無線比例電機轉速遙控器的設計

四川省南充市高級中學嘉陵校區高2014級35班 陶一峰

無線比例電機轉速遙控器的設計

四川省南充市高級中學嘉陵校區高2014級35班 陶一峰

無線遙控器因為它抗干擾能力強，很少受到外界阻礙的影響，所以得到廣泛使用。目前使用的遙控器，大多數由集成電路電板和按鈕構成的，不同的按鈕和電板作用產生不同的信息。這種裝置被廣泛的應用到家具遙控、汽車遙控等。本文主要介紹的是無線比例電機轉速遙控器，它隸屬于無線遙控，此文旨在介紹它的應用前景、工作原理、設計方法和應用領域。在本文中，設計師主要使用了NE555控制集成塊和用石英材料的晶體進行穩頻，而調制、發射、接收、檢波電路等，都是采用了最普通的方法，這樣使得無線比例電機轉速遙控的原理及電路圖都更加簡單，性能也更穩定。

無線電遙控；無線比例電機轉速遙控；設計原理；應用前景；電路圖

一、無線電遙控的基本知識

所謂“無線電遙控”，就是指一種能用來遠程控制機器的裝置。“遙控”是指利用高頻無線電波來實現遠程控制的技術，它最早被運用是在第一次世界大戰時，最早使用的都是單一的控制信號，比如：在抗戰片中，我們經常看到的收報機和發報機，隨著工業化的大發展，由單一的控制信號發展成超外差式和音頻諧振繼電器式等多路控制的信號。在科技高速發展的時代，又出現了比例遙控的設備，更為流行和方便大眾。

本文介紹的是無線電遙控中最新的一款無線比例電機轉速遙控器，比例遙控，是指受控制的模型的動作幅度與操縱者轉動發射機操縱桿的動作所成的比例關系。一套完整的遙控設備應該具有：發射機、接收機、伺服機和電子調速器，還包括配套的供電的電源和開關。

1.發射機

發射機是一個可以將操縱指令轉換為相應的無線電信號，產生的無線電信號向周圍輻射。發射機的模型不同便對應著相應不同的發射方式，比如車輛模型，它用的發射機常分為桿式和槍式兩種。這兩種發射機的操作方式有所不同，桿式發射機有分別控制模型車的方向和速度及剎車的兩個操縱桿，其中右邊控制模型車的方向，左邊的控制它的速度和剎車。而另一種發射機分別用方向盤來控制方向、操縱桿來控制速度，這兩種發射機的基本功能都是控制方向和速度。模型車的兩種發射機除了以上的基本功能外，若想增加模型的功能，可以再配搭上先進的電腦技術，可以輕松地實現儲存多輛模型車的調整數據，一機多用等問題。

2.接收機

接受機是一種無線電信號的接受器，是和發射機相作用的。因為接收機一般都是在移動的車或者什么機械上，所以制作的造型和體積都應盡可能的小。例如：日本生產了一款重18g左右、體積大小與火柴盒差不多的接收機，具有高的靈敏度，能接收近千米外發射來的無線電信號。

3.伺服舵機和電子變速器

伺服舵機是機械操作的執行者，通過接受到電信號的指令后作出相應的機械動作，來控制方向和速度。使用比較普遍能滿足基本要求的舵機為普通舵機，伺服舵機可以根據體積、電機強弱、性能等用途可分為微型舵機、強力舵機和普通舵機；除了普通伺服舵機外，通過調控體積和性能又可分為微型舵機和強力舵機，大的模型或大的控制機械需要安裝強力舵機，這種動力強勁的舵機為強力舵機；微型舵機，顧名思義，只能安裝在小的模型車上。

在電動模型車上需要體積更小、效率更高、使用壽命更長的伺服裝置，這種裝置便是電子變速器。在一些需求更高的電子變速器還需要添加數碼技術，使它具有了更加新穎的功能。在普通的車或者船上使用的無線電遙控就是兩通道，在飛機上就是三、四通道了。

在使用無線比例電機轉速遙控時，還要注意以下問題：

（1）無線比例遙控根據點播的收發形式可以分為調幅（AM）和調頻（FM）等等。調幅和調頻的不同之處就是抗干擾能力的大小不同，調幅（AM）的抗干擾能力較差，而調頻（FM）的效果不錯，也是目前使用比較廣泛的，例如廣播。

（2）為了防止相同的波頻發生相互干擾，每一套遙控設備都有自己的一個獨立的使用頻率。

（3）國家對于遙控器的技術指標是：發射功率不能大于750mW。

無論多么高級的設備，如果想要該設備長時間安全可靠的工作，必須定期的對設備進行正確的使用、維護與保修。以下是經驗之談，僅供參考：

（1）在使用之前，一定要及時檢查電源和充電；

（2）進行開機檢查，首先將發射機的天線全部伸到最長，然后打開電源開關，這時電瓶的指針應該落在綠色或者白色的位置；再將天線收縮到最短，電瓶指示會出現下降的趨勢，然后再接通伺服機的接收機的電源，此時伺服機應回到中間位置；轉動操縱桿和微調手柄，伺服機若有相應的反應，各個裝置之間也不相互干擾，便可以說明該設置可以正常工作，可以使用。

測試保證接收機天線與發射機天線在輸入較弱的信號時，仍可以正常接收信號，不影響工作。

完成以上檢查后，然后進行安裝。在安裝前，要將說明書熟悉一遍，需要的話，還要查閱相關的安裝資料，注意安裝的關鍵點。

最后一步就是對整個系統進行檢測，待用。

二、無線電遙控器的應用前景

近年來，隨著數字化、智能化、網絡化等行業的迅速發展，在監控行業中以無線遙控器為主是未來發展的趨勢，其開發產品的特點就是效率高、可靠性大、節能環保。

1.開發的產品智能、環保

在面臨嚴峻的全球性能源問題時，轉向低碳經濟、綠色發展，是我們最好的應對措施，這已經成為各界不言而喻的共識。從現在的市場行情來看，無線電遙控既是客戶所需也是行業發展大勢所趨。而無線比例電機轉速遙控更是新的開發產品。

無線比例電機轉速遙控，內部電路設計科學，對于內部使用的控制集成塊和晶體設計者主要使用了NE555控制集成塊和用石英材料的晶體進行穩頻，而調制、發射、接收、檢波電路等，都是采用了最普通的方法，這樣使得無線比例電機轉速遙控的原理及電路圖都更加簡單，性能也更穩定。

2.開發的產品應用領域廣泛

無線電遙控器主要是通過無線電信號傳播無線電信號來控制機械設備。例如關閉電源、開動電機、精確的轉動手柄等，完成這些指令后，再由這些機械設備進行指定的操作程序。無線電遙控不僅可以單獨使用，單獨安裝，發揮自己的用途，而且還可以與新生的技術聯合應用，可以開發出新的功能，可以更廣泛的滿足客戶需要。

3.開發的產品質量可靠

質量高、安全性能好，這是安防產品未來發展的重要趨勢，遙控器作為安防產品的領頭性產品，必須具備質量高、安全性能好的特點。隨著現代生活的進步，顧客的需求也有了更大的改變，比如對遙控器的保密性、工作性能穩定性、萬能型等。

對于無線電遙控器的領頭產品，不僅在對產品的質量和工作的性能穩定上繼續保持著嚴格的要求，而且在遙控器的控制范圍也有了進一步的提高，目前是100米左右，在該范圍內能保持高效的工作效率。

隨著市場的不斷壯大，安防行業已經日漸成熟壯大、技術精湛，相信在未來的遙控市場，會有更多優秀的產品出現，使得未來的發展道路更加讓人期待。

三、無線比例電機轉速遙控器的工作原理

從上述的介紹我們知道無線比例電機轉速搖控是由三大部分組成的發射機、接收機、伺服機和電子調速器，還包括配套的供電的電源和開關。下面分別作出介紹：

1.接收機的內部

要想了解一個物品的內部結構，我們必須對該物品有一個整體的了解與認識。對于接收機，我們先從它的結構組成上做分析，無線比例電機轉速搖控是由調諧、解碼和伺服三部分所構成的，而且這三部分都封裝在接收機的內部。此原理就像在家聽收音機，在打開后首先選擇你想要的電臺頻道，同時排除其它電臺的信號，然后將解調后的音樂傳遞給音頻功放。類比這些，模型接收機調諧器被設計時就只能接收晶體設定的那個頻率的信號，然后將解調后的信號傳給解碼器。解碼器從眾多的伺服機信號中挑選出合適的伺服信號脈沖送到下一站。此時應該明白音頻是不能區分出來調幅AM或者調頻FM的。相同的，模型接收機的解碼器也不清楚自己的上一級的信號是使用調幅AM或者調頻FM。

2.伺服信號的編碼

其次我們需要研究位置信息是如何傳送給每一個舵機的。若想明白位置信息是如何轉達給每一個分舵機，就必須明白這些都是用0電壓或者稱為OFF-低電平的信號脈沖和大約3.3V的電壓又稱為ON-高電平的信號脈沖來表示的。信號脈沖在高電平的時間長短決定了位置。這種脈沖占用2毫秒的時間片，每秒鐘重復50次。脈沖的寬度在1毫秒-2毫秒之間變化，它決定了舵機的角度，因為在不同的時間內，舵機所對應的角度不同，從左到右刻度依次顯示的是1mS、1.5mS、2mS，其中顯然當時間為1mS時所對應舵機的左邊最大角度，依次向右排下去。在剩下的所有時間里，該信號一直保持0電壓或者稱為OFF-低電平的信號脈沖。在保持1.5mS高電平與維持著18.5mS的低電平（0V)之間，脈沖信號不斷的重復著。然后信號脈沖會沿著黃色（JR)或者白色的線再傳輸給各個舵機，使用黑色或者棕色（JR)的線作為公共端，所謂公共端指的是電池負極，且電勢為0V。紅色的線則負責給各個舵機提供工作所需的電源正電壓。此處特點需要注意以下幾點：

（1）舵機的位置與輸入脈沖的寬度有關，與其他的都沒有關系；

（2）舵機的內部機制和位置信號無關；

（3）在白線上的位置信號強度相對較弱，它主要的驅動功率來自紅線和黑線。

你可能會好奇為什么長距離的舵機線很容易受到電磁噪聲的干擾。因為任何擾亂脈沖信號的噪聲都會導致舵機的操作行為不正常。

伺服信號在進入工作前，總會保持1毫秒的高電平。這可能會使得大家疑惑，其實這是舵機的同步脈沖，所謂同步脈沖，它指的是為確保接受和發送掃描能同步的一種制約信號。換句話說，就是舵機一直在等待從低電平變的信號電壓轉換成高電平的信號電壓，在等待1mS時間后，開始解碼接下來的1mS位置脈沖。該脈沖信號不僅可以提供精確的解讀次數，也可以提供發射機是否工作的信息。如果長時間沒有同步脈沖，而當關掉發射機的時候，發射機將會長時間持續低電平，某些設備恰好就是利用發射機的這個特征來激活一個蜂鳴器的。例如：墜機定位器。

3.驅動多個舵機 - PPM

脈沖信號在舵機位置上停留2毫秒，是怎樣停留長達18毫秒的空閑來等待下一個脈沖，究竟是為什么呢？經過查閱相關的資料，我們得知這長達18毫秒的空閑時間就是留給其它舵機的，讓其他舵機有充分的時間來完成自己的操作。每一個伺服信號都需要一個長達2毫秒的時間空隙，在前面我們提到過舵機位置的脈沖信號是2毫秒再加上中間停留的18毫秒，一共需要耗費20毫秒的時間。在這20毫秒的時間內可以讓10個舵機分別被驅動。作為接收機，它主要是利用解碼電路把10個脈沖序列分割為單獨的伺服脈沖，然后把它們分別傳送給相應的各個舵機。

比如，在現實生活中我們經常用到的收音機，可以把聲音信號分別從左右兩個不同的聲道傳播出來，我們時常會捉摸到底哪個信號是從左聲道出來的，哪個信號是從右聲道出來的。對于伺服信號，我們也有同樣的疑慮，為了解決這個問題，我們作出了大量的實驗與測試，最終選擇的方案是：在最后一個脈沖內，保持低電平至少2毫秒，也是持續時間是最長的一個脈沖。在這段時間內，解碼器就可以辨別出脈沖信號序列的開頭部分，便可以確認出脈沖信號之間的對應關系。在這之外，該2毫秒的低電平周期后面跟著一個1mS或更長的高電平的同步脈沖，它的作用是指示接下來的伺服機的操作。

首先簡單介紹一下比例脈沖調制PPM，所謂的比例脈沖調制PPM指的就是簡單地把伺服脈沖插入幀的一種方法，明白了比例脈沖調制PPM的真正含義，我們就知道它不僅編碼方式特殊，而且抵抗錯誤的能力非常強。基于對PPM的了解，我們可以推斷：

（1）凡是時間段持續在2mS以上脈沖信號，都能干擾到多路伺服信號，嚴重者還能完全損壞多路伺服信號，所以我們要盡量減少這種脈沖信號或者盡量縮短這種脈沖信號的時間跨度；

（2） PPM能夠同時驅動的舵機數量為9個舵機。也就是PPM接收機產品序列所能接受的最高端就是9通道。

（3）舵機位置與信號強度沒有關系，因此舵機距離的遠近并不會影響到信號對遠方設備的控制，除非是舵機根本接收不到信號脈沖。

（4）效率高。因為即使有一個幀出現錯誤，它也并不會影響全部的脈沖信號，因為接下來的幀會很快速的被同步，即恢復到正常的序列。

（5）靈活度高。 因為幀頭是由低電平到高電平的循環跳變標出，而不是精確的每秒50次的計數。因為每種牌子的發射機和接收機的交換性相當好，靈敏度高，靈活性大，這對于喜歡淘二手物品的愛好者是一個好消息。

（6）即使接收機的通道數量與發射機的通道數量不同，這也是可以混合搭配使用的，且不影響效果。

4.PCM

PCM是脈沖編碼調制的字母縮寫形式，它和PPM的關系就像磁帶與錄音機的關系。磁帶是“模擬的”，錄音機只是將磁帶上的信號先編輯然后播放出來。而磁帶將每個聲道的信號振幅，以一定的頻率轉換成數字信號記錄下來。正如前文中我們提到的那樣，PPM占空比在1-2ms之間變化，根據變化不同，它所指示的角度就不同，就會編碼出不同的舵機位置信息。占空比可以在0到100%之間任意取值，因此PPM是“模擬的”。而且PCM與PPM的最大的不同之處在于，PCM的發射機和接收機不能像PPM的發射機與接收機那樣自由、隨機的互換。因為PCM所采取的二進位的“數字編碼”方式，限制了舵機的位置信息，但是總體的影響不太大，且隨著科技的不斷進步，我相信總會客服這個問題的。

PCM的優點是：它很精確。例如，我們規定某個數字代表這種意思，則其他的任何數字，即使與該數字很接近，它也不會與該數字有相同的含義。與之相反，PPM發射機就不夠精確，它可能用1.45ms的脈沖信號來代替1.5mS時的脈沖信號。此外，外界的噪聲也會擾亂PPM脈沖信號，造成舵機位置誤讀。而采用二進位的數字系統的PCM可以通過加入校驗碼來進行糾錯，這顯著的提高脈沖信號的抗干擾能力。

因為只有是標準的模擬舵機才能被PCM接收機驅動，而且接收機還得將數字信號轉化為脈沖信號，這樣才能讓程序繼續運行下去。

任何事物都不是完美的，總帶有一些殘缺。將PCM和PPM比較來看，前者只要發生一點點錯誤的就會導致后續的步驟無法正常進行。而對于后者PPM來說，只要有一點完整的脈沖信號存在，就可以繼續下面的操作。這也是PCM系統引以為自豪的。但是由于受到科技發展的限制，它也存在缺點，缺點就是脈沖信號不是太穩定。所以PPM系統更受大家的歡迎。

四、無線比例電機轉速遙控的調速原理

1.簡介

根據實際的操作中，調速可以分為不改變同步轉速和改變同步轉速兩種不同的類型。前者在生產機械中應用的比較廣泛，不改變同步轉速的調速方法主要有繞線式電動機的轉子串電阻調速、應用電磁轉差離合器等調速方法。后者的調速方法主要是運用改變定子極對數的多速電動機。

以調速所消耗的能量的多少來分類，可以分為兩類，分別是高效調速方法與低效調速方法。前者指時轉差率不變，因此無轉差損耗。相應地，有轉差損耗的調速方法就是低效調速。一般來說轉差損耗隨調速范圍擴大而增加，如果調速范圍不大，能量損耗是很小的。且能量損耗的多少，也與所運用的機械設備有關。

2.方式

調速方式一共有4種，分別是調壓調速、變極調速、變頻調速和電磁調速。下面分別一一介紹：

所謂調壓調速，是指編輯調壓調速改變電動機定子電壓來實現調速。調壓調速，對于不同的電動機所需要設置的電壓也不一樣，如對于三相電動機，可選擇在0～380V之間的某值。調壓用變壓器，而變壓器有兩種形式，分別為調壓有級別和無級別。且變壓器的調壓應該與電動機的調壓一一對應，若變壓器是有級的，那么電動機的調速也得是有級的。

變頻調速是通過改變電動機定子端的輸人頻率，從而可以達到連續地調杰、改變同步轉速，實現電動機調速。

電磁調速則是通過電磁轉差離合器來實現調速的方法。電磁調速電動機是一種結構簡單、效果可靠的交流無級調速設備。電磁轉速的電動機是由拖動電動機、電磁轉差離合器和測速發電機等組成的，測速發電機的用途是作為轉速反饋信號源。

3.特點

編輯調壓調速的優點：（1）調速效率好；（2）裝置的體積與調節速度的范圍成正比，體積大，則調節速度范圍大，反之體積小，則調節速度的范圍就小。

缺點：編輯調壓調速器的功率容易受到別的影響，適用于的范圍較窄。

變極數調的優點：（1）無額外的功率損耗，工作效率高；（2）電路圖明了，容易理解，維修方便，價格合理；（3）與其他轉差離合器配合可得到更加的作用效果。

缺點：有級調速，不能實現無級平滑的調速。且由于受到電機結構和制造工藝的限制調速范圍相當有限。

變頻調速的優點：（1）無額外的功率損失，提高了工作效率，所使用的調速范圍寬；（2）對于低負載運行時間較多，可以達到節電和保護電機的目的。

缺點：技術較復雜，價格較高。

電磁調速的優點：（1）電路圖結構簡單，控制裝置體積小，便于攜帶，而且價格也容易讓人接受。（2）運行可靠，維修容易。（3）無過多的干擾波。

缺點：（1）速度損失嚴重。輸出軸的最高轉速僅為電機同步轉速的百分之七八十，主要因為電磁轉差離合器本身的轉差比較大；（2）在調節速度時，轉差功率幾乎全部轉化為熱能，降低了調速的效率。

五、無線比例電機轉速遙控器的應用前景

近年來，隨著數字化、智能化、網絡化等行業的迅速發展，在監控行業中以無線遙控器為主是未來發展的趨勢，其開發產品的特點就是效率高、可靠性大、節能環保。

1.智能、環保

在面臨嚴峻的全球性能源問題時，轉向低碳經濟、綠色發展，是我們最好的應對措施，這已經成為各界不言而喻的共識。從現在的市場行情來看，無線電遙控既是客戶所需也是行業發展大勢所趨。而無線比例電機轉速遙控更是新的開發產品。

無線比例電機轉速遙控，內部電路設計科學，對于內部使用的控制集成塊和晶體設計者主要使用了NE555控制集成塊和用石英材料的晶體進行穩頻，而調制、發射、接收、檢波電路等，都是采用了最普通的方法，這樣使得無線比例電機轉速遙控的原理及電路圖都更加簡單，性能也更穩定。

2.應用領域廣泛

無線電遙控器主要是利用無線電信號對遠方各種機構的設備進行控制的遙控設備。在這些信號到達遠方的接受設備，且被接受后，可以指令或者控制、驅動其他各種相對應的機械或者電子設備，來完成各種操作動作，例如關閉電源、開動電機、精確的轉動手柄等，完成這些指令后，再由這些機械設備進行指定的操作程序。無線電遙控不僅可以單獨使用，單獨安裝，發揮自己的用途，而且還可以與新生的技術聯合應用，可以開發出新的功能，可以更廣泛的滿足客戶需要。

3.質量可靠

質量高、安全性能好，這是安防產品未來發展的重要趨勢，遙控器作為安防產品的領頭性產品，必須具備質量高、安全性能好的特點。隨著現代生活的進步，顧客的需求也有了更大的改變，比如對遙控器的保密性、工作性能穩定性、萬能型等。

對于無線電遙控器的領頭產品，不僅在對產品的質量和工作的性能穩定上繼續保持著嚴格的要求，而且在遙控器的控制范圍也有了進一步的提高，目前是100米左右，在該范圍內能保持高效的工作效率。

隨著市場的不斷壯大，安防行業已經日漸成熟壯大、技術精湛，相信在未來的遙控市場，會有更多優秀的產品出現，使得未來的發展道路更加讓人期待。

六、結語

經過本文的介紹，希望讀者可以有所收獲。在今天這樣一個科技快速發展的時代，客戶的需求在不斷的增多，市場也在不斷擴大，希望在無線電遙控行業上，我國可以做出更出色的產品，新產品的開發人員要不斷的努力學習，學習新知識，新的研究方法，來提高無線電遙控在世界的地位，樹立中國新形象。我相信隨著國家科技體制的改革，社會對人才的需求量會越來越大，同時我也深信機會，成功是留給有準備的人的，只要自己足夠優秀，就能找到合適滿意的工作，在工作崗位上散發自己的光輝。應當抓住自己學習能力強、對風險承受能力大的優點，大膽的去做自己喜歡的事業。我相信，是金子總會發光，機會和成功是留給有準備的人的，時刻保持學習的興趣和學習的能力，以一顆上進心，責任心，事業心對待，一定會讓我在人生尋求成功的道路上越走越寬廣。

[1]楊長能．電機學[M]．重慶:重慶大學出版社,1994．

[2]王毓東．電機學[M]．杭州浙江大學出版社,1990．

[3]蘇長贊．實用遙控技術手冊[M]．北京:人民郵電出版社,1996．

[4]周文靈．基于PIC16F876單片機的直流無刷電機控制器的設計與實現[J]．國內外機電體化技術,2008,11(1):14-15．

[5]劉瑩,張凱．應用單片機實現多通道無線比例控制[J]．電氣傳動自動化,2003,25(1):46．

[6]劉杰．無線比例電機遙控器[Z]．BJ82,2001-02-04．

[7]淺談交流變頻調速的原理及變頻器的應用[M]．第2頁．

[8]監控行業無線電遙控器的3個發展趨勢[M]．2016,11．

[9]滾筒輸送機電機的調速方式有哪幾種[M]．2013,04．