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1、简易无线电遥控系统设计报告一、设计任务：设计并制作无线电遥控发射机和接收机。1、无线电遥控发射机。 图1.1 无线电遥控发射机2、无线电遥控接收机。 图1.2 无线电遥控接收机3、要求。（1）工作频率：fo=610MHz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75假负载上）。（4）遥控对象：8个。（5）接收机距离发射机不小于10m。（6）增加信道抗干扰措施。（7）尽量降低电源功耗。二、系统方案设计。 整个系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。发射系统和接收控制系统组成结构框图如图1.1和1.2所示。系统的工作原理是首先通过按键编址电路
2、输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址，然后通过驱动电路来驱动8个遥控对象。1、 发射机。 图2.1 无线电遥控发射机1.1 调制方式的选择。 根据要求，控制对象是8盏灯，被控状态采用二进制编码。因设计对频带宽度没有限制，为了提高抗干扰能力，实现方法简单，载波传输采用FSK调制方式。 图2.2 FSK示意图 FSK（Frequency-shift keying）- 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息，最
3、常见的FSK是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统，如图2.2所示。产生FSK 信号最简单的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换，如图2.3所示。采用这种方法产生的波形在切换的时刻相位是不连续的，因此这种FSK 信号称为不连续FSK 信号。 图2.3 非连续相位FSK的调制方式 由于相位的不连续会造频谱扩展，这种FSK 的调制方式在传统的通信设备中采用较多。随着数字处理技术的不断发展，越来越多地采用连继相位FSK调制技术。 图2.4 连续相位FSK的调制信号目前较常用产生FSK 信号的方法是，首先产生FSK 基带信号，利用基带信号对单一载波振荡器进行频率调制。1.
4、2 发射机主振电路型式的选择。（1）主振可采用晶体振荡或LC振荡。设计要求载频为610MHz。若采用普通晶体倍频方式，假设为三倍频，则晶体频率要低于3.33MHz，在这种情况下难于获得足够的频偏。例如，用摩托罗拉公司的单片集成FM调制芯片MC2833实现2.5MHz电抗管晶体三倍频调频时，实测三倍频后的最大频偏为420MHz。若采用专用调频晶体，价格又太高。（2）主振采用电容三点式振荡电路。电容三点式具有频率稳定性高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器。 图2.5 克拉泼电路克拉泼电路：当要求电容三点式振荡电路的振荡频率更高时，则应使电容C1、C2的值较小。由于C1并接在三极管的c、e极
5、之间，C2并接在三极管的b、e极之间，当管子的极间电容随温度等因素的变化而变化时，将对振荡频率产生显著影响，造成振荡频率的不稳定。为了减小极间电容的影响，提高电路频率的稳定性，对电容三点式振荡电路进行适当改进就形成了改进型电容三点式振荡电路，如图2.5所示。该电路称为串联型电容三点式振荡电路，又称克拉泼振荡电路。 由图可知，这种电路是在电容三点式振荡电路的电感支路上串进了一个小电容C而构成的（C3对交流短路，属共基组态）。C1、C2、C及L组成谐振回路，当C C1、CC2时，求得振荡频率为： (1) 上式可见，振荡频率基本上与C1、C2无关，因此，可选C1、C2的值远大于极间电容，这就减小了极
6、间电容变化对振荡频率的影响，提高了振荡频率的稳定性。 LC回路谐振电阻R0反射到三极管集、射极的等效负载电阻为： (2) 其中。由上式可知：若C调至较小时，将使变小，导致电路增益下降，因此，这一电路的振荡频率只能在小范围内调节，否则将出现输出幅度明显下降的现象。 为了解决克拉泼电路频率调节范围小的缺点，在克拉泼电路的L两端并联上一个电容得到的，得到西勒电路。西勒电路有效的改善了克拉泼电路可调范围小的缺点，电路图如下图所示： 图2.6 西勒电路西勒电路：并联型三点式振荡电路，又称席勒振荡电路，它是在串联型电容三点式振荡电路的电感L旁并接了一个电容C而构成的。由于LC回路的谐振电阻R0反射到三极管
7、集、射极间的等效负载电阻 （3）而C3 C，当C变小时，变化程度不如（2）式那样显著，从而削弱了振荡幅度受频率改变的影响。因此，席勒振荡电路的频率调节范围较克拉泼电路要宽。由图2.6可知，当C3C1、C3C2时，振荡频率为： （4）改进型电容三点式振荡电路除具有电容三点式振荡电路的特点外，还具有频率稳定度高（可达以上）的优点。该电路广泛应用于各类电视机中。因此本设计选择了变容二极管直接调频的西勒电路，即可获得较大的频偏，又可保证一定的频率稳定度。1.3 发射机功放电路的选择。功率放大器一般可由推动级、中间级和输出级组成，具体级数应由所要求的总功率增益而定。试题要求输出功率不大于20mW，假设天
8、线特性阻抗为75，则在匹配良好条件下天线上电压峰峰值要小于3.5V。一般西勒振荡器输出电压峰峰值为1v是可实现的，故用一级功率放大应能满足要求。考虑到前后级影响的问题，在振荡器与功放间加入了一级射随器，起隔离和激励的作用。鉴于输出功率低，兼顾效率，功放管工作状态选为甲乙类。1.4 发射部分电路图。 图2.7 发射电路主振器由晶体管VT1与电容C2、C3、C4、C5、变容二极管Cj和电感L1组成西勒振荡器。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。振荡信号由C7弱耦合至射随器，然后送至功放。射随器的功能有：（1）输入阻抗高、输出阻抗低；（2）输入输出同相；（3）有电
9、流和电压放大作用。功放的工作状态为甲乙类，R8、R9给VT3提供偏压，输出匹配网络采用简单的T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，以使输出功率最大。调频采用变容二极管电路。在本设计中，调制信号为二单元单极性码，即只有高低两个电平，故对调制线性度要求不高。因此设计采用了变容二极管部分接入及对变容二极管不外加发偏压的电路结构，电路如图1.3所示。Cj为变容二极管的结电容，可求得Cj对主振回路的接入系数P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P2C，可求得由此引起的振荡频率的变化为fg - (P2C/2C)
10、fg式中C=C5Cj / (C5+Cj)+C4 为主振回路总电容。负号表示C与fg的变化相反。本设计中C5=3pF，Cj=21pF，可得P 1，即变容二极管参量的变化对振荡频率影响较小，频率稳定度大大提高。 由此引入的问题是如何能得到足够的频偏，也就是如何使变容二极管的结电容变化较大。解决的办法是对变容二极管不加反偏压。如图2.9所示，在不加反偏压时可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。图2.8 变容二极管偏压电路 图2.9 变容二极管压容特性 2、控制及编码电路。控制及编码电路由10-4线优先编码器CD40147和编码芯片MC145026构成。
11、编码芯片MC145026的输出端DOUT（15脚）接到发射电路的输入端，实现把经过编码的按键信号发射出去。接到发射电路的输入端 图2.10 控制键编码部分电路图2.1 按键输入电路。采用元件CD40147 10-4线优先编码器，只对按键进行编码。目前只用其中的8-3线部分，其余的可以留给以后扩展用。CD40147编码器具有对输入信号进行优先编码的功能，10条数据输入线（0-9）编码为四条线（A-D）。最高优先线为第九条。当所有输入线为逻辑0时，所有输出线为逻辑1。2.2 编码电路。编码模块由三态编码芯片MC145026构成，此组芯片是摩托罗拉公司生产的用于通信配对使用的最新芯片。编码芯片MC1
12、45026可对9位输入信息（地址位A1A5，数据位D6D9）进行编码，编码后每个数据位用两个脉冲表示： “1”编码为两个宽脉冲；“0”编码为两个窄脉冲；“开路”编码为一宽脉冲和一窄脉冲交叉。 图2.11 MC145026的波形图 图2.12 MC145026的引脚功能和外部电路图集成编码器MC145026的引脚功能和外部电路如图2.12所示。A1A9是地址或数据输入端,当作地址使用时有三个状态 (高电平、开路、低电平)，当作数据使用时有两种状态（高电平、低电平）；、的数值决定MC145026内部时钟振荡器的工作频率；TE是内部时钟振荡器的工作控制端，当TE为低电平时，振荡器工作；的输出编码信号
13、如图2.11所示，两个连续的宽脉冲（占空比7：1）表示“1”，两个连续的窄脉冲（占空比1：7）表示“0”，一宽一窄两个脉冲表示“开路”。发送时，先发送17.5个时钟周期的低电平, 接着依次发送A1A9的状态编码，如果A1A9的状态编码发送完毕后TE依然是低电平,经过24个时钟周期后再依次发送 A1A9的状态编码。其编码的发送工作不管TE在何时由低电平变为高电平，均必须等到当前发送周期结束以后才能停止。对于每9位数据信息，可以看作是一个数据字，为了提高通信的安全性，编码芯片对每个数据字发送两次，接收两次。3、接收机。 图2.13 无线电遥控接收机由高频放大器对接收到的电磁波进行放大，再经过MC3
14、361构成的解调电路，对接收到的电磁波进行解调。最后经电压比较器对解调出来的信号进行整形，即可还原出发射机发送出来的二进制数字信号。 图2.14 接收机原理图。3.1 接收机高频放大器。为保证接收机具有较高的灵敏度，选用低噪声高频晶体管2SC763。为获得一定的电压增益，采用共射极谐振放大电路。高频放大电路如图2.15所示：采用了典型电路，为一级共发射级谐振高放。 图2.15 高频放大电路3.2 接收机解调器。 通过查阅资料，选择了摩托罗拉的单片集成窄带FM解调芯片MC3361构成解调电路。MC3361的特点为低功耗、低电压和高灵敏度，在窄带语音和数据通信中有良好的镜频抑制能力。 解调电路如图2.16所示：采用解调MC3361，本振为8MHz，
