远距离无线遥控系统的研制毕业设计Word格式.docx

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关键词I

AbstractI

KeywordsI

1前言1

2系统方案选择与论证2

2.1方案比较2

2.2方案选择5

2.3总体方案6

2.4系统的工作原理7

2.5主要芯片介绍7

3硬件电路设计8

3.1发射部分8

3.2接收部分10

3.3电路原理图及PCB图的设计12

3.4硬件电路元件安装13

4软件设计13

4.1编码原理13

4.2软件解码14

5系统的调试16

5.1测试方法16

5.2测试结果及问题分析17

6结论18

参考文献19

致谢20

附录A接收端源程序21

附录B硬件实物图24

远距离无线遥控系统的研制

摘要

无线遥控是指实现对被控目标的非接触遥远控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。

本设计介绍了一种四路无线遥控开关的设计方案，详细阐述电路组成结构和工作原理。

该方案采用芯片组PT2262/2272进行编解码，PT2262与无线发射模块连接构成遥控发射系统，PT2272与无线接收模块连接构成接收系统。

该系统通过发射接收无线电波实现开关的无线遥控。

其装置具有体积小、功耗低、成本低,遥控距离可达100m以上。

关键词

PT2262/2272；

无线电遥控开关；

发射模块；

接收模块

TheDevelopmentofRemoteWirelessTelecontrolSystem

Abstract

Wirelessremotecontrolistoachievethegoalsofthecontrolofaccesstoremotecontrol，wideapplicationinindustry,airspace,householdelectricalappliancesfield.Thispaperpresentsafour-wayradio-controlledswitchdesignmethodology,detailedcompositionandworkingprincipleofthecircuit.ThemethodusedtoconductPT2262/2272codecchipset,PT2262andwirelesstransmittermoduletoconnecttheremotecontrollaunchingsystem,PT2272andwirelessreceivermoduletoconnectthereceivingsystem.Thesystemcarriestheradiowavetorealizewirelessremotecontrol.Thedevicehavesmallvolume,lowpowerwasteandlowcost,andtheremotedistanceexceed100meter.

Keywords

PT2262/2272;

radio-controlledswitches;

transmittermodule;

receivermodule

1前言

所谓遥控，就是对远方的研究对象和目标进行控制。

控制方式分为断续的和连续的（又叫做遥调）两种。

被控制的对象可以是活动的，如导弹、火箭、卫星、飞船和无人机等；

也可以是不动的，如集中目标的工厂设备、电站、大型变电所等，或者处于分散状态的输油管道、油田油井设备等[1]。

无线电遥控技术发展只有几十年的历史：

本世纪20年代，才刚刚出现无线电遥控的雏形。

那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上，但由于技术不够完善而未能成功。

二次世界大战以后，无线电遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。

随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发展。

几十年来，遥控技术在电子技术、计算机技术、通信理论、电子元器件发展的基础上，得到了极其迅速的发展，应用前景广阔[2]。

遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。

近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。

随着集成电路技术的飞速发展，基于各类芯片新型遥控的不断出现。

在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。

由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。

为此，在前人研究的基础上设计出了一种集成芯片无线电遥控多通道开关系统的设计方法。

研究表明，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。

本文介绍了一款通用的无线遥控器,采用AT89C51作为控制核心并采用专用编码解码电路,由于其体积小、价格低廉因此可非常方便的移植到遥控机器人、遥控小车上等,实现远距离控制。

2系统方案选择与论证

2.1方案比较

方案一：

采用玩具遥控芯片TX-2/RX-2编码解码芯片。

TX-2/RX-2是一对采用CMOS工艺制造的遥控专用集成电路。

它具有功耗低,电源电压适用范围宽,工作稳定可靠,外围元件少等特点。

TX-2是编码发射电路,RX-2是与TX-2配套使用的译码接收电路。

其芯片引脚如图2.1所示。

图2.1TX-2和RX-2芯片引脚图

TX-2/RX-2的典型的应用电路如：

图2.2/图2.3

图2.2TX-2典型的应用电路

图2.3RX-2典型的应用电路

发射模块：

采用带放大三极管S8050的发射电路模块，一个串行数据输入，另外两个引脚供电，发射距离远。

在不带电线的情况下也能有5-6m的距离，安装上电线发射距离达100m左右。

天线设计采用鞭型天线。

接收模块：

采用自带天线的接收模块，一般为印刷天线，这样可以减少电路的体积，同时减轻天线的调试工作。

方案二：

采用芯片组PT2262/2272进行编解码，PT2262与无线发射模块连接构成遥控发射系统，PT2272与无线接收模块连接构成接收系统。

PT2262和PT2272最多支持6位数据编码，一般支持4位数据编码。

PT2262和PT2272有三态地址编码功能，只有地址匹配时才能传输数据。

PT2262和PT2272的典型应用电路如：

图2.3图2.4

图2.3PT2262典型应用电路

图2.4PT2262典型应用电路

发射、接收模块天线，采用螺旋天线，以减少遥控器占用的空间。

方案三：

如图2.5所示为编码遥控开关电路。

MCl45026是遥控专用编码电路，它有五位地址码（第1—5脚）和四位数据码（第6、7、9、10脚）。

地址码可以编成“1、0、开路”三种状态，数据码只可编成“1、0”两种状态。

编码器以脉冲的宽窄不同代表这些状态，并由第15脚串行输出，控制M303S发射编码无线电波。

在有效距离范围内，由M303R将代表编码信号的无线电波接收，解调出数据脉冲信号，从第5脚输出至MCl45027解码器。

MCl45027也有五位地址码（第1—5脚），应编成与MCl45026相同的状态；

数据码输出（第12—15脚）随发射端变化而对应变化，在本电路中，未用到数据输出。

第11脚是解码有效输出端，每当收到与其地址相匹配的编码信号时，该端变成高电平，经三极管VT功率放大后，驱动继电器K吸合，从而完成开关控制任务[3]。

利用MCl45027的四位数据输出端，还可组成分群，分组控制。

不同的地址码形成不同的群，每一群中又因四位数据码的不同最多可分成16个组，去掉一个备用组，所以形成15组+具体做法是对MCl45027的四位数据输出信号进行译码，形成1-15路控制信号：

译码器可选用CD4514。

图2.5M303S／R基本应用电路

2.2方案选择

经过比较，结合现实考虑，决定选择方案二，用芯片组PT2262/2272进行编解码，PT2262与无线发射模块连接构成遥控发射系统，PT2272与无线接收模块连接构成接收系统。

该设计总体电路简单、易于制作,且工作稳定可靠。

它具有价格低、功耗小、抗扰性好、单电阻振荡、适用电压范围宽等优点，外围电路简单，使用方便。

技术指标为：

1、工作频率315MHz;

2、调制方式:

AM/ASK/OOK;

3、频差：

min±

75KHzmax±

150KHz;

4、发射功率:

80mW（12V）;

5、工作电流:

＜10mA（12V）;

6、频率稳定度:

0.037ppm/℃；

7、工作电压：

4～12VDC；

8、使用温度范围：

-20℃—+85℃；

9、传输速率:

≤10Kbps；

10、解码格式：

PT2272；

在红外/无线遥控应用中，PT2262与PT2272是一对常用的编码和解码IC。

使用该组芯片的典型家电遥控收发系统用PT2272来解码。

PT2272可以获得较快的解码速度,但是PT2272采用并行输出的方式，占用单片机I/O资源多，整个系统的开销和成本相对较大。

如果采用单片机兼作解码器的技术，不仅可以省去芯片PT2272，减少中间环节，增强系统的可靠性，而且仅占用了单片机上两个I/O口，充分利用了单片机资源，节省了电路板上的空间，降低了成本，具有很好的实用价值。

2.3总体方案

系统结构主要由信号发射部分、接收部分、单片机控制部分和驱动部分构成。

由于无线电信号容易受环境因素的干扰，在没有专业设备的前提下，很难制作成功。

无线数据传输和有线不同，传输的数据只在短时间内是稳定的，时间稍长便会受到干扰，因此在对数据进行传输时必须采用编码进行传送，在设计中，高频部分选用了专用发射和接收模块，同时数据的编码和解码也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率；

控制部分是系统的核心，为了增强了系统的扩展性和灵活性，并且使电路简单清晰、节约硬件设计成本，将成熟单片机控制技术引入系统控制环节。

系统具体组成如图2.7所示。

图2.7系统结构框图

2.4系统的工作原理

该遥控系统的工作原理是首先通过按键电路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,确认是否为本遥控系统地址。

如果是,则解码电路产生相应的输出信号，经过单片机控制相应引脚电平变化，从而控制继电器电路,开关电路动作，对应的发光二极管点亮。

用发射模块上的按键来控制遥控器的收发，当按动一个键时，按照编码数据位的不同，接收模块相对应一路输出高电平并保持，直至再一次按下该键时，继电器关闭，对应的LED熄灭，不同的按键控制不同的继电器，相互之间不影响。

2.5主要芯片介绍

该系统由发射模块、接收模块、外接电路构成，其中发射模块上采用的核心芯片PT2262是通用的，而接收模块上的核心芯片PT2272依据不同的型号工作原理有所不同，本系统采用PT2272-L4（这是一个互锁芯片）来工作。

主要元件PT2262，PT2272简介：

PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，根据PT2272的型号不同，有的带锁存输出，有的是脉冲信号输出，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

PT2262/2272特点：

CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：

2.6—15V，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。

应用范围：

车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。

3硬件电路设计

3.1发射部分

编码电路采用编解码芯片组PT2262/2272中的编码芯片PT2262。

该芯片内部有振荡器、系统定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路。

PT2262的A0~A7端是芯片的地址码设置端口,每一端口可以编为“0”（接地）、“1”（接VCC）和“开路”三种状态,利用A0~A7这8位地址线可提供38=6561种不同寻址,本开关系统将地址均接地。

D0~D3端是数据码输入端,分别和按键SB1,SB2,SB3,SB4相连。

编码芯片PT2262数据码输入端可以是高电平1或者是低电平0,一共有4个通道,数据码在无线电遥控开关系统中的主要作用是区别不同的开关电路。

发射模块电路原理图如图3.1所示

图3.1发射模块原理图

此发射电路采用PT2262作为编码芯片，8位地址码和4位数据码，第1-8脚为地址设定脚，本电路中有两种状态可供选择：

接地和悬空，所以有2的8次方种不同的编码，完全满足本次设计的地址码要求，电路中有四个独立的按键对应四种不同的编码，地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字从17脚串行输出，通过315M发射模块发出去。

每当有按键按下时指示灯会亮，整个电路在按键断开时没有通电，只有按键按下时电路才通电工作，所以遥控功耗很低，有利于延长电池的使用时间。

本电路电源电压范围宽，从5V到12V之间均可，此次实际制作中采用5V27A的小电池，体积小而且电池容量大。

发射模块PCB图如图3.2所示

图3.2发射模块PCB图

3.2接收部分

接收模块主要由无线电接收电路、解码电路、单片机电路、开关电路组成。

接收模块的电路原理图如图3.3所示。

接收控制系统主要完成的功能是对接收进来的信号解调后进行解码,解码后的数据经单片机控制相应的继电器进行动作。

图3.3接收模块原理图

此接收电路采用与PT2262对应的PT2272芯片进行解码，8位地址码和4位数据码，第1-8脚为地址设定脚，本电路中有两种状态可供选择：

接地和悬空，所以也有2的8次方种不同的编码，其中要使发射和接收电路配对必须使PT2262与PT2272的地址码相同，否则无法收到数据，当遥控按下一个按键时，对应三极管导通，单片机相应引脚变为高电平，再经单片机处理，输出高电平至继电器，继电器通电打开，从而把LED点亮，此PT2272是不带锁存输出的，所以需要将接收到的信号经单片机处理再锁存输出，其中D20-D23二极管为续流二极管，防止继电器断开时线圈产生的较大感应电流损坏电路中的其它元件。

接收模块PCB图如图3.4。

图3.4接收模块PCB图

3.3电路原理图及PCB图的设计

在确定设计的电路图无误后才开始用Protel软件对原理图与PCB的绘制，首先打开Protel99SE软件，新建工程后再在工程中新建设计文档，包括原理图文档和PCB文档，其设计流程图大致如下：

编辑和修改元件电气图形符号→编辑原理图→电气规检查→生成报表文件→编辑元件封装图形库→生成网络表→导入网络表→PCB设计布局→PCB布线→设计规则检查。

其中PT2262和PT2272的原理图符号均为自己所画，而且元件的封装除了三极管、继电器、发光二极管是自己的画的外，其它封装都由软件自带的封装库修改而得。

先画好各模块电路图再新建一个顶层文件，将各个模块导入。

在PCB板的设计上采用了抗干扰的布线及布局，在布线上，板子上多余的部分全部覆铜，并且跟地线连在一起。

3.4硬件电路元件安装

PCB板制作好后要将相应的元件焊接上去，但需注意不要把芯片直接焊接上去，可以先焊接上一个与芯片引脚相同的dip插座，避免芯片因受热而损坏，同时要注意电烙铁与焊点接触时间不应太长以免对相关元件和焊盘造成损害，焊接时要胆大心细手稳。

焊好后将芯片插上，硬件电路板就做好了。

4软件设计

4.1编码原理

如图4.1编码波形图是PT2262编码的一段波形，可以看到一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开，所以我们如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度

图4.1编码波形图

识别即可。

PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码时才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。

因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。

下面我们来仔细看一下PT2262的波形特征：

振荡频率f=2*1000*16/Rosc（kΩ） 

kHz 

，其中Rosc为振荡电阻。

这里我们选用的是一种比较常用的频率f≈10kHz,Rosc=3.3MΩ（以下同）。

图4.2是振荡频率与码位波形的对应关系：

图4.2振荡频率与码位波形的对应关系图

这里a=2*时钟振荡周期，位“f”仅对码地址有效

同步位的长度是4个AD位的长度，含一个1/8AD位宽度的脉冲，如图4.3同步位波形图。

图4.3同步位波形图

PT2262有三种编码：

0，1，和悬空（表示为f）。

其码位波形图如图4.4

图4.4码位波形图

4.2软件解码

有了以上具体的波形，我们就可以进行软件解码了。

PT2262每次至少发送4次编码，首先我们可以通过检测11ms宽度的同步码头，有码头才开始进行编码解码，无码头则继续等待。

当收到码头时，还要检测是否已经收到过码头，若无，则丢弃第一次编码的信号，以防止误码。

地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；

两个宽脉冲表示“1”；

一个窄脉冲和一个宽脉冲表示也就是地址码的“悬空”。

PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码和数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。

从编码图中可以看出，每一位码字都是从低电平开始到高电平，到低电平，再到高电平。

为了检测方便，在接收端我们把编码信号进行了180°

倒相，使码位开始的上升沿转化为下降沿，这样当我们使用MCS51系列单片机解码时可使用中断方式及时截获编码。

从编码图中还可以看出，每一位码字都可以分成两段，我们以每段中的电平宽度来描述码位：

表4.1码位表示表

码位

第一段

第二段

数值表示

反码表示

窄

00

11

1

宽

f

01

10

无效码

软件解码方法1（反码）：

从第一个下降沿开始延时700us左右，检测电平高低，记为A1，再检测第二个下降沿，延时700us左右，检测电平高低，记为A2，这样一个码位就可以译出来了，连续检测12个码位。

软件解码方法2（反码）：

从第一个下降沿开始记时，并不断检测电平变化，一有电平变化，立即记录电平宽度B1，再继续记时直至出现第二个下降沿，记录两个下降沿的间隔B2，重复以上步骤，得到B3，B4，判断B1，B2，B3，B4是否在各自允许的误差范围内，是则保存B1，B3，译出一个码位，否则认为误码，丢弃。

连续正确检测12个码位。

两种解码方式各有优缺点如表4.2两种解码方式对比：

表4.2两种解码方式对比

解码方式

优点

缺点

程序简单，CPU开销少

解码精度差

2

程序复杂，CPU开销大

解码精度较高

为了获得较高的解码精度，我们推荐使用方法2，以避免大量的干扰信号的误解码。

5系统的调试

5.1测试方法

基于硬件测试和用软件测试硬件的方法对系统进行测试，测试时先对电源部分进行测试，然后一个一个模块的测试。

最终测试该系统能否实现远距离（大于100米）无线遥控的功能。

5.2测试结果及问题分析

焊接好电路板，经检查无误后可上电调试，上电前先用万用表测一下电源与地之间的等效电阻，这样做避免因有短路现象上电后损坏电源或电子元件。

确保正常后，在接收端接上5V的电源，发射电路接上12V的电池，按下遥控上的一个按键，对应LED发光，再按下其它任意一个键时另一个LED发光，说明系统正常工作。

测试过程中的主要问题就是系统的稳定性不是很强，这是由于干扰存在。

硬件抗干扰：

在无线通讯中使用单片机会对通讯系统造成严重的干扰，相信许多技术人员一定有过同样的苦恼。

如果硬件设计不当，会造成原先硬件解码时通讯距离为200米，而用软件解码后可能只有十几米，因此解决硬件抗干扰问题在很大程度上可减少软件解码的误码率。

1、收发模块：

早期常用的频率为47MHz，在这种频率下，很难有好的解决方法,这里采用目前国家允许无线遥控使用的频率315MHz。

2、单片机振荡频率：

大量MCS51教材中推荐大家使用的是12MHz及11.0592MHz的晶体，这些晶体在一般场合使用没有问题，但在此却不可以，它们在300MHz左右仍然能够产生较大的干扰，为解决单片机运行速度与电磁干扰的矛盾，建议采用频率4MHz或3.58MHz的晶体。

3、隔离：

为了有效抑制单片机对接收模块的电磁干扰，建议采用①电源隔离；

②端口隔离；

端口隔离可采用三极管或比较器。

实践表明，采用隔离的效果非常明显。

软件抗干扰：

根据流程图，如图5.1所示为其软件流程图。

大部分人都可以编出系统软件，并可以轻而易举地实现电路的逻辑功能，但是装机后会发现在强干扰状态下系统工作不稳定。

当然，采取一些

图5.1软件流程图

常用的抗干扰措施，如刷新I/0口能够起到一定的效果，但不能解决以上提到的问题。

经过仔细分析，认为是系统接收到错误的按钮信息，故执行了相应的操作，所以应该从识别PT2272输出的数据入手去解决根本问题。

干扰产生的原因在软件处理方面，我们一般是通过判断PT2272的VT脚17是否为高去判断是否有新的按钮按下，若为高，则我们就转去判断PT2272的DO-D3确认是那个按钮按下，但其中忽略了一点，即:

若这些数据脚受到干扰，则系统错误判断而运行不正常。

解决的方法由于干扰脉冲属于窄脉冲，故可以通过软件的方法滤去干扰从而有效地解决该问题。

即:

我们只有在接收到PT2272