四通道比例遥控收发机控制系统的设计

2012-01-15杨小龙

武汉轻工大学学报 2012年1期

杨小龙

(武汉工业学院机械工程学院，湖北武汉430023)

近年来，遥控技术在安全保卫、工业控制以及人们日常生活中应用越来越广泛。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控和无线电遥控等［1］。根据被控对象的不同，选择不同的遥控方式，可达到节省资源、降低成本的目的。本文介绍一种比例遥控发送与接收系统的设计与实现方法，该方法设计的无线电遥控系统具有结构简单、制作方便、成本低廉、抗干扰能力强、工作可靠和可实现多通道遥控等优点［2］。

1 系统的组成结构与工作原理

系统组成结构包括发射机和接收机两部分如图1所示。通过改变摇杆变阻器滑杆位置，得到连续的偏置电压U(0—5V)，经过A/D转换，模拟信号电压U被转换为8位数字信号，该数字信号经过单片机的串行接口发出，并控制发射模块以幅度调制的方式发射出去。接收机的接收模块将收到的信号解调并整形为TTL信号后送至单片机串行口的接收端，单片机经串口收到信息后进行指令分析，然后将指令送至控制端。

图1 系统组成方框图

2 系统硬件电路设计

2.1 比例信号发生电路

比例信号发生电路如图2所示。TL431及其外围元件构成+5V的稳压基准，TL431具有温漂小、带负载能力强的特点。摇杆电位器R1—R4、C19—C22组成电路可产生四路变化范围为0—5V的比例控制信号，由8路A/D转换器ADC0808转换为数字信号，并由串口输出到发射模块发射。

图2 比例信号发生电路

2.2 无线收发模块

高频发射和接收模块均采用成品，它们的主要技术指标如表1。

表1 收发模块主要技术指标

发射头采用声表(SAW)振荡，其频率误差很小，一般在±75 kHz以内。正常情况下，发射头的静态电流很小，几乎为零。该发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管，这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。发射模块具有较宽的工作电压(3—12 V)，当电压变化时发射频率基本不变，与之配套的接收模块无需任何调整就能稳定接收。发射模块工作电压与发射距离关系如表2。

表2 发射模块工作电压与发射距离的关系

接收模块为超再生接收电路如图3所示，采用LC振荡，内含放大整形，输出的数据信号为TTL电平。接收模块本身不带解码集成电路，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有作用，这种电路设计灵活，方便与单片机配合，具有较多优点：

图3 接收模块等效电路图

(1)天线输入端有选频电路，而不用依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线。

(2)模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。

(3)采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315MHz后封固，与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。

2.3 直流电机驱动控制电路

直流电机驱动电路如图4所示。DAC0832将通道IN0数字信号转换为模拟信号后，送至由运放ua741组成的电压并联负反馈电路［4］。ua741输出电压U0为

图4 直流电机驱动控制电路

U0的变化范围约为0—-4.97V，然后U0经过缓冲级—R5、Q1、C7构成的射随器，通过R6为Q2提供偏置电流，U0越大，偏置电流越大，电机转速越高。其中数字转模拟器件DAC0832分辨率为8位，转换时间1μs，具有两级锁存器，该设计中DAC0832处于直通工作方式，即ILE接高电平，和接数字地，DAC0832输出端可看作恒流源。其余三通道控制信号可以送往比例遥控专用伺服电路，将方波信号转化为连续可调的电平信号。接收机增设了四个中断，可设置两个优先级，根据需要引入中断来实现特殊功能。为防止航模超出范围引起事故，可用软件控制超范围自动返回功能。当航模超过一段时间(数十ms)没有收到遥控信号时，进入返回控制程序，有软件控制输出端口，使航模返回(如拐弯然后前进)或停止。中断口可加入一些探测头的输出信号，如红外探头检测前方有无障碍物等。