四通道比例遙控收發機控制系統的設計

楊小龍

(武漢工業學院機械工程學院，湖北武漢430023)

近年來，遙控技術在安全保衛、工業控制以及人們日常生活中應用越來越廣泛。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發展到現在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。在無線遙控領域，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］。根據被控對象的不同，選擇不同的遙控方式，可達到節省資源、降低成本的目的。本文介紹一種比例遙控發送與接收系統的設計與實現方法，該方法設計的無線電遙控系統具有結構簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、工作可靠和可實現多通道遙控等優點［2］。

1 系統的組成結構與工作原理

系統組成結構包括發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，得到連續的偏置電壓U(0—5V)，經過A/D轉換，模擬信號電壓U被轉換為8位數字信號，該數字信號經過單片機的串行接口發出，并控制發射模塊以幅度調制的方式發射出去。接收機的接收模塊將收到的信號解調并整形為TTL信號后送至單片機串行口的接收端，單片機經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 系統組成方框圖

2 系統硬件電路設計

2.1 比例信號發生電路

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

圖2 比例信號發生電路

2.2 無線收發模塊

高頻發射和接收模塊均采用成品，它們的主要技術指標如表1。

表1 收發模塊主要技術指標

發射頭采用聲表(SAW)振蕩，其頻率誤差很小，一般在±75 kHz以內。正常情況下，發射頭的靜態電流很小，幾乎為零。該發射模塊未設編碼集成電路，而增加了一只數據調制三極管，這種結構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。發射模塊具有較寬的工作電壓(3—12 V)，當電壓變化時發射頻率基本不變，與之配套的接收模塊無需任何調整就能穩定接收。發射模塊工作電壓與發射距離關系如表2。

表2 發射模塊工作電壓與發射距離的關系

接收模塊為超再生接收電路如圖3所示，采用LC振蕩，內含放大整形，輸出的數據信號為TTL電平。接收模塊本身不帶解碼集成電路，只有應用在具體電路中進行二次開發才能發揮應有作用，這種電路設計靈活，方便與單片機配合，具有較多優點：

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整到315MHz后封固，與采用可調電容調整接收頻率的電路相比，溫度、濕度穩定性及抗機械振動性能都有極大改善。

2.3 直流電機驅動控制電路

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

圖4 直流電機驅動控制電路

U0的變化范圍約為0—-4.97V，然后U0經過緩沖級—R5、Q1、C7構成的射隨器，通過R6為Q2提供偏置電流，U0越大，偏置電流越大，電機轉速越高。其中數字轉模擬器件DAC0832分辨率為8位，轉換時間1μs，具有兩級鎖存器，該設計中DAC0832處于直通工作方式，即ILE接高電平，和接數字地，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，將方波信號轉化為連續可調的電平信號。接收機增設了四個中斷，可設置兩個優先級，根據需要引入中斷來實現特殊功能。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。當航模超過一段時間(數十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 系統軟件設計

數據通過單片機的異步串行口進行發送和接收。如圖5所示，發射單片機按通道IN0—IN3的順序，每次采集一個通道的數據由串行口發出，并持續重復此過程。接收單片機響應串行口中斷，接收并校驗收到的數據，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 結束語

基于單片機AT89S52的四通道比例遙控系統的設計，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用電路［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

［2］ 蘇長贊.實用遙控技術手冊［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：航空工業出版社.2007.

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

［5］ 何立民.MCS–51系列單片機應用系統設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社.1998.