介绍一套比例遥控玩具及其生产测试系统

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1、介绍一套比例遥控玩具及其生产测试系统所谓比例遥控，就是指受控设备的动作幅度（或速度）与操纵者扳（转）动控 制器操纵杆的动作成比例关系。例如扳动操纵舵的操纵杆到一半角度，那么受控 玩具的方向舵也会转动到最大舵角的一半。比例遥控玩具的可玩性大大优于一般 的开关型遥控玩具，后者只能对被控对象的电源通断进行控制。即使加上相应的 机械装置，也只能工作在两个极限位置要么全开，要么全关，而无法控制被 控对象使之在整个动作范围内的任意位置都能按操控者的意愿动作并精确定位 （例如控制航模的转弯角度）。随着电子技术的进步特别是集成电路的飞速发展， 现在已经出现了多达数十通道的比例遥控设备了。所谓通道（Channe

2、l），简单地 说就是指控制受控设备的一路相关功能。例如前进和后退是一路；左右转向是一 路。而航空模型中则是升降动作为一路；还可以是一组控制其他动作的（如炮塔 的左右、上下俯仰、鸣笛、亮灯等），这样一般一个双通道的遥控设备就可以表 演一些比较复杂的组合动作。 比例遥控设备根据射频调制形式又分为调幅（AM ） 、 调频（FM）和脉冲编码（ PCM）等等，它们的抗干扰能力也不一样，AM 型最差， 但电路也最简单； FM 型是用得比较多的一种；而PCM 属于中高档型，抗干扰能 力相对而言最强。为简单代表性起见，我们在此以一个双通道遥控系统为例来讨 论相关技术细节及介绍一套相应的生产测试系统。 因为国家

3、对无线电频率采用许可使用制度，另外为了防止同频干扰， 遥控设备 的使用频率是有相关规定的，我国相关部门给出的模型遥控器在27MHz 公开频段 内的使用频点如下表 （括号里是 FUTABA 、JR等厂商所产设备配用的飘带颜色）：序号1 2(茶色 ) 3 4 (红色) 5 6 (橙色) 7 8(黄色 ) 9 10(绿色 ) 11 12( 蓝色) 频率 (MHz) 26.975 26.995 27.025 27.045 27.075 27.095 27.125 27.145 27.175 27.195 27.225 27.245 图一是 Epoch.公司生产的一款模型车的遥控编码图，日本FUTABA

4、 的 T2DR 等系列二通道调幅机的波形也完全相同。由图一可知本电路设计为二个通道，可 进行二路控制。本装置采用时分制脉冲调宽编码方式。其编码信号按帧传送。帧 周期为 1520ms。图二是该比例遥控调速电路的原理图。它由一块四运放集成电路LM2901 组成，其中 U1D 接成多谐振荡器，用来产 生 1520 毫秒的帧周期信号。 U1C 与 U1A 分别构成两级下降沿触发的单稳电路， 用来产生两个通道的调宽脉冲。POT1POT1 是两个通道的脉宽调节器，它们直 接与遥控操纵杆相连。当调节操纵杆时，这些脉宽调节器可使对应通道的控制脉 冲宽度在 1.5 0.5ms范围内变化，通过接收端译码及伺服电路

5、可使被控对象产生与 操纵杆同步成比例的动作。该电路在工作时，首先由U1D 产生周期为1520ms 的帧同步方波，并由C4 送入第一级单稳，其下降沿使第一级单稳被触发，从而产 生第一路控制脉冲，第一级脉冲的下跳沿又触发第二级单稳以产生第二路控制脉 冲。每路脉冲宽度取决于操纵杆的位置（实际上是POT1POT2 的阻值）。两路 控制脉冲的下跳沿经D3、D5、D8 等组成的或门依次加到U1B 组成的整形定宽单 稳电路，再经整形后输出一列整齐的， 周期变化而宽度固定为0.2ms的正脉冲如图 一。VR3 和 VR4 用于微调每对脉冲间间隔宽度，以补偿安装和零件差异等原因导 致的 POT1、POT2 两个

6、VR 的位置和角度差别，每对脉冲之间的间隔宽度反映了 控制脉冲的宽度。也就是一帧脉冲包含了完整的两路控制信息。U1B 构成整形与 定宽单稳电路。晶体管 Q1 构成放大及开关电路， 用来调制 Q6/Q5 组成的 27MHz RF 振荡器形成 AM 输出。当然，遥控玩具和航模车模等遥控模型的市场和产品类型覆盖面太广，技术要求 也有不同需求，因此该编码方式并不是强制性的，各厂商也可能根据实际情况对 应修改或者采用其它编码方式。例如部分航模的遥控系统就在每帧讯号的前面包 含一个脉宽 4ms的帧同步脉冲，如图三。该波形表示系统有四个独立的遥控通道。另外也有采用数字编码系统的，例 如 PTI 的 PT8A

7、995/998 这一对双通道遥控IC 就采用数字编码方式将每个通道的控 制杆行程通过电位器转换为电压，其讯号编码格式如图四所示。 遥控杆位置讯号先经ADC 转换量化为 5Bit 的数字讯号（ 0000011111）， 然后分别插入固定编码的奇偶讯号帧之中经RF 或者 IR 发送，由 PT8A998 接收后 对应解码出来然后用于控制马达驱动器输出PWM 脉宽。此系统除了两个通道外， 还有四个开关量遥控，方便给系统增加功能例如开炮、鸣笛、亮灯、控制其它开 关等。当然，本文所述的双通道系统也很容易增加两路成为四通道或更多通道的 遥控系统，只要在U1A 单元电路后面照样再串入两路或多路单稳电路即可，此

8、就 不详述了。对应图二双通道遥控系统的接收部分如图五所示，该系统采用的是专用解码 驱动电路。因为设计目标用于迷你车，体积极小，因此采用了3 节 1/3AAA 尺寸 的可充电镍镉电池，通过一个DC-DC 降压转换 ICU3 转换为 2.5 伏的稳定电压 供系统使用。电路结构方面采用标准的超外差式接收电路，Q1 混频， Q2 本振， BPF1中频变换， U1、Q3 中放并于 Q3 的集电极取出高放AGC 控制讯号， U2 低 放及整形后的调宽脉冲送入解码和驱动ICU4。由 U4 解码出来相应的通道讯息 驱动马达 1 和马达 2，其中马达 2 用于驱动车体前进 /后退，因所需驱动能力较强， 故加入了

9、 U5 进行前置放大， U5 是两个封装在一起的PNP 带阻晶体管。马达1 用 于驱动前轮左右转向， POT1与转向牙箱组装在一起并随之连动，用于检测左右转 的角度并反馈给解码IC 以锁定该角度。 POT2用于调整静态中点，保证左右控制 杆处于静止（中点）时车体准确直行。 因为采用了超外差接收电路并具有三级带AGC 的中放，该套遥控系统一般 情况下接收灵敏度超过 -95dBm。配合本文遥控器遥控距离可达3050 米，加之接 收部分采用超低耗电设计，适合于制造最小尺寸低达2 吋的车模、航模等。可谓 一套非常典型的高性能遥控玩具系统。 接下来我们再谈谈遥控玩具的生产测试系统。它一直以来是困扰国内大

10、部分 生产厂家的老大难问题，有了一套优秀的产品设计方案，如果不能提供相应高质 量的生产测试系统，仍然无法保证产品良率，特别是有些环节需要在生产线上作 现场调整的，例如接收板对中（即上文所述调整POT2 以调整左右偏转的静态中点） 等，必须要在生产时完成，因此迫切需要一套完善的机夹具系统。鉴于此，我们 在此同时介绍一套配套用于上述产品的测试系统。 对于发射板的测试和调整， 主要有整机耗电电流、 按键/旋钮功能、编码输出 波形以及调制后射频输出幅度（输出功率）等测试项目，测试机架连线相对而言 比较简单，但是对于接收板的现场调试，需要测试的参数更多，因此在此只介绍 针对接收板的完整的基于8051单片

11、机的测试系统，并附上相应的单片机源程测试架的电路图如图六，该机架采用AT89C51 配合普通的 1602 点阵 式液晶显示模块，可以测试及显示目标板的工作电流，静态电流，驱动两个马达 的讯号占空比（相对于最大幅度的百分比）等，因LCD 屏幕显示内容有限，故增 加 K5 用于切换测量项目和显示内容。 系统提供一个可在图一规格范围内全程可调 的方波脉冲讯号输出，该讯号由单片机U1 内部给出并从 P2.3输出，经 9013缓冲 后送入待测目标板作为输入讯号， 讯号脉冲周期由 K1/K2 和 K3/K4 两对旋钮控制， 可在 0.82.0 毫秒之间以 0.01毫秒的步进可调。当然也可以将此讯号配用一个

12、低 功率 27MHz 振荡器调制后输出，这样更加可以测试待测目标板RF 接收部分工作 是否正常。 U6 提供稳定的 3.6V 电源供目标板使用， U5 则输出+5V 作为整个测试系统 的电源。U4A 接成同向放大器， 其 3 脚上 10 欧姆电阻上流过的是整个目标板的工 作电流，而关闭由单片机P2.3输入的编码讯号则可以测试整机静态电流。该电流 在 10 欧姆电阻上产生的压降经U4A 放大后送入八选一ICCD4051，作为一路测 量讯号，另外还有两路被测讯号，一路是经D1-D4 整流的目标板输出的前后驱动 讯号，此讯号本来是PWM 输出波形，因此经整流及RC 滤波后输送给 U3 的 X0 输入端的电压幅度与PWM 波形的占空比（即目标板输出的前后转马达驱动讯号） 呈线性关系。另一路是PW 引脚输入的左右偏转反馈讯号电压经U4B 缓冲后送入 八选一 ICCD4051，该输入讯号表征目标板输出的左右偏转角度。上述三路讯号 由单片机 U1 分时选取送入 ADC0804，转换为数值后由U1 读取并送入 LCD 模块 显示。当然，此测试系统也可以很容易的稍经修改用于发射板测 试或者其它生产测试系统。 以上介绍的一套比较典型的比例遥控系统及其测试系统，希望能对促进国内玩具 和车航模系统生产提供一些参考，及能给相关工程人员以一些借鉴和帮助。