振荡器和ASK调制电路设计 发射机晶体振荡器和ASK调制电路如图13所示。35MHz晶振等效与LC串联谐振借于三极管Q1的BE之间调谐在振荡频率上。当振荡频率等于石英晶体谐振器的串联谐振频率时石英谐振器阻抗最小呈纯阻性相移为零通过正反馈满足振幅和相位条件电路产生振荡。Q1的CE间的C1可调节振荡频率。三极管Q2是受基带信号控制的电子开关代替电键产生ASK信号。由TX-2B的8脚输出的数字调制信号为高电平时三极管Q2导通由串联晶体振荡器产生的载波信号从Q2的集电极输出经过LC?滤波器后由天线发射出去。而由TX-2B的8脚输出的数字调制信号为低电平时三极管Q2截止载波信号不能通过三极管。 10 图13 发射机晶体振荡器和ASK调制电路 3.3发射模块低功耗设计 发射模块低功耗电路如图14所示。当有键按下时TX-2BPC脚输出高电平晶体振荡器起振并由Q2发射.在无按键时PC脚无电压输出晶体振荡器不起振发射晶体管Q2也处于截止状态。实现了无按键时进入省电状态。 11 图14 发射模块低功耗电路 3.4再生调幅接收电路设计 超再生调幅接收电路如图15所示。L1和C3组成并联谐振其作用是选频。调整L1可改变接收频率。L1C3Q1C1组成超再生接收电路。C1为超再生正反馈内容。R1R3C7决定超再生的熄灭电压。解调信号经R5C8送入解码芯片RX-2B的14脚进行放大。 图15 超再生调幅接收电路 12 3.5解码和控制电路设计 3.5.1解码电路设计 解码芯片RX-2B引脚功能和内部结构分别见表2和图16。 表2 RX-2B引脚功能表 引脚 符号 功能 1 VO2 用于信号放大的反相器2输出端 2 GND 电源负端 3 SI 编码信号输入端 4 OSCI 振荡器输入端 5 OSCO 振荡器输出端 6 RIGHT 独立控制输出端 7 LEFT 独立控制输出端 8 ROB 此端接地6脚独立控制输出端被禁止输出 9 LOB 此端接地7脚独立控制输出端被禁止输出 10 BACKWARD 独立控制输出端 11 FORWARD 独立控制输出端 12 TUROB 独立控制输出端 13 VDD 电源正端 14 VI1 用于信号放大的反相器1输入端 15 VO1 用于信号放大的反相器1输出端 16 VI2 用于信号放大的反相器2输入端 图16 RX-2B内部结构图 RX-2B解码电路图如图17所示RX-2B的信号放大的反相器1输入端14引脚输入解振荡器 定时 发 生器 解码 电路 运算器 逻辑 控制 锁存 电路 5 3 15 14 9 8 VDD 16 1 2 12 11 10 7 6 13 放大器 GND 4 13 调后的信号RX-2B按键控制输出端的67101112把输出控制信号送入单片机的P10-P14引脚。当某一控制按键按下时与被按下按键的TX-2B输入引脚拉低而RX-2B输出引脚中与TX-2B输入引脚相同名称的对应引脚输出高电平送入微控制器处理。 图17 RX-2B解码电路图 3.5.2发光控制电路设计 1发光二极管控制电路设计 根据题目要求遥控对象8个被控设备用LED分别代替LED发光表示工作。在本设计中在8个遥控对象中控制7个用发光二极管的亮灭和一个八级亮度可调的灯泡。 七个发光二极管阴极分别与单片机的P21-P27相连阳极都通过7个100欧的限流电阻借5V电源。当其中一个控制按键被按下时解码器对应输出引脚把高电平送入单片机通过软件控制后单片机把与对应的发光二极管的阴极管脚拉低发光二极管因此被点亮。原理图如图18所示。 图18 发光二极管控制电路 2八级亮度可调的灯泡电路设计 八级亮度可调的灯泡电路如图19所示。为了控制具有八级亮度的灯泡应用三个9012晶体管开关电路三个发光二极管的基级分别连接从大到小的三个限流电 的电流放大作用将三极管9012的阻产生从小到大 14 的电流强度再通过三极管9012 集电极都连接到灯泡的正极从而可以分别使灯泡的亮度逐渐增大。三个晶体管开关通过单片机的三个引脚控制只要三个单片机控制引脚至少有一个为低电平时灯泡就会发光。灯泡的二、三、四级亮度是分别只有一个三极管9012导通此时灯泡的电流只是其中一条电路的电流。灯泡第五级亮度是三极管Q1和Q2同时导通灯泡第六级亮 Q3同时导通灯泡第七级亮度是三极管Q1和Q3同时导通此时流过灯度是三极管Q2和 泡的电流强度是其中两条支路的电流之和。灯泡的第八级亮度是三极管Q1、Q2、Q3三个三级管都饱和导通此时流过灯泡的总电流是三条之路的电.
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