无线电遥控的基本知识

无线电遥控的基本知识为了使初次接触遥控的朋友们能够对它有一个大致的了解，特地参考了台湾华联出版的一本由董炯明先生编著的电动遥控模型制作和其他相关资料篡写了这篇文章，如果有不到之处还请多多提出指正。利用高频无线电波实现遥远控制的技术简称为遥控，它起源于第一次世界大战。早期的控制信号是单一的，如超再生式收发报装置一样只能控制单一的动作，之后过渡到超外差式和音频谐振继电器式等，使得多路信号的收发成为可能；随着电子技术的进步，出现了比例遥控方式和通道更多的设备，现在已经可以做出几十、几百通道的设备了（国外已经有20个以上通道的设备面市，震华遥控也在02年应要求生产过100台供表演模型和机器人比赛用的设备）下面简要介绍一些有关知识，为了简化就不对原理作过多的解释，如果有感兴趣的朋友可以去看电子出版社的《无线电遥控技术》等书籍。1.几个名词：什么是比例遥控？这是指受控模型的动作幅度（或速度）与操纵者扳（转）动发射机操纵杆的动作成比例关系。例如扳动操纵舵角的操纵杆到一半角度，那么船或飞机的方向舵也会转动到最大舵角的一半。什么是通道？通道也称Ch，简单地说就是指控制模型的一路相关机能。例如前进和后退是一路；左右转向是一路；空模中的升降也是一路；还可以是一组控制其他动作的（如炮塔的左右；上下俯仰；鸣笛、亮灯等），但是各个通道应该可以同时独立工作，不能互相干扰。2.一套遥控设备的基本组成：包括发射机（分车模用枪式和空、海模用杆式等），接收机（有普通型和超小型之分），伺服机（也叫舵机，分类和详细介绍请参看本栏〈关于遥控伺服机的应用知识〉等文章）和电子调速器（即电调，分空模用单向电调和车、船用双向或带刹车的等），一般一个伺服机或电调就要占用一个通道。另外还有给它们供电的电源和开关，电源大多使用充电电池或蓄电瓶，其中充电电池又有镍镉、镍氢、锂电池和聚合物锂电池等，综上所叙就组成了一套遥控设备。3.遥控设备在模型上的使用：一般车、船用的基本型为两通道，左边一个通道大多用于控制前进、后退（用电调的还可以变速）；右边一个通道用来控制左右方向。而对于飞机，就需要三、四个以至五、六个通道了：固定翼飞机还要控制水平尾翼（升降）的通道和控制付翼（作横滚等特技动作）的通道；直升机更要增加陀螺仪用的通道等等。当然通道多了也就可以在车、船上增加一些趣味性的动作，例如亮灯、鸣笛，开炮、放鱼雷、火箭、导弹以及消防船水枪喷水，吊放救生小艇等等。4.需要了解的几个问题：比例遥控设备根据电波收发形式又分为调幅（AM）、调频（FM）和脉冲编码（PCM）等等，它们的抗干扰能力也不一样，AM型最差，现在已经很少生产；FM型是用得比较多的一种；而PCM属于中高档型，抗干扰能力比较强，曾经有一次在南京中山陵水榭表演模型时，一对新婚夫妇的摄象机也来拍摄，结果用FM设备的模型无法正常工作，而用PCM设备的模型还可以完成，这就是高频谐波的同频干扰引起的。为了防止同频干扰，遥控设备的使用频率是有一定的，这就好象广播电台，每个电台都有自己的发射频率，不然大家都一样就会出问题了。根据国家信息产业部2003（53）号文〈关于无线电模型遥控器使用频率的通知〉的规定，我国模型遥控器的使用频点为：26MHz—27MHz频段，海/车模为：（括号里是FUTABA、JR设备所配的飘带颜色）26.975MHz27.125MHz26.995MHz（茶色）27.145MHz（黄色）27.025MHz27.175MHz27.045MHz（红色）27.195MHz（绿色）27.075MHz27.225MHz27.095MHz（橙色）27.255MHz（兰色）共12个频点。40MHz频段，海/车模为：40.61MHz40.69MHz40.63MHz40.71MHz40.65MHz40.73MHz40.67MHz40.75MHz共8个频点。空模为：40.77MHz40.79MHz40.81MHz40.83MHz40.85MHz共5个频点。72MHz频段，空模为：72.13MHz72.79MHz72.15MHz72.81MHz72.17MHz72.83MHz72.19MHz72.85MHz72.21MHz72.87MHz共10个频点。对于遥控器的技术指标是：发射功率小于750mW。5．无线电遥控设备在船模上的应用：（1）.设备的选购：应该根据自己的需要和财力来考虑；有条件也可以“一步到位”，装备多通道、高档次的以便今后增加动作和用于其他方面。一般的2-4通道也就够用了。如果您是用在较小的模型上，可以买配有超小型接收机和微型伺服机的设备；用于帆船的则需要配置收索机或强力舵机（船体较大而且动力强劲的模型最好也用它）；普通的动力模型可以配置一个电调和1-2个普通舵机，不过配电调要注意和您使用的电动机配合，一般动力电动机分有刷和无刷两类，它们使用的电调是不一样的；还有一点应该注意的是电调的工作电流必须大于电动机的最大电流，否则容易烧毁.最好是模型在水中时测试一下电动机的启动电流，再选择一个工作电流比它大的电调（电调的工作电流愈大，价格也愈贵，不过有条件还是尽量买大些的好），这样使用的时候会放心一点。另外，如果使用充电电池或想长时间玩模型的朋友，还要看看发射机有没有外接电源插口或充电插口，想玩飞机模型的还要看是否有教练线或模拟器的接口等等。（2）.设备的安装：主要是接收机、舵机和电调的固定，一般可以用一块与模型船体相同的材料（铁皮、ABS板、胶合板等，这样便于以后和船体固定），在上面挖好孔，把控制方向的舵机装上，装的位置要考虑和舵的连接方式、高度和距离，还要便于今后的维修和拆装，而电调和接收机可以用厚的双面胶或螺丝固定于板上或舱内较高处以防止受潮，也可以套一个气球泡泡或塑料袋再把口扎紧以防水，特别要注意的是接收机的天线处理，应该尽可能保持原有的长度展开，（此长度和接收电波的频率有关）千万不要把它缠绕起来，否则会影响接收机的正常工作以使接收距离和灵敏度降低.还有就是相关的电源开关，很多人喜欢把它装在不易发现的位置，但是这样会在出现问题时一时让人找不到，最好是试航时临时在它旁边贴一个胶带纸的醒目标志以引起注意。（3）.放航前的测试和调整：安装结束后，把相应的接插件都连接好，发射机里装上电池（注意正负极性），按照一般顺序先不拉开天线打开发射机，再开接收机（关闭时相反，先关接收机再关发射机，这是为了让接收机始终处于受控状态，不至于失去控制出现误动作）试着操作一下，看有没有抖动和跳舵现象，这时控制距离应该在10-15米左右，然后拉出天线再拉一拉距离，看看能不能在300米范围内正常操纵，如果有问题需要查一查附近有没有干扰或是同频的设备在工作，另外也可以在电动机的碳刷和外壳之间接入0.01-0.1μF的瓷片电容以消除火花干扰；同时，保持电刷和整流子的清洁也是消除火花干扰的方法之一，（可以定期用酒精棉球擦去上面的黑碳粉）经过这样的初步调试以后就可以下水试航了，再要提醒一下:先放在水里检查是不是有漏水的地方，船体的配重是否合适（有没有纵倾或横倾），否则是容易出问题或跑偏的；对了，如果有跑偏的情况还可以用操纵杆边上的微调来做修正的。如果一切正常,OK!您的船模就可以在水上自由驰骋了。FM/PCM的优点：1高可靠性和高抗干扰性。大家知道，一般PPM遥控设备都要求在操作时先开发射机后开接收机，先关接收机后关发射机。其原因是在没有发射信号时，接受机会因自身内部的噪音或外界的干扰产生误动作；即使是带静噪电路的接受机，在有同频干扰的情况下也会出现误动作。而采用了PCM编解码方式，在程序设计中包含了多种信号校验功能，即使在发射机关机、只开接收机的情况下，也不会产生误动作。因此，当每次发射机定时关机后，接收机仍可处于开机待命状态，避免了频繁开关接收机的麻烦。2无信号自动回中功能：如不预置接收机输出状态，接收机在无信号后约2秒种自动回中。PPM和PCM的工作原理：前面提到了PPM和PCM编解码技术，那么，究竟什么是PPM和PCM呢？两者又有什么区别呢？PCM是英文pulse-codemodulation的缩写，中文的意思是：脉冲编码调制，又称脉码调制。PPM是英文pulsepositionmodulation的缩写，中文意思是：脉冲位置调制，又称脉位调制，这里顺便提一句，有些航模爱好者误将PPM编码说成是FM，其实这是两个不同的概念。前者指的是信号脉冲的编码方式，后者指的是高频电路的调制方式。比例遥控发射电路的工作原理如图1所示。操作通过操纵发射机上的手柄，将电位器组值的变化信息送人编码电路。编码电路将其转换成一组脉冲编码信号（PPM或PCM）。这组脉冲编码信号经过高频调制电路（AM或FM）调制后，再经高放电路发送出去。目前，比例遥控设备中最常用的两种脉冲编码方式就是PPM和PCM：最常用的两种高频调制方式是FM调频和AM调幅：最常见的组合为PPM/AM脉位调制编码/调幅、PPM/FM脉位调制编码/调频、PPM/FM脉冲调只编码/调频三种形式。通常的PPM接收解码电路都由通用的数字集成电路组成，如CD4013，CD4015等。对于这类电路来说，只要输入脉冲的上升沿达到一定的高度，都可以使其翻转。这样，一旦输入脉冲中含有干扰脉冲，就会造成输出混乱。由于干扰脉冲的数量和位置是随机的，因此在接收机输出端产生的效果就是“抖舵”。除此之外，因电位器接触不好而造成编码波形的畸变等原因，也会影响接收效果，造成“抖舵”。对于窄小的干扰脉冲，一般的PPM电路可以采用滤波的方式消除；而对于较宽的干扰脉冲，滤波电路就无能为力了。这就是为什么普通的PPM比例遥控设备，在强干扰的环境下或超出控制范围时会产生误动作的原因。尤其是在有同频干扰的情况下，模型往往会完全失控。PPM的编解码方式一般是使用积分电路来实现的，而PCM编解码则是用模/数（A/D）和数/模（D/A）转技术实现的。首先，编码电路中模/数转换部分将电位器产生的模拟信息转换成一组数字脉冲信号。由于每个通道都由8个脉冲组成，再加上同步脉冲和校核脉冲，因此每个脉冲包含了数十个脉冲信号。在这里，每一个通道都是由8个信号脉冲组成。其脉冲个数永远不变，只是脉冲的宽度不同。宽脉冲代表“1”，窄脉冲代表“0”。这样每个通道的脉冲就可用8位二进制数据来表示，共有256种变化。接收机解码电路中的单片机（单片计算机，下同）收到这种数字编码信号后，再经过数/模转换，将数字信号还原成模拟信号。由于在空中传播的是数字信号，其中包含的信号只代表两种宽度。这样，如果在此种编码脉冲传送过程中产生了干扰脉冲，解码电路中的单片机就会自动将与“0”或“1”脉冲宽度不相同的干扰脉冲自动清除。如果干扰脉冲与“0”或“1”脉冲的宽度相似或干脆将“0”脉冲干扰加宽成“1”脉冲，解码电路的单片机也可以通过计数功能或检验校核码的方式，将其滤除或不予输出。而因电位器接触不良对编码电路造成的影响,也已由编码电路中的单片机将其剔除,这样就消除了各种干扰造成误动作的可能。PCM编码的优点不仅在于其很强的抗干扰性，而且可以很方便的利用计算机编程，不增加或少增加成本，实现各种智能化设计。例如，将来的比例遥控设备完成可以采用个性化设计，在编解码电路中加上地址码，实现真正意义上的一对一控制。另外，如果在发射机上加装开关，通过计算机编程，将每个通道的256种变化分别发送出来；接收机接收后，再经计算机解码后变成256路开关输出。这样，一路PCM编码信号就可变成256路开关信号。而且，这种开关电路的抗干扰能力相当强，控制精度相当高。从上述可以看出，PCM编码与PPM编码方式相比，具有很大的优越性。虽然以往将这两种编码方式都说成是数子比例遥控设备，但从严格意义上说，只有PCM编码才称得上真正的数字比例遥控。值得指出的是：各个厂家生产的不同型号的PCM比例遥控设备，其编码方式都不相同。因此，同样是PCM设备，只要是不同厂家生产的，即使是相同频率，也不会产生互相干扰，而只会影响控制距离。在很多航模爱好者心目中，PCM比例遥控设备都是昂贵的高档产品，可望不可及。造成这种现象主要有两种原因，一方面是前些年