一型实用遥控设备的设计与应用

郭 京，苏德章

(1.中国人民解放军92941部队，辽宁葫芦岛125000;2.中国人民解放军91202部队，辽宁葫芦岛125004)

0 引言

工程实践中经常需要对水面无人职守浮体上设备进行遥控，在某些特定场合，浮体环境孤立且本身易遭破坏。因此，对遥控设备的可靠性和费效比提出了更高要求，但原遥控设备采用分离元器件，且编码、译码、发射、接收和电源等单元自成一体，相互间用线缆连接，使其体积和重量大、故障率高、可靠性差。为满足其特定使用需求，提高可靠性，设计了一型简单实用的多功能遥控设备。

1 遥控设备的设计与实现

1.1 总体设计思路

原遥控设备从维修快速性考虑，把本应合二为一的编码器与发射机、接收机与译码器分机壳安装，采用接插件和线缆连接，这种结构设计虽有利于快速更换、维修，但在潮湿环境下却极易导致故障频繁、可靠性降低。同时，还由于功放电路采用多个功率管并联使用，一旦失配烧毁其中一个会引起连锁反应，导致整个发射机不能工作。据不完全统计，该设备的绝大多数故障是上述原因造成的。

针对该设备存在的问题，结合实际使用，新遥控设备的设计主要考虑以下几个问题:

①发射机与编码器具备双机自动切换功能，一旦一套发射机发生故障，能自动切换到另一套;

②发射机、接收机采用高性能抗失配设计，避免天线失配造成烧毁功放管或灵敏度降低等问题;

③接收机采用输出短路保护设计，避免被控设备短路而无法完成后续控制任务;

④尽量选用标准件和成熟技术，在保证可靠性的前提下提高效费比。

1.2 遥控设备组成

遥控设备由发控和接收2个部分组成，其组成框图如图1所示。发控部分由编码电路、调制倍频电路、功率前置放大电路、功放输出电路、天线和自动切换电路及电源等部分组成;接收部分由高频放大选频电路、二次中放变频电路、鉴频整形、解码输出、执行电路、天线和蓄电池组等部分组成［1，2］。

图1 遥控设备组成

1.3 单元电路选择与设计

1.3.1 编译码、前置放大及接收电路

根据总体设计思想，为降低成本、提高可靠性，包含编码、调制倍频、功率前置放大等电路的发射模块和包含高频放大选频、二次中放变频、鉴频整形、译码等电路的接收模块选用配对成品远距离无线遥控组件［3］。遥控遥控采用数字电路密码编址，其密码多达32万组，并可通过外部引脚灵活设置，通过驱动电路和继电器可构成4位锁存或非锁存遥控开关，还可使用16通道转换开关进行二次译码扩展到15位。因此，有很强的抗干扰性和较好的保密性。组件外围配以发令按键、接收显示和驱动等电路，即可实现指令编码、调制和译码、显示及执行相应动作。这种设计既简化了电路、降低了成本，又提高了抗干扰能力。

1.3.2 功放电路

功率放大电路由功放管、匹配网络和偏置电路等部分组成。功放管采用美国摩托罗拉公司生产的N沟道增强型高频大功率场效应管MFR174。该管的主要特点是增益高、功率大、噪声低、偏置电路简单，且能承受较大失配而不损坏。

1.3.3 双机自动切换电路

双机自动切换电路的主要作用是当主发射机发生故障无法正常工作时，备用发射机能自动接替主机工作，完成指令发送。这要求切换电路在瞬间要完成2个动作:立即切断主发射机功放电路的供电，并接通备份机功放的电源;将天线从主机转接到备份机的发射输出单元。这2个动作必须瞬间可靠完成。因此，设计时首要选择合适的开关器件，此电路中选用固态继电器作开关器件，因其能有效克服机械继电器触点在大电流时易产生电弧火花的不足，提高可靠性。

双机自动切换电路由整流、驱动和延时电路等组成。整流电路的作用是将主机发射单元输出的载波信号整形变为一定幅度的直流电压，驱动电路的作用是根据整流信号控制相应继电器的闭合、断开，实现发射天线和射电源的转换。延时电路的作用是保证在电路刚接通电源的瞬间，主发射机的发射单元尚无载波信号时避免电路切换，即主机开机时转换电路不工作，而只在主机故障时才进行电路切换。

1.3.4 电路保护功能

为满足安全使用要求，系统中设置2处保护电路:①在电源中设置了防反接电路、防止电源接反而损坏设备;② 接收机输出短路保护电路，以防止在点燃曳光管过程中因曳光管短路而引起的电源短路，造成保险管断而无法再次点燃曳光管(以往时有发生)。

(1)电源防反接电路

该电路只使用了一只肖特基二极管即实现了反接保护的作用。肖特基二极管属于低功耗、大电流、超高速半导体器件，其反向恢复时间Trr可小到几个ns，正向导通压降仅0.4 V左右，而整流电流却可达几kA，接入后对供电电压无影响。

(2)接收机输出短路保护电路

经分析论证，设计了3种输出短路保护电路:电子限流保护电路、固定电阻保护电路和PTC热敏电阻保护电路［4］。经实验，电子限流保护电路可保证输出短路时，接收机保险管及其单元电路不被烧毁，但该电路结构复杂，调试难度大。固定电阻保护电路是在每一个继电器的输出端串接一支合适的电阻，电阻的取值既要保证流过保险管的电流小于接收机电源保险管的最大耐流值，又能可靠地点燃曳光管(经试验点燃曳光管电流应大于0.4 A)，即可起到限流作用，从而保护接收机保险不被烧毁，接收机仍处于正常待机状态。但其存在一个致命问题，即在点燃一支曳光管后电路短路时，短路电流将一直存在，很快会将蓄电池的电量放光，导致电池损坏使得接收机无法工作。而PTC热敏电阻保护电路，利用PTC电阻率在特定温度时发生突变的特性而设计。实验中选用的PTC标称电阻值为12 Ω，接收机的供电电压24 V、保险的额定电流3 A，当电路正常时，输出回路电流为I=24/Rtl=24/12=2 A，能可靠点燃曳光管而不会烧毁保险。一旦某一路短路时，此时回路电流维持在2 A，由于热敏电阻具有正温度特性，使其温度迅速上升的同时阻值急剧增大到1.5 kΩ，此时回路电流仅为IK=24/Rtl=16 mA，由此可见，即使执行电路的输出端一直对地短路，由于PTC的作用，几乎对电池电压无影响，仍能使其他执行电路正常工作。

2 调试与性能检测

2.1 设备组装与调试

根据总体思路和主要器件选型进行了原理图的设计，并根据原理图完成了以MRF174为主的发射电路，以及按键、接收显示和执行机构等印刷板图、设备的面板图及装配结构图的设计，进行了原理样机的组装，并按各部分的功能对发射机的发射功率、自激的消除、与天线的良好匹配以及接收机灵敏度等方面进行了严格调试，达到了预期效果。

调试过程中主要解决了发射机自激问题。由于电路设计或其他原因，调试时电路产生过2种自激:①静态自激，即输入端不加激励信号时，在刚加电的瞬间，电流突然上升，或者是在静态调试时，当调到某一位置时，电流突然上升到规定值以上;②动态自激，即静态时不自激，而在加上激励信号后，电流上升到规定值以上，这时即使去掉激励信号，发射机电流仍保持在正常调试值以上，用高频示波器观察输出的自激振荡的波形，频率在75 MHz左右。发射机自激极易烧毁功放管。经过反复试验，采用下列措施解决了问题［5-7］:

①合理布置元器件的安装位置;输入、输出信号严格隔离，破坏产生正反馈的条件;

②印刷电路板大面积接地，屏蔽盒良好接地;

③加强对供电电源的滤波;

④单独屏蔽功放电路。

2.2 性能测试

性能测试分2步进行:首先对接收灵敏度、发射功率和误码率等指标和自动切换、自动短路保护等功能进行检测与考核，测试结果表明系统各项技术指标和功能均达到或超过总体设计要求;第2阶段主要在海上实际使用条件下考核其有效遥控作用距离及对环境条件的适应能力。遥控作用距离试验时，将接收端和发控端分别布站在2个船上，天线高度均为15 m，要求控制距离为30 km，实测可靠、稳定控制距离为45 km以上;将发控端移到陆上，在通视距离内控制距离达90 km以上。在作用距离测试中系统稳定可靠，无漏码、误码现象。

3 结束语

通过内外场测试，新遥控设备的各项技术指标和功能满足设计、使用要求，在批量制造并投入使用2年内不需要进行发射功率、接收灵敏度的调试，仍能稳定可靠工作，且整个设备造价低廉，仅为同类设备的1/20，重量仅为同类设备的1/5。测试和实际使用证明:该设备整体设计合理、原理简单、元器件易购价廉，所有功能均由硬件实现。具有可靠性高、维护操作简便、通用性强的特点。

［1］王文斌.海军装备试验靶标技术［M］.北京:国防工业出版社，2007.

［2］申良生，韩成哲，邓万红.某型试验遥控设备的改进与测试［J］.测控技术，2009(6):43-45.

［3］蔡凡娣.远距离无线遥控组件及其应用［J］.电子世界(合订本)，1996:136-137，178-179.

［4］杜虎林.用万用表检测电子元器件［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，1998.

［5］陈伟鑫.新型实用电路精选指南［M］.北京:电子工业出版社，1992.

［6］蓝鸿翔，陈瑞涛.电子线路基础［M］.北京:人民教育出版社，1982.

［7］张肃文.高频电子线路［M］.北京:人民教育出版社，1982.