简易无线遥控系统设计.docx
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简易无线遥控系统设计
毕业设计（论文）任务书
题目：
简易无线遥控技术设计
任务与要求：
1.工作频率：
f=6～10MHZ中任一种频率；
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欧姆假负载上）；
4.遥控对象：
8个，被遥控设备用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
.
时间：
所属系部：
电子工程系
学生姓名：
学号：
专业：
电子信息工程技术
指导单位或教研室：
指导教师：
职称：
摘要
简易无线电遥控系统是利用高频信号将调制信号经由发射端天线送出，在接收端经接收天线接收，再经过解调和解码恢复原信号用来控制发光二极管的亮灭。
本文设计的无线电遥控控制八路LED就是对无线电遥控技术的一个小应用。
设计主要由发射系统和接收系统两部分组成。
通过FSK数字调制方式将信号调制成高频信号发送到接收装置，再经由解调芯片解调还原出有用信号，对电路进行控制。
其中信号的发射和接收及如何从载频中解调出有用信号是本次设计的要点。
发射系统采用FSK数字调制方式，本地振荡采用西勒振荡方式，调频采用变容二极管直接调频法。
发射部分的控制键信息首先由CD40147优先编码器转化为一并行数据码，再由MC145026进行串并码转换后在变容二极管两端进行制。
接收部分采用的是集成混频，解调芯片MC3361。
由天线接收到的高频信号经过一级功放后与本振（即晶振8MHz）进行混频，由一个陶瓷低通滤波器和LC振荡回路选出500KHz的中频信号后再输入芯片内解调。
解码部分由MC145027构成。
设计大体可分为：
遥控发射器
信道
接收器
控制电路控制LED灯。
设计的目的主要在于突出实用，经济，简单并在10～20米范围内完成遥控。
关键词无线电；高频信号；调制解调
Abstract
Easyontheremotecontrolsystemisofhighfrequencysignalstheendofthemodulatingsignalsentbytheaerial,thereceivingendofthereceivingaerialthepastdemodulatesanddecodestoreinstatethesignallightandbright.
ThedesignoftheremotecontroleightLEDtothewirelessremotecontrolofalittleapplication.Designedprimarilybythesystemandreceivethesystemoftwoparts.BymixedsignalsFSKdigitalformofhighfrequencymodulation,asignalsentbythereceivingdevice,anddemodulationchipdemodulatesrestoreauseful,acontrolsignalcircuit.Thesignalsentandreceivedfromthecarrierfrequencyanddemodulationofasignalisusefulinthedesign.
FSKthesystemusesadigitalmodulation,alocaloscillationsthewesttooscillating,FMthetransfigurationanddirectFM.ThepartofthecontrolkeyinformationfromCD40147firstpriorityencoderintoaparalleldata,fromastringandconvertMC145026codeatthetransfigurationandmakebothends.ReceivepartoftheintegrationanddemodulationMC3361getfrequencyofthechips.TheaerialfromthehighfrequencysignalspassingPoweramplifierwiththeleveloftheflatted（IsCrystaloscillator8MHz）togetalowfrequency,fromchinatofilterandachoiceofLCoscillations500KHzmiddlefrequencyinputsignalanddemodulationofthechip.DecodedbyMC145027form.
Designageneralremotecontrolcanbedividedinto：
LauncherchannelsinkcontrolcircuitcontrolLEDlights.Thedesignofthechiefpurposeistohighlightutilityandtheeconomy,simpleandcompletedwithinthescopeoftheremotecontrolintentotwentymetres.
Keywords:
Radio；Highfrequencyradiosignals；modulationdemodulates
目录
1绪论1
1.1无线电通信的的发展1
1.2通信系统的基本概念1
1.3无线电遥控原理和特点1
2方案的论证与确定2
2.1简易无线电遥控系统方框图2
2.2无线信号传输部分3
2.2.1调制方式的选择:
3
2.2.2发射机主振电路型式的选择4
2.2.3发射机功放电路的选择4
2.2.4接收机高频放大器的选择4
2.2.5接收机解调器4
2.3控制部分4
3电路的设计与计算5
3.1调制与解调的实现5
3.1.1调制的原理：
5
3.1.2调制6
3.1.3解调6
3.2发射机部分：
8
3.2.1发射机的按键控制与编码电路设计：
8
3.2.2发射机的调频振荡器和功率放大电路设计9
3.3接收机部分12
3.3.1.接收机高频放大电路设计12
3.3.2鉴频电路设计12
3.3.3比较电路设计12
3.4数字系统部分13
4测试结果17
5.系统性能及特点17
结束语18
参考文献19
1绪论
1.1无线电通信的的发展
19世纪末,出现了无线电报。
20世纪初，电子管的出现使无线电话成为可能。
从20世纪60年代以来，随着晶体管集成电路的出现和使用，无线电通信迅速发展，无线电话、广播和传真通信相继推出现并发展起来。
进入20世纪80年代以来，随着人造卫星的发射，电子计算机大规模集成电路和光导纤维等现代科学技术成果的问世和应用，特别是数字移动通信技术的快速发展，进一步促进了微波通信、卫星通信、光纤通信、移动通信和计算机通信等各种现代通信系统大的竞相发展以满足人们在各方面越来越高的要求。
1.2通信系统的基本概念
通信是信息传输或交换的过程。
这个过程可以是单向的,如:
广播、电视通信;也可以是双向的,如:
电话通信、对讲机通信等。
通信系统，是指完成通信这一过程的全部设备,软件和传输媒介的总称。
需要指出的是:
通信软件在现代通信系统中的地位越来越重要,可以代替其硬件电路,使通信系统的功能变的更强大,设备体积更小等特点。
通信系统的基本模型：
1.3无线电遥控原理和特点
常见的遥控电路一般有如下几种类型：
声控、光控、无线电遥控等等。
声控就是用声音去控制对象动作，一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音，通过电路放大驱动后级电子开关动作。
为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。
简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化，传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等（早期生产的玻璃壳封制晶体管，刮掉外面黑色遮光油漆后就是一个不错的光敏管。
）。
这个光源既可以是可见光，也可以是红外线等不可见光源，不同的光敏元件有着不同的光谱。
复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，应用极其广泛如：
遥控电视机、功放音响、VCD录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。
现在有许多居民楼的走廊照明灯都采用了光控与声控相结合的电路，利用路过的人发出的脚步声、谈话声或其他声音去触发照明灯的声控电子开关，用光控电路使得照明灯在白天自动关闭停止响应。
无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点，光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空！
它由发射电路和接收电路2部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。
所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。
根据其发射的高频波形有等幅、调幅、调频、数字脉冲发射机，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。
2方案的论证与确定
根据要求，设计需有两部分组成：
一是无线信号传输部分，二是控制部分。
下面分别从这两个方面阐述方案的设计思想。
2.1简易无线电遥控系统方框图
（a）发射机电路方框图
（b）接收机电路方框图
2.2无线信号传输部分
2.2.1调制方式的选择:
AM（调幅发射）只能用于单通道控制，线路简单发射效率高但是抗干扰性极差。
用固定的音频频率去调制高频发射波的幅度（所谓调制，就是使发射的高频电波随着音频频率的变化而产生相应变化的过程。
），使发射的高频电波幅度随着音频频率的变化而产生相应变化，这就是调幅发射。
它可以用不同的音频频率去控制不同的开关通道，所以可以做成遥控多通道控制电路。
由于调幅波的高频发射功率不能被全部利用，所以高频发射效率比较低，但是因为它采用了音频调制的方法，所以大大提高了抗干扰的能力。
如果用于调制的音频不是固定频率，而是直接用人的话音频率去调制高频发射波，那就是无线电对讲机了，发送接收的基本道理都一样。
如果用数字信号去调制高频发射电波，那发射的就是高频脉冲波即FSK。
接收电路虽然更复杂，但是各项技术指标均有提高，工作的可靠性、稳定性都是其他调制方式都是极好的。
FM（调频发射），用固定频率的音频去调制高频发射波的频率，使得高频发射频率随着音频频率产生相应的频率偏移。
因为调频发射发送的是高频等幅波（高频全功率发射），充分利用了高频发射功率，所以在发射机的高频发射功率相同的情况下，控制距离比调幅波远得多。
由于自然界里的干扰电波多数是调幅波，所以调频波的抗干扰性能也远远优于调幅波，缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂一些。
根据设计要求，控制对象为8个，且被控设备均用LED代替，LED发光表示工作。
被控制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。
优点:
系统设计简单、易于维护，成本很低，适于民用；抗干扰能力强。
缺点：
传输距离短。
2.2.2发射机主振电路型式的选择
正弦波振荡电路一般分为两种情况：
主振可采用晶体振荡或LC振荡。
设计要求载频为6～10MHz。
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率，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3调频时，实测三倍调频后的最大频偏为420Hz。
若采用专用调频晶体，价格又太高。
因此本设计选择了变容二极管直接调频的西勒电路。
既可以获得较大的频偏，又可保证一定的频率稳定度。
2.2.3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。
设计要求输出功率不大于20mW，假设天线特性阻抗为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。
2.2.4接收机高频放大器的选择
为保证接收机具有较高的灵敏度，选用具有较高灵敏度的低噪声高频晶体管2SC763。
为获得一定的电压增益，采用共射级谐振放大电路。
2.2.5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，在窄带语音与数据通信中有良好的镜频抑制能力。
2.3控制部分
控制对象是8路设备，均只有开关状态，并采用4位二进制码表示各控制状态。
ABCD=0000表示全部不工作。
为了便于码元的传输，需要对码元件进行再编码（一是进行并/串转换，二是加入一定亢余信息提高可靠性）。
经查资料，MC145026和MC145027是专门设计用于遥控电路中的编/解码器。
MC145026是一个具有5个地址编码和4位数据输入的编码芯片，可接收四位并行数据，再编码后串行输出。
在每一个编码周期中，发送两次数据，以提高可靠性。
MC145027解码器接受串行数据，前五位二元码是地址码，剩下的为四比特的二元数据码。
当收到的地址码与本地地址码相等时，并行输出数据码。
用MC145026和MC145027可以满足控制信号的再编码与解码。
3电路的设计与计算
3.1调制与解调的实现
3.1.1调制的原理：
调制电路与解调电路时通信系统中的重要组成本部分，调制是在发射端将调制信号从低频端变换到高频段，便于天线发送或实现不同信号源。
解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段，恢复原调制信号。
以下具体介绍FSK频移键控信号数字频带传输系统的工作原理。
频移键控是正弦载波的频率随数字信号变化而变化的数字调制。
在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在
和
两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。
二进制移频键控信号的时间波形如图3.1所示，图中波形g可分解为波形e和波形f，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。
若二进制基带信号的“1”符号对应于载波频率
“0”符号对应于载波频率
。
则二进制移频键控信号时域表达式为：
式中：
图3.1二进制移频键控信号的时间波形
3.1.2调制
二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。
图3.2是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图。
图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts间输出
或
两个载波之一。
图3.2数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图
3.1.3解调
二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法和相干解调方法，还有过零检测法等。
采用非相干解调和相干解调两种方法的原理如图3.3所示。
其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。
二进制移频键控信号的时间波形如图3.4，非相干解调过程的时间波形如图3.5所示。
（a）非相干解调;
（b）相干解调
图3.3二进制移频键控信号解调器的原理图
图3.4二进制移频键控信号的时间波形
图3.42FSK非相干解调过程的时间波形
3.2发射机部分：
3.2.1发射机的按键控制与编码电路设计：
键盘控制与编码电路由按键、CD40147和MC140526组成。
控制按键包括8个常开按键和一个单刀双掷拨键S，8个常开按键用来控制被选中对象的8种状态，拨键开关用来选择被控对象。
CD40147是一个10－4线优先编码器，在设中使用其对按键开关进行编码。
设计中采用的是4位二进制码表示各控制状态，为了便于码元传输，需要对码元进行再编码。
设计中利用MC145026对控制信号进行再编码。
MC145026是一个具有5个地址编码和4位数据输入的编码器芯片，能将并行输入的4位数据信号转换为串行的数字编码信号输出，以利于码元在无线信道中传输，且在每一个周期中，发送两次数据，以提高可靠性。
设计的键盘控制与编码电路如图3.1（下半部）所示。
由于发射机功耗较小，工作电流小于30mA，设计中采用一个三极管3DG12来作为整机的电源开关。
在按键未按下时，其处于截至状态，按键按下时处于饱和导通，电源接通。
3.2.2发射机的调频振荡器和功率放大电路设计
发射机的调频振荡器和功率放大电路如图3.1（上半部）所示。
调频振荡器采用由晶体管9018（
）与电容
、
、
、
与变容二极管
和电感
组成西勒振荡器电路形式。
振荡信号由
耦合到射极跟随器，然后送至功率放大电路。
在振荡器与功率放大电路之间加入了一级跟随器，主要起隔离和激励作用。
功放的工作状态为甲乙类，
、
给8050（
）提供偏压，输出匹配网络采用简单的T型网络，其中
与
和天线等效电容谐振与载频，
与
起起阻抗变换作用，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。
因此我们采用了变容二极管部分接入及变容二极管不外加反偏压的电路结构，电路如图3.2变容二极管电路所示。
图3.5变容二极管
图中，变容二极管的结电容为
，求得对回振主路的回振主路
为：
若调制信号引起的结电容变化为
，则引入主振回路的电容变化量为
，可求得由此变化为
式中，
，为主振回路总电容；负号表示
与
的变化相反。
本设计中
，可得
，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。
要得到足够的频偏，就要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。
在不加反偏压时可获得最大电容变化量。
由于无外加偏压，避免了有偏压变化引起的频率漂移，同时简化了电路。
发射机模块电路如图3.6：
3.3接收机部分
如图3.7所示，接收机的模拟部分可分为三大模块：
高频放大电路、鉴频电路、比较电路。
3.3.1.接收机高频放大电路设计
接收机高频放大器电路采用了典型电路，为一级共射极谐振放大电路形式，以获得一定的电压增益。
电路原理如图3.7（前半部）所示。
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。
3.3.2鉴频电路设计
接收机的解调器电路采用采用了MC3361。
MC3361是低功耗窄带调频中放电路，内含混频器、振荡器、调频限幅中频放大器、检波器、滤波放大器、扫描电路和带延迟的静噪触发及开关回路。
该电路的特点如下：
工作电源电压范围低［Vcc（min）=2.5V］；
功耗低（当Vcc=4.0V时，Icc=4.0mA）；
灵敏度高（-3dB限幅灵敏度的典型值为2.0μV）；
外围元件少；
推荐工作电源电压范围：
Vcc=2.5V～7.0V；
采用双列直插16脚塑料封装（DIP16）和微形的双列16脚塑料封装（SOP16）。
采用双列直插16脚塑料封装（DIP16）和微形的双列16脚塑料封装（SOP16）其本振为8MHz,与高放送来的信号进行混频，产生500kHz中频信号。
此信号通过窄带陶瓷滤波器（FL）送回MC3361进行鉴频。
MC3361的外围元件的确定参考了美国Motoroal公司的MC3361典型电路，省去了静噪部分。
3.3.3比较电路设计
码型在传输过程中可能出现畸变，所以应通过比较电路使信号恢复成只有高低电平的数字信号。
这样，提高了接收机的阿抗干扰能力，并与后级数字电路匹配。
比较器门限电压由鉴频器输出经RC低通滤波获得，其电压相当于信号中的直流分量电压。
此方法有一定的自适应功能，在实际应用中表现出较强的抗干扰能力。
3.4数字系统部分
因为本遥控系统的重点在于无线信号传输部分，所以本着这个思想就以以下原则来设计数字部分。
①在无线发射机内的控制部分尽量简单，接收机部分的受控设备也以简单明了的实现遥控功能为目的。
②能够实现规定的控制能力。
（1）编码部分
如图3.6下半部分所示，控制键包括8个常闭按键和一个单刀双掷拨键KI拨键用来选择被控对象，8个常闭按键用来表示被选中对象的8种状态
采用CD4014710-4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。
利用MC145026和MC145027对控制信号进行再编码和解码，以利于码元在无线信道中传输，MC145026产生占空比随传0、传1改变的单极性码，一组编码包括5位地址码和4位数据码。
设计中MC145026的地址码四位是设定的，另一位由拨键控制。
相应的MC145027才会有解码输出。
这样，可以用一片MC145026控制MC145027。
几种状态编码表如表如下：
编号
A
B
C
D
功能说明
1
0
0
0
1
一路工作，其余不工作
2
0
0
1
0
二路工作，其余不工作
3
0
0
1
1
三路工作，其余不工作
4
0
1
0
0
四路工作，其余不工作
5
0
1
0
1
五路工作，其余不工作
6
0
1
1
0
六路工作，其余不工作
7
0
1
1
1
七路工作，其余不工作
8
1
1
1
1
八路工作，其余不工作
（2）解码部分
如图3.7所示，在接收端用两片MC145027对解调后的信号进编码。
一片MC145027对应一个控制对象。
这在实际应用中是有好处的，被遥控设备可用独立的接收机来控制
（3）驱动部分
如3.8所示，LED工作电流小，采用74LS138译码输出直接用MC145027驱动小电灯的亮度调节，通过三个能提供不同电流的射随器相加实现。
接收机模块电路如图3.7所示：
图3.8接收机驱动电路模块
4测试结果
测试对象测试指标测试结果
输出功率﹤20mA
发射机发射电流﹤28mA
静态电流﹤50µA
接收机灵感度约10µA
电压增益约10倍
5.系统性能及特点
（1）发射机与接收机相距40m以内时可以进行可靠控制。
（2）系统特点：
①具有降低电源功耗的措施：
利用一个三极管控制发射机的电源，使仅在有键按下时才接通电源；采用CMOS集成电路，静态功耗低
②提高信道抗干扰能力的措施：
用MC145026和MC145027对控制信号再编/解码；利用频移键控的调制方式；接收机采用窄带滤波。
③被控设备能简单明了地体现遥控状态，而且便于扩展及实际应用。
参考文献
【1】历雅萍，电子技术课程设计
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