无线遥控器.docx
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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
ThiswirelesscontrolleradoptTX-2B/RX-2Bcontrolthekeystocodinganddecodingseparately.Thetransmitpartthroughseriescrystaloscillatorgeneratecarrier-wave,whichisASKmodulatedbybase-bandsignaloutofcoding.TheremotereceivepartthroughPRCtofrequencyselect,thenthoughself-extinguishregenerativedetection.ThekernelofthereceivecontrolisAT89S52,whichcontroltheon-offofsevenLightEmittingDiodesandadjusttolightnessoftheelectricbulb.Aftertested,thewholesystem’sfunctionisverycomplete,everydemandcanberealizedbasicly.Theremotereceivedistancereachsevenmetersupwards.
Keywords:
coding/decodingASKregenerativedetection
目录
1、设计要求·························································2
1.1任务······················································2
1.2要求······················································2
1.3说明·······················································2
2、方案论证与比较···················································3
2.1系统设计方案················································3
2.2发射机载波信号产生电路的设计方案论证与选择···················3
2.3调制方式方案论证与选择·······································4
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
3.1.1TX-2B编码芯片介绍·······································7
3.1.2发射机的按键控制与编码电路·······························8
3.2发射机晶体振荡器和ASK调制电路设计····························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
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：
fo=30～40MHz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
（1）8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。
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
，式中
。
但其调试比较复杂。
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。
采用晶体振荡器电路简单，容易实现，且振荡频率稳定。
图3串联型晶体振荡器电路结构
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，实现方法简单，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。
图5ASK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0.3~5kHz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1～8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。
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一2B／RX一2B组成的编码/解码电路。
TX一2B／RX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（Vcc=2.5～5.0V），工作稳定可靠。
具有5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一2B／RX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一2B／RX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
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
3.1.1TX-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1TX-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
图10TX-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1，4，5，6，14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。
⑧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码脉冲波形输出。
ROSC的选值范围为100～500kQ。
⑩脚为发射状态指示端，通过外接发光管LED来指示发射状态
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。
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-2B，PC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。
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。
L1,C3,Q1,C1组成超再生接收电路。
C1为超再生正反馈内容。
R1,R3,C7决定超再生的熄灭电压。
解调信号经R5,C8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
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2RX-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16RX-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引脚输入解调后的信号，RX-2B按键控制输出端的6，7，10，11，12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17RX-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阻，产生从小到大的电流强度，再通过三极管9012的电流放大作用，将三极管9012的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，灯泡第六级亮度是三极管Q2和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流之和，灯泡最亮。
图19八级亮度可调的灯泡
（3）数码管显示灯泡亮度级数电路设计
BCD－七段显示译码、驱动芯片HCF4511简介
BCD－七段显示、译码、驱动芯片HCF4511的真值表如表3所示。
表3HCF4511真值表
LE
BI（低电平有效）
LT（低电平
有效）
DCBA
abcdefg
显示
×
×
0
××××
1111111
×
0
1
××××
000000
Blank
0
1
1
0000
1111110
0
1
1
0001
0110000
0
1
1
0010
1101101
0
1
1
0011
1111001
0
1
1
0100
0110011
0
1
1
0101
1011001
0
1
1
0110
0011111
0
1
1
0111
1110000
0
1
1
1000
1111111
0
1
1
1001
1110011
0
1
1
1010
0000000
Blank
0
1
1
1011
0000000
Blank
0
1
1
1100
0000000
Blank
0
1
1
1101
0000000
Blank
0
1
1
1110
0000000
Blank
0
1
1
1111
0000000
Blank
1
1
1
××××
﹡
﹡
注：
“×”表示可为任意值。
“﹡”当LE=0时保持BCD码原来的状态。
当BCD>1001时都为Blank（无显示）。
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