无线遥控小车系统设计.docx
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无线遥控小车系统设计
1绪论
由于新型大规模遥控集成电路的不断实现，使遥控技术有了日新月异的发展。
目前在无线遥控领域常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控灯。
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，因此他的控制可以再很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式。
选用集成码芯片和发射接收模块设计并制作四路无线遥控开关，该设计总体电路简单、易于制作，且工作稳定可靠。
1.1无线遥控技术现状
无线遥控，即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号。
通过无线传输，在受控端经解码等处理形成相应的控制操作。
无线控制方式多种多样，可以根据不同的应用需要采用适宜的方式。
各种遥控方式的不同，主要在于信息的编码处理方式和信息的传输方式。
所传信息的形式以及信息量的大小决定采用何种信息编码和处理方式，而信息传送的距离决定采用何种传输方式。
在编码方式上，目前在简单信息的遥控中常采用的是PCM方式和DTMF方式。
这两种方式均具有实现简单、可靠性高的优点。
对于复杂以及大量信息的遥控，可以采用相应的信号处理方式，经过适当的信源信道编码以及数字调制等处理来生成易于传输的信号。
对于这些编码处理方式，可以根据系统功能需要进行灵活选择。
在传输方式上，对于近距离遥控，可以采用基带传输。
对于远距离遥控，需要选择适当的调制方式，进行频带传输。
目前常用的调制方式有幅度调制，频率调制和相位调制三种。
对于不同形式的基带信号，又可以分为模拟调制和数字调制。
对于各种调制方式的选择，可以根据基带信号的形式，传输的带宽限制等因素决定。
对于无线遥控技术，当前基本上通过以下几种方式实现：
红外遥控方式，无线电遥控方式，超声波遥控方式和声音遥控方式。
红外技术出现比较早，成本低，价格也具有优势。
红外遥控具有以下优点：
控制内容多，抗干扰能力比较强，不会发生任何误动作;响应速度快，不会对其他电器产生干扰从而影响用户使用；体积小，成本低，功耗小，与其他方式相比可以降低功耗90%，但是他的缺点也很明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备处于一定的角度范围，中间不能有任何物品，否则就会阻挡红外线的传输，因为红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体，这在日常使用中经常会造成不便，毕竟用户不希望只能在一定的角度范围内才能对对象进行操作，之外红外线方式也容易受到外界干扰。
超声波遥控方式当中的超声传感器频带窄，能携带的信息量少，易于受干扰而引起误动作，同时该种方式作用距离短，通用性强可以互换因而不适合在灯具遥控中运用。
声音控制方式通用性强，作用距离短，声音携带的信息量少，易受干扰而引起误动，它适合于像声控电灯开关的场合。
无线电作为新一代的信息传送方式，具有绕射和穿透特性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以不受角度，方向和障碍物的限制而自由使用。
并且采用特定的编码解码技术可以防止无线电波的相互干扰，抗干扰能力强。
1.2课题研究的意义
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。
到现今，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，使遥控技术有了日新月异的发展。
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。
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，我们在前人研究的基础上探索出了一种可编程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。
2.PT2262/PT2272编码解码芯片原理简介：
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。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，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，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
PT2262/PT2272特点：
1.CMOS工艺制造，低功耗
2.外部元器件少
3.RC振荡电阻
4.工作电压范围宽：
2.6-15v
5.数据最多可达6位
6.地址码最多可达531441种
PT2262/PT2272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
2.1.PT2262管脚图及管脚介绍
图2-1PT2262引脚图表2-1PT2262管脚说明：
名称
管脚
说明
A0～A11
1～8、10～13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，“f”（悬空）
D0～D5
7～8、10～13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
DOUT
17
编码输出端（正常时为低电平）
PT2262相关参数
表2-2PT2262极限参数（Ta=25℃）
参数
符号
参数范围
单位
电源电压
Vcc
2～15.0
V
输入电压
Vi
-0.3～Vcc+0.3
V
输出电压
Vo
-0.3～Vcc+0.3
V
最大功耗（Vcc=12V）
Pa
300
mW
工作温度
Topr
-20～+70
℃
贮存温度
Tstg
-40～+125
℃
表2-3PT2262电气参数（除非特殊说明Tamb=25℃VDD=12.0V）
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
电源电压
Vcc
2
12
V
电源电流
Icc
Vcc=12V振荡器停振A0～A11开路
0.02
0.3
μA
Dout输出驱动电流
IOH
Vcc=5V,VOH=3V
-3
mA
Vcc=8V,VOH=4V
-6
mA
Vcc=12V,VOH=6V
-10
mA
Dout输出陷电流
IOL
Vcc=5V,VOH=3V
2
mA
Vcc=8V,VOH=4V
5
mA
Vcc=12V,VOH=6V
9
mA
2.2.PT2272管脚图及管脚介绍
图2-2解码电路PT2272引脚图
表2-4PT2272管脚说明
名称
管脚
说明
A0～A11
1～8、10～13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，“f”（悬空），必须与2262一致，否则不解码
D0～D5
7～8、10～13
地址或数据管脚，当做出数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能输出与2262数据端响应的高电平，否则输出为低电平，锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端；
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
17
解码有效确认输出端（高低）解码有效变成高电平（瞬态）
PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。
M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。
后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。
2.3PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改：
在通常使用中，我们一般采用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，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。
3系统的组成结构原理与设计
整个开关系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。
系统组成结构框图如图1所示。
图3-1无线遥控开关系统框图
开关系统的工作原理是首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动指令编码电路，指令编码电路在内部电路的控制下产生带有地址编码信息和开关状态信息的串行脉冲信号，该信号对无线电发射电路进行调制发射。
无线电接收电路将接收到的串行脉冲信号解调后通过指令译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。
如果是，则对输入信号进行译码并输出数据，同时指令译码电路数据有效输出端输出一脉冲信号，该信号作为信号处理控制电路被触发激活后，识别由指令译码电路传送来的开关状态信息，并通过控制逻辑发出对应的控制指令，以控制对应开关动作；否则，指令译码电路不译码，信号处理控制电路不响应，开关电路保持原有的状态不变。
3.1无线发射系统
发射系统主要由按键电路、编码电路和无线电发射电路组成。
发射系统的电路原理如图2所示。
发射系统主要功能是将按键电路的信息进行编码后得到编码脉冲信号，此信号调制无线发射电路并发射出去。
图3-2发射系统电路图
编码电路采用编码芯片组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6561种不同寻址，本开关系统将地址均接地。
D0～D3端是数据输入端，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。
在无线电发射电路中采用一种新颖射频发射模块HS101，他具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，内部有发射天线和一个280MHZ载波振荡器，其载频受PT2262编码器输出的脉冲数码调制。
发射器的按钮SB1,SB2,SB3,SB4分别对应编码集成电路的D0,D1,D2,D3数据输入，当按下SB1键时，按下信号经D0进入PT2262编码，编码脉冲输出去调制发射HS101模块的载波信号后，发射出去。
HS101输入端IN平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过HS101的工作电压。
如需更远的可靠距离，可以再HS101的输入端增加一级射频功率放大器。
当发射系统没有键按下时，PT2262不接通电源，其17引脚为低电平，发射模块HS101不工作，发射电流为零。
当发射系统有键按下时，PT2262得电工作，其弟17脚输出经调制的串行数据信号；当17引脚为高电平期间，PT2262的发送控制端有效时，17引脚输出的编码脉冲信号对HS101进行调制发射。
3.2无线接收系统
接收系统主要由无线电接收电路、解码电路、继电器电路、开关电路组成。
接收控制系统的电路原理如图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编码，解码后的数据控制相信的开关进行动作。
图3-3接收系统电路原理图
无线电接收电路采用与射频发射模块HS101相配套的射频接收模块HS201.HS201具有较宽的接收带宽，极低功耗，可长期处于守机状态。
HS201输出端口直接与PT2272的数据输入端口连接。
解码电路采用编解码芯片组PT2262/2272中的解码芯片PT2272。
该芯片内部有地址解码、振荡和系统定时、数据检测、同步检测、控制逻辑、译码逻辑电路。
PT2272的A0～A7端是芯片的地址码设置端口，只有接收端的地址码和发射断的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。
解码芯片PT2272将数据输入端接收到的信号，经内部电路解码辨识确认。
如果所接收到得信号地址码和本地值码相同，D0～D3输出信号控制继电器电路，从而控制响应的开关电路动作。
否则，解码芯片不解码，继电器电路不相应，开关电路保持原有的工作状态不变。
发射器的按钮SB1,SB2,SB3,SB4分别对应接收器接收解码集成电路PT2272的D0,D1,D2,D3数据输出，当按下SB1键时，接收模块HS201收到编码信号后，经内部解放大整形后由OUT端输出，再送至PT2272的DIN管脚进行解码处理。
若编码和指令信息与PT2272所设定的地址码一致时，解码有效端与对应的数据输出端D0均输出高电平，松开SB1键时，均恢复低电平。
所以按下发射器SB1键时，接收器PT2272的D0和DOUT管教输出高电平，其对应的三极管导通，故产生一个负脉冲，此负脉冲经加到双稳态触发器，使双稳态触发器发生翻转，继电器吸合，完成一次开关动作；如再次按发射器SB1键，双稳态触发器又翻转一次，继电器释放，完成一次开关动作。
所以按动发射器SB1键，可以完成第一路电器电源同短。
若按动发射器SB2键，接收器PT2272的D1和DOUT管脚输出高电平，其对应的三极管导通，所产生的负脉冲可以触发第二路双稳态触发器翻转，继电器吸合或释放，从而以完成第二路电器嗲远通断操作。
SB3和SB4分别完成第三和四路电器电源通断操作。
4.系统性能优化
4.1提高可靠性
无线通信的一个关键问题是数据传输的可靠性，这取决于诸多因素，比如频率选择，同频率干扰，传输距离和天线的选择等等。
这些在设计无线通信系统的时候都必须认真的考虑和比较。
系统必须保证一定的可靠性。
在适当提高成本的基础上尽量选用高可靠性能的元器件。
PT2262与PT2272就是为了提高信号传输的可靠性而选用的。
4.2提高抗干扰性
一个无线电系统，常见的干扰有：
电台干扰、工业干扰、天线干扰和宇宙干扰。
电台干扰是指其他无线电发射设备所产生的干扰。
工业干扰是指各种各样的电器设备所产生的。
天线干扰是指大气中各种电磁现象所引起的干扰。
宇宙干扰是指来自宇宙间各种天体的辐射。
为减少这些干扰，采取了如下措施：
选用合适的工作频率，减少由于广播电台对系统造成的干扰。
调制方式选用抗干扰能力强的FSK调制方式。
对于芯片闲置的引脚，在不影响系统的逻辑功能的情况下接地或接电源。
布线时，电源线和地线尽量粗。
5实际应用电路联接
接收器所需24V工作电源可采用电容降压、桥式整流和稳压二极管简易稳压电路供给，24V电源主要供4组双稳态触发器和4个继电器用电，此直流再经7806三端稳压器稳压后供接收模块、解码器与负脉冲产生器用电，以保证解码器电路正常工作而不受电压波动影响。
继电器触点与控制电器的连接方式有单控和双控两种方式：
单控接法是直接用继电器触点控制被控电器，这样只能用遥控发射器控制电器电源的通断；
双控接法是将继电器的触点与墙壁开关（必须1×2开关）串联相接，这种连接可以保证遥控器与墙壁开关都能控制同一电器电源的开与关。
结论
本系统设计的最初要求是，通过按键操作，能够实现远距离上的四路控制。
被控设备用LRD分别代替，LED发光表示被控对象工作。
本系统基本能够实现这些功能，在发射机与接收机相距20米的范围内可以进行可靠控制。
但是任何一个项目不是十全十美的，本系统设计时只是出于一种简易的遥控系统设计的思想出发，所以该项目也可以进一步完善。
由于在系统开始设计的时候就考虑了系统以后的扩展问题，因而可以从以下几个方面进行改进：
1.进一步降低接收机的静态功耗。
2.增加遥控距离，由于稳定的遥控距离只有20米，依然比较短，所以在保证接受灵敏度和满足用户实际操作的基础上，进一步增加遥控距离。
3.可以把LED代替的被控对象换成其他元件，比如点风扇之类的，并稍微对电路图进行改进，以适用实用的功能。
4.可以对PT2262编码器输入端采用静态地址码输入，以适应更高性能更复杂的系统要求。
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