楊小龍

(武漢工業(yè)學(xué)院機械工程學(xué)院，湖北武漢430023)

近年來，遙控技術(shù)在安全保衛(wèi)、工業(yè)控制以及人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用越來越廣泛。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。在無線遙控領(lǐng)域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控和無線電遙控等［1］。根據(jù)被控對象的不同，選擇不同的遙控方式，可達到節(jié)省資源、降低成本的目的。本文介紹一種比例遙控發(fā)送與接收系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法，該方法設(shè)計的無線電遙控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、工作可靠和可實現(xiàn)多通道遙控等優(yōu)點［2］。

1 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與工作原理

系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)包括發(fā)射機和接收機兩部分如圖1所示。通過改變搖桿變阻器滑桿位置，得到連續(xù)的偏置電壓U(0—5V)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，模擬信號電壓U被轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)過單片機的串行接口發(fā)出，并控制發(fā)射模塊以幅度調(diào)制的方式發(fā)射出去。接收機的接收模塊將收到的信號解調(diào)并整形為TTL信號后送至單片機串行口的接收端，單片機經(jīng)串口收到信息后進行指令分析，然后將指令送至控制端。

圖1 系統(tǒng)組成方框圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 比例信號發(fā)生電路

比例信號發(fā)生電路如圖2所示。TL431及其外圍元件構(gòu)成+5V的穩(wěn)壓基準(zhǔn)，TL431具有溫漂小、帶負載能力強的特點。搖桿電位器R1—R4、C19—C22組成電路可產(chǎn)生四路變化范圍為0—5V的比例控制信號，由8路A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并由串口輸出到發(fā)射模塊發(fā)射。

圖2 比例信號發(fā)生電路

2.2 無線收發(fā)模塊

高頻發(fā)射和接收模塊均采用成品，它們的主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

表1 收發(fā)模塊主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)射頭采用聲表(SAW)振蕩，其頻率誤差很小，一般在±75 kHz以內(nèi)。正常情況下，發(fā)射頭的靜態(tài)電流很小，幾乎為零。該發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管，這種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。發(fā)射模塊具有較寬的工作電壓(3—12 V)，當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，與之配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定接收。發(fā)射模塊工作電壓與發(fā)射距離關(guān)系如表2。

表2 發(fā)射模塊工作電壓與發(fā)射距離的關(guān)系

接收模塊為超再生接收電路如圖3所示，采用LC振蕩，內(nèi)含放大整形，輸出的數(shù)據(jù)信號為TTL電平。接收模塊本身不帶解碼集成電路，只有應(yīng)用在具體電路中進行二次開發(fā)才能發(fā)揮應(yīng)有作用，這種電路設(shè)計靈活，方便與單片機配合，具有較多優(yōu)點：

圖3 接收模塊等效電路圖

(1)天線輸入端有選頻電路，而不用依賴1/4波長天線的選頻作用，控制距離較近時可以剪短甚至去掉外接天線。

(2)模塊自身輻射極小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的侵入。

(3)采用帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到315MHz后封固，與采用可調(diào)電容調(diào)整接收頻率的電路相比，溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機械振動性能都有極大改善。

2.3 直流電機驅(qū)動控制電路

直流電機驅(qū)動電路如圖4所示。DAC0832將通道IN0數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后，送至由運放ua741組成的電壓并聯(lián)負反饋電路［4］。ua741輸出電壓U0為

圖4 直流電機驅(qū)動控制電路

U0的變化范圍約為0—-4.97V，然后U0經(jīng)過緩沖級—R5、Q1、C7構(gòu)成的射隨器，通過R6為Q2提供偏置電流，U0越大，偏置電流越大，電機轉(zhuǎn)速越高。其中數(shù)字轉(zhuǎn)模擬器件DAC0832分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間1μs，具有兩級鎖存器，該設(shè)計中DAC0832處于直通工作方式，即ILE接高電平，和接數(shù)字地，DAC0832輸出端可看作恒流源。其余三通道控制信號可以送往比例遙控專用伺服電路，將方波信號轉(zhuǎn)化為連續(xù)可調(diào)的電平信號。接收機增設(shè)了四個中斷，可設(shè)置兩個優(yōu)先級，根據(jù)需要引入中斷來實現(xiàn)特殊功能。為防止航模超出范圍引起事故，可用軟件控制超范圍自動返回功能。當(dāng)航模超過一段時間(數(shù)十ms)沒有收到遙控信號時，進入返回控制程序，有軟件控制輸出端口，使航模返回(如拐彎然后前進)或停止。中斷口可加入一些探測頭的輸出信號，如紅外探頭檢測前方有無障礙物等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)通過單片機的異步串行口進行發(fā)送和接收。如圖5所示，發(fā)射單片機按通道IN0—IN3的順序，每次采集一個通道的數(shù)據(jù)由串行口發(fā)出，并持續(xù)重復(fù)此過程。接收單片機響應(yīng)串行口中斷，接收并校驗收到的數(shù)據(jù)，分析得到通道的指令信息，并將其送到控制端。

圖5 軟件流程圖

4 結(jié)束語

基于單片機AT89S52的四通道比例遙控系統(tǒng)的設(shè)計，不僅通信距離遠，而且傳輸速率快，控制實時性好。同時，該系統(tǒng)還具有低成本、小型化、通信可靠等特點。

［1］ 肖景和，趙健.無線電遙控組件及其應(yīng)用電路［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［2］ 蘇長贊.實用遙控技術(shù)手冊［M］.北京：人民教育出版社，1996.

［3］ 朱寶鎏.模型飛機飛行原理［M］.北京：航空工業(yè)出版社.2007.

［4］ 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社.2001.

［5］ 何立民.MCS–51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1998.