电机无线遥控系统设计的研究

电机无线遥控系统设计的研究王丽君，杨伟丰（湖南工业大学，湖南株洲412008）【摘要】无线电遥控的使用越来越广泛，其中系统的编码电路和解码电路是关键，直接影响到整个系统的性能。文章系统设计的发射电路采用PT2262作为编码器，F05C作为射频发射器；接收电路采用J05C和PT2272作为信号接收和解码；电机的控制部分由LMD18200来实现。该系统设计了三路遥控开关，第一路控制电机驱动电路电源的开与关；第二路用于电机正转和反转的切换；第三路控制电机的正转制动或反转制动，最终设计出一套性能可靠、使用方便和价格低廉的电机无线遥控系统。【关键词】编码器；解码器；电机驱动；LMD18200无线电遥控是指对被控对象按照所预定的意图对其内部参数、工作状态等，通过无线电的方式进行远距离操纵。无线电遥控往往会涉及到工作频率、发射功率、有效距离和灵敏度等参数问题，系统的最终目的是提高有效距离，而有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。但由于发射功率、工作频率受到各种限制，一般可以从提高接收灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。（一）设计方案1.设计原理无线电遥控系统中，编码和解码电路是系统的关键，直接影响系统的性能。为简化设计难度且能提高电路的可靠性，本设计采用专用编码、解码芯片来承担对信号的编码和解码，同时采用专用发射和接收芯片承担发射和接收工作，这样不仅可以提高整个电路的可靠行，而且可以大大提高系统的抗干扰性。图1发射电路方框图图1为常用的无线电遥控发射电路的组成方框图，由编码模块、调制模块和功放模块组成，调制模块是把编码信号调制到高频载波上去，以便传输多种遥控命令信息内容。放大输出是对载波信号进行功率放大，使它的传输距离更远。图2接收电路方框图图2为常用的无线电接收电路的组成方框图，由放大模块、解调模块和解码模块组成。根据遥控系统的组成方框图，相应地设计各单元的电路，最后将独立的单元电路整合在一起。2.设计方案（1）发射部分利用四位拨码开关控制并/串转换电路74LS166的4个输入端，在定时脉冲的作用下，输出相应串行输出信号，此信号被送入NE564进行调制，再放大后经天线发射输出。接收部分，将接收的信号放大后送入NE564进行解调，解调后的信号经74LS166进行串/并转换，输出四位二进制数，然后通过译码器译码后，分别控制四路设备的开关。此方案直接采用四位拨码开关产生四位二进制数数字信号，没有复杂的编译码系统，电路比较简单，但由于并/串和串/并转换集成电路都需要时钟信号，且收发要求严格同步，否则系统无法接收到正确的信号，对接收电路要求就很高，而且脉冲信号在传输很易受干扰，所以误码率很高。（2）发射部分采用四位拨码开关，控制YYH26编码集成电路的数据端，用NE564对YYH26的输出进行调制，再放大后经天线发送出去。接收部分将接收的信号放大后通过NE564进行解调，再经YYH27解码，然后通过译码器译码后，分别控制四路设备的开关。此方案由于采用YYH26/27编译码器，是以改变脉冲占空比来进行编码且收发误码要求在5%以内，是先在数据端进行编码，再在使能端加一低电平脉冲才发送信号，操作较复杂。（3）发射部分采用三位拨码开关，控制PT2262编码集成电路的数据端，PT2262编码后将数据送到发射芯片F05C，然后由F05C发射出去。接收部分将天线接收到的信号通过J05C接收模块送至PT2272集成电路解码，编码的高低电平控制三路设备的开关。然后三路开关控制电机的驱动电路，从而实现电机的无线遥控。此方案采用的PT2262/2272编译码集成电路，使得电路变得非常简洁。发射模块F05C频率一致性较好，免调试，且具有较宽的工作电压范围及低功耗特性。接收模块J05C采用超外差，二次变频结构，接收功能高度集成化，免去令人头疼的射频频率调试及超再生接收电路的不稳定性，具有体积小，可靠性高，频率稳定，接收频率免调试和使用方便等特点。通过以上分析可看出，第三种方案是信价比最高的设计方案，故本设计选择第三种方案。（二）发射电路发射电路如图3所示，主要由编码模块和发射模块两大部分构成。编码模块采用PT2262作为编码器；发射模块采用芯片F05C进行数据发射。下面简单地分析此电路的工作过程：先按下按键1，VDD接通电源，PT2262开始工作，与此同时D0也与电源接通，为高电平，D1和D2为低电平，则数据输入端只有D0脚为高电平，其编码可认为是100（其它未使用的数据输入管脚不考虑）。再经过PT2262的内部振荡放大，数据从Dout管脚传送到集成发射模块F05C，F05C对信号进行调大后由天线发射出去。这样就完成了一次编码和发送。图3发射电路原理图（三）发射天线无论是发射电路或接收电路，天线都是很重要的一个组成部分。而在天线的使用中，天线设置正确与否，将直接关系到功放电路的工作状态和输出功率，因此对遥控距离具有举足轻重的影响。天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合和不同要求等情况下使用。为了安装和使用方便，一般都采用可伸缩的拉杆天线，但拉杆天线长久使用，经多次伸缩后，故障率较高，为提高可靠性，在比较讲究的场合，多采用导电橡胶鞭状天线。鞭状天线在天线指向的方向上是电磁辐射的“盲区”，使用时不应将天线指向受控目标。（四）接收电路接收电路由接收模块、解码模块、开关控制电路和电机驱动电路组成。接收模块采用和F05C配对的J05C来接收信号；解码模块采用和PT2262配对的PT2272进行解码；开关控制电路主要由与门CD4018、D触发器CD4013、晶体管和继电器等组成；最后用LMD18200对小型电机进行驱动。下面对接收电路的工作过程进行简单分析：发射电路发射的信号由天线接收后，经过接收模块J05C进行处理，再送到解码芯片PT2272进行解码。由于PT2262和PT2272是一对相互对应的编解码芯片，因此PT2272解码后，D0～D5得到的是与PT2262输入时相同的高、低电平或悬空。而本电路只对D0～D2进行编解码，D0～D2得到的信号分别和VT端的高电平作逻辑与运算，结果决定双D触发器CD4013是否触发。若触发，则NPN三极管导通，继电器通电开关闭合。最后LMD18200根据所得到的信号开始工作，从而实现对小型电机的正转与反转的驱动，当LMD18200的对应引脚从低电平变为高电平时，电机停止转动，从而实现正转制动或反转制动。（五）总结在设计系统的后期，调试是必不可少的工作，必须从实际出发，借助理论知识，一步步地调试系统，直到系统能正常工作为止。电路板焊接的质量直接影响到电路板的好坏，甚至决定着整个系统能否工作。所以在焊接之前要用万能表对每一个元件进行测量，确保元件没有损坏再焊接。完成焊接之后，要对各器件进行检查，看是否能按其理论功能工作，若有不同，找出原因，解决问题。每测试一个元件的工作状态都要先重启系统，确保已测元件的工作点一致。本设计完成了无线电遥控系统发射机和接收机的设计。在设计过程中，以提高系统的稳定性、实用性为标准，精选各个部件，最后整合出一个可靠性强、价格低廉的无线电遥控系统。系统在应用中有如下几个优点：1.电路简单、操作方便。发射电路只设计两个按键，却能实现对小型电机的四态控制。2.系统稳定性高。系统所使用的发射、接收模块和编码、解码模块都是配对芯片，因此系统的遥控距离远，信号稳定，编码解码也不易出错。3.系统功耗低。本系统电路在没有数据发送时，系统的功耗基本为零。只有发送数据时，系统才有功耗。由于本电路用到的元件大多是集成芯片，若为了实现其他的功能而做电路修改，修改起来也十分方便，容易实现。特别是编码、解码芯片PT2262/2272，利用它们能多路编码解码的特点，可以在本电路的基础上增加控制路数，用来实现其它功能，还可利用LMD18200几个比较实用的功能来优化电路，如：温度报警输出脚P9控制电路的电源开关。当电路温度过高时，相应引脚输出一个控制信号使电源的开关响应，自动关闭电源，起到保护的作用，使电路的寿命更长。【参考文献】[1]肖景,赵健.无线电遥控组件及其应用电路[M].北京:人民邮电出版社,2004.[2]李朋飞.多方式远程遥控器的设计[D].湖北:武汉理工大学,2006.[3]彭军.晶体管电路设计[M].广东:广东科技出版社,2004.[4]徐德,鸿沈旭,杨成林,击邓燕.开关电源设计指南[M].北京:机械工业出版社,2005.[5]沈伟慈.高频电路[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.