无线电遥控器系统设计.docx
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无线电遥控器系统设计
目录
中文摘要……………………………………………………………………………1
绪论……………………………………………………………………………2
第一章概述………………………………………………………………………3
一、无线遥控器………………………………………………………………3
二、无线遥控器的类型………………………………………………………4
三、无线遥控器的应用领域…………………………………………………5
第二章无线电发射装置…………………………………………………………7
一、无线电接收发射模块……………………………………………………7
二、无线电的发射装置………………………………………………………9
三、无线电发射单片机的C语言程序………………………………………10
第三章无线电接收装置…………………………………………………………11
一、无线红外接收电路………………………………………………………11
二、红外线接收原理…………………………………………………………12
三、无线电接收单片机的C语言程序………………………………………13
第四章直流稳压电源设计………………………………………………………15
一、采用三端集成稳压电源实现……………………………………………15
二、电路的原理………………………………………………………………15
第五章课程总设计………………………………………………………………18
一、课程设计目的……………………………………………………………18
二、要求及技术参数…………………………………………………………18
三、课程的总设计……………………………………………………………18
四、课程设计的总程序………………………………………………………23
结论……………………………………………………………………………26
致谢……………………………………………………………………………26
参考文献……………………………………………………………………………27
无线电遥控器系统设计
【摘要】随着电子科学技术的发展，遥控遥测技术在高科技研究、工农业生产、通信技术、军事技术、家用电器等诸多领域得到了广泛地应用。
特别是随着各类遥控专用集成电路不断问世，使得各类遥控设备的性能更加优越、可靠，功能也更加完善。
该系统设计主要是围绕无线电遥控的相关理论和应用进行研究。
该遥控装置采用晶体稳频脉冲调幅发射机，电路较简单，频率稳定度高，发射的是间断的28MHZ等幅载波。
接收机采用自熄式超再生检波方式，检波级工作在非线性工作状态，具有间歇高频振荡和检波双重功能，接收灵敏度较高。
检波后的沙沙噪音为超再生电路所特有的。
它采用的是89S51单片机对其进行控制，它的有效控制距离不低于30M可以用来进行汽车模型、舰船模型、家用电器等的遥控。
【关键字】：
无线电频率发射机接收机单片机
Withthedevelopmentofelectronicscienceandtechnology,remotetelemetrytechnologyinthehightechnologyresearch,industrialandagriculturalproduction,communicationtechnology,militarytechnology,householdappliancesandmanyotherfieldshasbeenwidelyused.Especiallywiththeadventofvariousremotecontrolapplicationspecificintegratedcircuitcontinuously,makingtheperformanceofvarioustypesofremotecontroldevicesismoresuperior,reliable,andmoreperfect.
Thesystemisdesignedmainlyaroundtheradio-controlledapplicationofrelevanttheoriesandresearch.Theremotecontrolusespulseamplitudemodulationtransmittercrystalfrequencystabilizationcircuitisrelativelysimple,highfrequencystability,emissionisintermittent28MHZamplitudecarrier.Super-regenerativedetectorreceivermeansusingself-extinguishingtype,detector-levelworkinthenonlinearworkingconditions,withintermittenthighfrequencyoscillationandthedualfunctionofdetector,thereceiversensitivityhigher.Afterrustlingnoisedetectorforthespecificsuper-regenerativecircuit.Itusesthe89S51microcontrollertocontrol,itseffectivecontroldistanceofnotlessthan30Mcanbeusedforcarmodels,modelships,homeappliancesremotecontrol.
【keywords】:
RadioFrequencyTransmitterReceiverMonolithicintegratedcircuit
绪论
无线电遥控就是利用电磁波在远距离上，按照人们的意志实现对物体对象的无线操纵和控制，这种无线控制的方式就叫做无线电遥控。
无线电遥控遥控技术的诞生，起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立，真空电子管的发明使得无限电技术的应用和普及很快应用在民用和军用等各个领域。
在第一次世界大战时，无线电遥控应用较多的是在军事上，将遥控装置安装在鱼雷，当鱼雷发射后利用遥控鱼雷去攻击敌方的船只和舰艇，使得鱼雷的命中率大大的提高。
到了第二次世界大战时，纳粹德国又将无线电遥控系统安装在V——2火箭上，对英国伦敦进行了大规模的轰炸，在那时可以说无线电遥控技术发挥到了极至。
后来随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，现如今我们所知道导弹、卫星、航天飞机等高科技技术都是利用无线电遥控技术的结晶，它已经不再是军事领域唯一成员，我们的日常生活可以说是已经离不了无线电遥控，如：
遥控监视、报警、遥控电视、遥控玩具等等。
从无线电遥控的定义上看，所有能够实现无线遥控的控制系统，都应视为无线电遥控装置，为此我们按其发射和接收波谱频率上分，有音频声控、可见光控、红外线控、射频电磁波控和载频电磁波控等；按发射和接收的传输方式上分，有再生式、超再式、外差式、超外差式、等幅、调幅式和调频式等等；如果按发射和接收的载体性质上分，有单音频式遥控、双单音频式遥控、脉冲数字式遥控等等；如果我们按发射和接收的动作类型上分，有开关式、占空比式、脉宽式、脉位式、复合式、时分比例式和混合比例式等等；如果按发射和接收的通道数量上分，有单通道、双通道、四通道、八通道和十通道以上的多通道等等；如果再按发射和接收频率波长上分，有长波、中波、短波或低频、高频和甚高频等等；从发射和接收的电路组成上看，有分立元件、集成电路、模拟电路、数字电路、混合电路等等
第一章概述
一、无线遥控器
“无线遥控器”顾名思义，就是一种用来远程控制机器的装置。
现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。
时至今日，无线遥控器已经在生活中得到了越来越多的应用，给人们带来了极大的便利。
随着科技的进步无线遥控器也扩展到了许多种类，简单来说常见的有2种，一种是家电常用的红外遥控模式（IRRemoteControl），另一种是防盗报警设备、门窗遥控、汽车遥控等等常用的无线电遥控模式（RFRemoteControl）。
传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技术，但是随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。
继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
由于红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电波，同时红外发射接收范围窄，安全性较高。
红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。
当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，由于其灵活性较低，应用范围有限。
所以采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。
二、无线遥控器的类型
（一）红外遥控器
家用红外遥控器红外遥控器（IRRemoteControl）是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。
常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。
发射部分的主要元件为红外发光二极管。
它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。
接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。
在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。
由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红外接收头。
成品红外接收头的封装大致有两种：
一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。
均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VOUT）。
红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。
成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。
但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。
红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。
在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。
也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。
由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。
因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。
（二）无线电遥控器
发射与接收控制器模块无线电遥控器（RFRemoteControl）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。
这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。
作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。
常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分。
发射部分一般分为两种类型，即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、物尽其用，但使用者必须真正懂得电路原理，否则还是用遥控器来的方便。
接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。
超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频（一般为465kHz）信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。
由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。
超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。
无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz，遥控器使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。
我国的开放频段规定为315mHz，而欧美等国家规定为433mHz，所以出口到上述国家的产品应使用433mHz的遥控器。
无线电遥控器与红外遥控器的区别（ThedifferencebetweenIRandRFRemoteControl），红外遥控和无线遥控是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性、不能有阻挡、距离一般不超过7米、不受电磁干扰，电视机遥控器就是红外遥控器；无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是无方向性、可以不“面对面”控制、距离远（可达数十米，甚至数公里）、容易受电磁干扰。
在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决。
三、无线遥控器的应用领域
（一）每年产量的40%左右；特别是冶金、汽车制造、造纸厂、物料仓库等新增行车几乎全部配备工业无线遥控器。
（二）汽车吊、随车吊：
通常，大型汽车吊遥控系统还配置了数据反馈装置，反馈装置可将运行参数（如负荷、起重臂长、负荷力矩、油温，压力，角度等）显示在发射系统显示屏上，操作人员可根据显示数据来监控吊车。
（三）混凝土泵车：
混凝土泵车操作时因控制台距浇注作业面有几十米（甚至上百米），传统的操作方式需数人配合才能完成，由于效率低，限制了混凝土泵车的性能发挥；对于长距离、大排量的大型泵车，矛盾更为突出；采用工业无线遥控器可以最大地发挥整机的性能，泵车司机在工作地点驾车定位后，即可用携带遥控系统依次操作泵车的各个动作，如布料杆的左右回转，多级杆的变幅升降等。
操作人员可携带发射系统，远离泵车控制台，直接站在软管喷口附近，控制布料杆的动作和混凝土泵的运作。
（四）矿山机械：
对于矿井里能见度较低的场合下，可选用配有反馈装置的工业无线遥控器控制液压机械。
即使在能见度较低、环境恶劣的地方，也可以方便控制重型凿岩机架钻孔作业。
操作员可以选择最近的地点对位钻孔，而不必呆在距钻孔作业点十米以外的钻孔机的操作台上。
无线电控制装置采用IP65保护标准完全适应在潮湿和含盐的环境中使用。
大大增加了操作的安全性、舒适性和准确性，节约投资，提高了效率。
（五）专用机械如：
炼钢厂清渣装载机，采用工业无线遥控器对装载机进行遥控改造，在不改变现有手动操作方式的前提下，百分之百模拟原履带装载机的机械动力性能和作业功能，达到无人驾驶完成清渣作业的目的。
操作员带着轻巧的发射机，自由选择最佳的视觉位置，遥控的装载机在清渣作业中运行自如。
遥控装载机的成功运用消除了以往环境恶劣，视线不清，高温落渣带来的事故隐患，使操作人员从恶劣的环境中解脱出来，提高了清渣作业效率、改善冶金工人的工作环境，降低工人的劳动强度。
（六）建筑塔吊：
在欧洲、北美超过60%的建筑回转式塔吊采用无线遥控方式控制，不仅在设备制造时节省成本（无空中操作台），安全性和可靠性也得到充分保障，提高了施工效率。
第二章 无线电发射装置
接收机是安装在车模或船模上用来接收无线电信号的。
它会处理来自遥控发射机的无线电信号，将所接收的信号进行放大、整形、解码，并把接收来的控制信号转换成执行电路可以识别的音频信号或是数字脉冲信号，传输给车模上或船模上的其他电子部件，如：
舵机电路、电子调速器电路等执行机构，这样一来我们的车模或船模，就会通过这些执行机构来完成我们所发出的动作指令。
由于接收机是装在模型飞机上、车上或船上的，一般都尽量做得很小巧，有两个火柴合大小，重量仅几十克，但大都为具有很高的灵敏度，性能低一些的接收距离也有几百米，而好的却能接收千米外发射来的无线电信号。
接收机一般都要与发射机配套使用，通常使用专用的电池组或使用六伏直流电源（4节5号电池）。
一、无线电接收发射模块
（1）发射模块设计方案：
方案一：
简易红外遥控电路
红外发射部分
图2-1
考虑到本方案电路是简单的单通道遥控器，可直接产生一个控制功能的震荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。
红外接收部分
图2-2
当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。
方案二：
单片机控制器模块
采用目前比较通用的51系列单片机。
此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见价格便宜且技术比较成熟容易实现。
方案三：
采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心。
综上所述通过比较三套方案，方案一未采用单片机控制，功能过于单一，仅能对一路电器进行简单的遥控；方案二和方案三的红外线发射/接收控制电路采用单片机来实现，电路简单，实用性强。
方案二采用的是51单片机；方案三采用的是凌阳16位的单片机。
凌阳16与51单片机相比，SPCE061A具有更加丰富的资源，有32个可编程的I/O口，14个中断源。
但考虑到本设计没有用到如此多资源且价格贵，市场比较少见，技术不稳定。
因此采用第二种方案，利用红外线来实现无线电的接收和发射功能。
28MHz载波实现
利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。
以下是对产生28MHz载波的单片机软件与硬件电路进行比较。
单片机T0定时产生28MHz载波
电路原理:
STC89C52RC定时器T0产生周期性的26.3us的矩形脉冲,即每隔13us，定时器T0产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的28MHz脉冲信号。
计算公式如2-1所示，脉冲图如图2-1所示。
T=1/28MHz
28MHz载波
图2-328MHz载波信号
二、无线电的发射装置
（一）红外发射二极管的主要技术参数
SIR333是GaAlAs红外发射二极管，其特点是体积小、功耗低、高发射强度、高可靠性、发射角度45°、SIR333管子直径5mm。
广泛应用于仪器、仪表、电气设备近距离红外数据传输、电视机、空调机等家用电器红外遥控信号发射其红外发射距离为10--30米。
（二）红外数据发射电路的设计
在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十mA（对应mW级发射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管（又称电光二极管）。
软件编程将数据从P3口第6脚（P37）将数据输出。
T0定时产生38KHz载波信号。
红外数据射发射电路图如3-10所示。
图2-4红外发射电路图
三、无线电发射单片机的C语言程序
//=================================================================
//用P2.5输出,
//==================================================================
//发射函数：
voidfs（要发射的数组名，要连发元素的个数，起始发射元素）=
//==================================================================
#include
#include
main（）
{
uintf,g,a;
TMOD=0x02;
TH0=0xf3;
TL0=0xf3;
while
（1）{
for（a=0;a<16;++a）{
for（P33=1;P33==1;）;
for（f=0;f<200;++f）{
for（g=0;g<100;++g）;
}
fs（tab,a）;
}
}
}
第三章无线电接收装置
在生活中，我们常用到红外线控制各类电器，如彩电、空调、电风扇等。
为我们带来较多的方便。
但有时我们仍感到不方便。
如看完电视后，用遥控器只能关掉电视主电源，电视仍处于待机状态。
使用者还得走到电视跟前．按下电视电源开关方能放心。
若想看电视。
还得动身开电视，显得很麻烦。
尤其是冬天躺在床上看电视，上上下下，深感不便。
一、无线电红外接收电路
LT0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0kHz。
接收器对外只有3个引脚：
OUT、GND、VCC与单片机接口非常方便，如图3-11所示。
1脚接电源（+VCC），2脚GND接系统的地线（0V），3脚脉冲信号输出，经非门U6缓冲与P24的判断信号进行逻辑与使得进入INT0的信号恰好是红外数据发射电路输出端P25的相反相信号，只要检测到INT0信号下降沿从而测出控制指令的功能。
LTO038内部结构图
内部电路
VSS
OUT
前置放大
GND
控制电路
解调电路
带通滤波器
增益控制
图3-1LT0038内部结构工作流程
二、红外线接收原理
LT0038接收原理
红外线接收是把遥制发送的数据（已调信号）转换成一定格式的控制指令脉冲（调制信号、基带信号），是完成红外线的接收、放大、解调，还原成发射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号。
这些工作通常由一体化的接收头来完成，输出TTL兼容电平。
最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输。
当红外接收头没有接收到发射器发送来的红外线．其输出端输出高电平（约+5V）。
当接收到红外线，输出端电平变低．送到单片机AT89C2051的外部中断1口即INT1，使其发生中断而进入中断服务：
启动定时器1并开M-I-数。
相当于在图1的A点．1个周期后即C点。
单片机第二次中断。
关定时器1．记下周期T1（实际上只记下TH1的数值。
TL1的值可以丢弃）。
然后清TH1、TL1，再启动定时器1重新计数，第二个周期完后，同样会引起单片机发生中断．再记下周期T2'…一，如此记下40-50个周期（一般红外编码为4字节．即32BIT．之前还有引导码。
又因接收到的红外数据不一定是
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