无线遥控器.docx

1、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AbstractThis wireless controller adopt TX

2、-2B/RX-2B control the keys to coding and decoding separately. The transmit part through series crystal oscillator generate carrier-wave, which is ASK modulated by base-band signal out of coding. The remote receive part through PRC to frequency select, then though self-extinguish regenerative detecti

3、on. The kernel of the receive control is AT89S52, which control the on-off of seven Light Emitting Diodes and adjust to lightness of the electric bulb. After tested, the whole systems function is very complete, every demand can be realized basicly. The remote receive distance reach seven meters upwa

4、rds. Keywords: coding/decoding ASK regenerative detection目 录1、设计要求2 1.1 任务2 1.2 要求2 1.3 说明22、方案论证与比较32.1 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32.3调制方式方案论证与选择42.4接收模块的设计方案论证与选择52.5数据传输的设计方案论证与选择52.6自动控制模块的设计方案论证与选择63、硬件电路设计与实现73.1发射机的按键控制与编码电路设计73.1.1 TX-2B编码芯片介绍73.1.2发射机的按键控制与编码电路83.2发射机晶体振荡器和ASK调制电路设计93

5、.3发射模块低功耗设计103.4超再生调幅接收电路设计113.5解码和控制电路设计123.5.1解码电路设计123.5.2发光控制电路设计134、软件设计与实现 155、系统测试165.1 测试使用的仪器165.2指标测试和测试结果165.2.1控制按键测试165.2.2七个发光二极管亮灭测试165.2.3八级灯亮度测试165.2.4距离测试165.2.5 发射输出功率测试175.2.6 系统抗干扰176、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241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

6、 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=3040MHz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75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

7、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

8、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

9、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5 ASK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

10、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0.35kHz

11、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

12、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18 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

13、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一2BRX一2B组成的编码/解码电路。TX一2BRX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=2.55.0V)，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一2BRX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

14、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一2BRX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

15、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

16、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3.1.1 TX-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1 TX-2B引脚功能表引脚符号引脚功能1RIGHT独立发射控制端2TEST测试端3GND电源地4ACKWARD独立发射控制端5FORWARD独立发射控制端6TUBRO独立发射控制端7SC带载波的编码信号输出端8SO不带载波的编码信号输出端9VDD电源正端10PC电源控制

17、输出端11OSCO振荡器输出端12OSCI振荡器输入端13FOSC测试端14LEFT独立发射控制端图10 TX-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。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

18、波频率及编码脉冲波形输出。ROSC的选值范围为100500kQ。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

19、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

20、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2 RX-2B引脚功能表引脚符号功能1VO2用于信号放大的反相器2输出端2GND电源负端3SI编码信号输入端4OSCI振荡器输入端5OSCO振荡器输出端6RIGHT独立控制输出端7LEFT独立控制输出端8ROB此端接地，6脚独立控制输出端被禁止输出9LOB此端接地，7脚独立控制输出端被禁止输出1

21、0BACKWARD独立控制输出端11FORWARD独立控制输出端12TUROB独立控制输出端13VDD电源正端14VI1用于信号放大的反相器1输入端15VO1用于信号放大的反相器1输出端16VI2用于信号放大的反相器2输入端图16 RX-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。

22、图17 RX-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

23、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

24、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3 HCF4511真值表LEBI（低电平有效）LT（低电平有效）DCBAabcdefg显示0111111101000000Blank0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110010110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000Blank01110110000000Blank01111000000000Blank01111010000000Blank01111100000000Blank01111110000000Blank111注：“”表示可为任意值。“”当LE=0时保持BCD码原来的状态。当BCD1001时都为Blank（无显示）。 数码