简易无线遥控系统设计毕业设计

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）

论文题目：简易无线遥控系统设计

所属系部：电子工程系

专业：电子信息工程技术

西安航空职业技术学院制

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

题目：简易无线遥控系统设计

任务与要求：

1.工作频率：f=6～10MHZ中任一种频率；

2.调制方式：AM,FM或FSK……任选一种;

3.输出功率：不大于20mW（在标准75欧姆假负载上）；

4.遥控对象：8个，被遥控设备用LED分别代替，LED发光表示工作；

5.接收机距离发射机不小于10m.

时间：2010年 10 月 17日至2010年 11月15日共四周

所属系部：电子工程系

学生姓名：学号：

专业：电子信息工程技术

指导单位或教研室：

指导教师：职称：高级工程师

西安航空职业技术学院制

摘要

无线电技术的诞生最早起源于无线电通讯技术，最初的构想是无线电电报技术的建立。真空电子管的发明使得无线电技术广泛应用于民用和军用等各个领域。

无线电遥控由于其控制距离远，抗干扰性强，已越来越多的应用于各个方面。世界大战时，无线电遥控就已应用到极至。后来随着晶体管的发明和集成电路的诞生，无线电遥控技术达到了更加完善的程度，如：航海，航空航天等高科技技术都与无线电遥控技术分不开。它也不仅仅是军事领域的成员，与我们的日常生活也有着密不可分的联系，如：遥控空调，遥控检测，报警，遥控玩具等等。现在，遥控装置应用的扩展很大程度上不仅为人们的生活提供了方便，而且使得很多不可能成为现实。

本文设计的无线遥控控制八路LED就是其中的一小应用。设计主要是通过FSK将信号调制成高频信号发送到接收装置，再解调还原出有用信号，对电路进行控制。其中信号的发射和接收及如何从载频中解调出有用信号是本次设计的要点。设计大体可分为：遥控发射器—信道－接收器－控制电路控制LED灯。设计的目的主要在于突出实用，经济，简单并在10～20米范围内完成遥控。

关键词调幅调制；解调；控制电路

Abstract

Radio technology of stemming from a radio communications technology, the initial idea of establishing a wireless telegraph. the vacuum tube invention of radio

technology is widely used in civil and military and other areas.

Wireless remote control to its distance, has more and more applied to all aspects. during world war, the remote control to be applied to the limit. then with the invention of the transistor and integrated circuits, wireless remote control technology to achieve a more perfect, as ：sea, air space technology and high technology with the remote control. technology without.It is not a member of the military sphere, and our daily life of contacts, such as ：remote control of air conditioning, remote, remote alarm, toys, etc. now, the expansion of the application of remote control to a large extent for human life not only provided a convenient and much to be a reality.

The wireless remote control design eight led is one of the application. the design is primarily through fsk will signal the onset of the modulating signal is sent to the receiving device, and demodulation of useful to restore, for the control circuit. the signal sent and received from the carrier frequency and demodulation of a signal is useful in the design.Design a general remote control can be divided into ：transmitters and receivers channel －－control circuit control led lights. the design of the chief purpose is to highlight utility and the economy, simple and twenty metres in 10 ～20completed within the scope of the remote control.

Key words: Modulated modulation ；demodulates ；control circuit

第一章绪论

1.1无线电通信的的发展

19世纪末，出现了无线电报。20世纪初，电子管的出现使无线电话成为可能。从20世纪60年代以来，随着晶体管集成电路的出现和使用，无线电通信迅速发展，无线电话、广播和传真通信相推出现并发展起来。

进入20世纪80年代以来，随着人造卫星的发射，电子计算机大规模集成电路和光导纤维等现代科学技术成果的问世和应用，特别是数字移动通信技术的快速发展，进一步促进了微波通信、卫星通信、光纤通信、移动通信和计算机通信等各种现代通信系统大的竞相发展以满足人们在各方面越来越高的要求。

1.2遥控的分类

常见的遥控电路一般有如下几种类型:声控、光控、无线电遥控等。

声控就是用声音去控制对象动作。一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感原件来拾取声音，通过电路放大驱动后即电子开关动作。为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制玩具娃娃的哭笑动作等。

简单的单通道光控电路是利用光敏二极管、一些复杂的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，应用光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等（早期生产的玻璃壳封装晶体管，挂掉外面黑色遮光油漆后就是一个不错的光敏管)。这个光源既可以是可见光，也可以使红外线等不可见光源，不同的光敏原件有着不同的光谱。其广泛，可以说家家都有。因为带遥控的电视机、功放音响、VCD 录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。现在有许多居民楼的走廊照明灯采用了光控与声控相结合的电路，利用路过的人发出的脚步声、谈话声或其他声音去触发照明灯的声控电子开关，用光控电路使得照明灯在白天自动关闭停止响应。

无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点。光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控是不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空。它由发射电路和接收电路两部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后开始驱动电子开关电路工作，所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的，根据其发射的高

频率波形有等辐、调幅（AM）、调频（FM）数字调制发射，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。

1.3无线电遥控基本原理和方案的确立

数字调制发射效率高但是抗干扰性强。用固定的音频频率去调制高频发射博得幅度、频率（所谓调制，就是使发射的高频电波随着音频频率的变化而产生响应变化的过程。)，使发射的高频电波幅度随着音频频率的变化而产生相应的变化，这就是数字式调制发射。它可以用不同的音频频率去控制不同的开关通道，所以可以做成遥控多通道控制电路。

调制发射：就是用固定频率的音频去调制高频发射波的频率。使得高频发射频率随着音频频率产生相应的频率偏移。因为调频发射发送的是高频等幅波（高频全功率发射)，充分利用了高频发射功率，所以在发射机的高频发射功率相同的情况下，控制距离比调幅波远得多。由于自然界里的干扰电波多数十调幅波，所以调幅波的抗干扰性能也远远优于调幅波，缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂。

如果用于调制的音频不是固定频率，而是直接用人的话音频率去调制高频发射波，那就是无线电对讲机了。发送接收的基本道理都一样，但由于发射功率过大会干扰和影响其它电子设备的正常工作（飞机上不允许乘客使用手机，就是怕手机的高频发射电波会干扰驾驶舱电子仪器的正常运行而产生事故）。所以每个国家都有专门的无线电管理委员会进行监督管理，对在不同的场合、不同工作性质下使用的无线电波发射功率、发射频率均有严格的限制和规定。对于业余无线电爱好者，开辟有专门的业余波段提供使用。据息：2008奥运委员会发布了在2008年奥运会期间将对无线频带实行限制频率段的规定，为保证奥运会通信的要求，北京市已经制定了相应规定。

设计无线遥控系统是要注意：遥控有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率。但由于上述发射功率，工作频率受到各种限制，一般可以从提高接收灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。

为了完成设计要求“简单无线遥控系统”。采用系统相对稳定的数字式移频调制发射的方案。

第二章方案的论证

2.1方案理论

我们做的是高频载波和低频调制的无线电遥控电路。该电路是由高频载波和低频调制基带波组成的高频已调制波作为遥控指令信号的超再生无线电遥控电路。根据要求，控制对象是8盏灯，其中一盏亮度可调，亮度分为八级，用数码管显示级数，被控制状态采用二进制编码。为了提高抗干扰能力，实现方法简单，载波传输采用FSK调制方式。

优点:系统设计简单、易于维护，成本很低，适于民用；抗干扰能力强。

缺点：传输距离短。

通信基本原理模型：

基带已调已调基带

信号信号信号信号

图2.1 通信基本原理模型

Figure 2.1 Correspond by letter the basic principle model

2.2调制与解调的实现

调制的原理：

调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成本部分，调制是在发射端将调制信号从低频端变换到高频段，便于天线发送或实现不同信号源。解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段，恢复原调制信号。

以下具体介绍FSK移频键控制信号数字频带传输系统的工作原理，要想理解FSK调制原理首先得从ASK数字振幅键控说起

2.2.1二进制振幅键控（2ASK)

二进制振幅键控信号时间波型如图2.2所示。由图2.2可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK（t)随二进制基带信号s（t）通断变化，所以又称为通断键控信号（00K信号)。二进制振幅键控信号的产生方法如图2.3所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现，图（b）是采用数字键控的方法实现。

图2.2 二进制振幅键控信号时间波型

Figure 2.2 Binary systems flap a key to control a type of the signal time

图2.3 二进制振幅键控信号调制器原理框图

Figure 2.3 Binary systems flap a key to control the signal to make the

machine principle frame diagram

由图2.2可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK 信号也能采用非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法)，其相应原理方框图如图2.4所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图2.5所示。

e 2ASK (t) a b c d

输出

定脉

时冲

（a）

e 2ASK (t) a b c

输出

cosωc t定脉

时冲

（b）

图2.4 二进制振幅键控信号解调器原理框图

Figure 2.4 Binary systems flap a key to control the signal solution to adjust

the machine principle frame diagram

图2.5 2ASK信号非相干解调过程的时间波形

Figure 2.5 2ASK a signal waveforms demodulation of the business process 2.2.2二进制移频键控（2FSK)

在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f 1和f 2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号)。二进制移频键控信号的时间波形如图所示，图中波形g可分解为波形e和波形f。即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1,0符号对应于载波频率f2.

图2.6 二进制移频键控信号的时间波形

Figure 2.6 Binary the button control signal frequency of the wave

二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。图2.7是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图。图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts 间输出f 1或f 2两个载波之一。

二进制移频键控信号的解调方法很多，有模拟鉴频法和数字检测法，有非相干解调方法和相干解调方法。采用非相干解调和相干解调两种方法的原理如图2.8所示。其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号，分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。非相干解调过程的时间波形如图2.9所示。

e2ASK（t)

图2.7 数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图Figure 2.7 The number key to control the binary the signal frequency key

control, a schematic diagram

定时脉冲输出

（a）

cosω1t

输出

-X-

（b）

图2.8 二进制移频键控信号解调器的原理图

（a）非相干解调; （b）相干解调

Figure 2.8 Bbinary the button control signal frequency and demodulation of a

schematic diagram

图2.9 2FSK非相干解调过程的时间波形

Figure 2.9 2FSKses concern with a form of time that the solution adjusts the process not

过零检测法：

图

2.10 过零检测法原理图和各点的时间波形

Figure 2.10 a zero examination method principles diagrams and a form of the wave

2.3 10MHz载频的产生和发射机主振电路形式的选择

正弦波振荡电路是一种基本的模拟电子电路。低频信号发生器是电子技术中经常使用的一种正弦振荡电路，大功率的振荡电路直接为工业生产提供能源，如超声波探伤、无线电和广播电视信号的发射和接收等等都离不开正弦波振荡电路。下面介绍产生正弦波振荡的条件，也就是我们需要的10MHz产生条件。

一种情况是在放大电路里引入正反馈后，一定条件下可能产生自激振荡面使电路不能正常工作，因此必须消除这种振荡；另一种情况若有意识利用自激振荡现象，使大电路变成振荡器，以产生各种高频或低频的正弦波信号。一般情况下正弦波振荡电路应具有放大电路和反馈网络，此外还应包含有选频网络。选频网络若有电阻和电容元件组成，通常称为RC正弦波振荡电路；若有由电感和电容元件组成，则称为LC正弦波振荡电路。

2.3.1正弦波振荡电路原理

1）. 正弦波振荡器的振荡条件：

从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。图2.11（a）表示接成正反馈时，因此有

X i=X a+X f (2.1)

放大电路在输入信号X i=0时方框图。可改画成图2.11(b)所示。由图可知，若在放大器的输入端（1端)外接一定频率、一定幅度的正弦波信号X a经过基本放大器和反馈网络构成的环路传输后，在后反馈网络的输出端（2端)，得到反

馈信号X f 与X a在大小和相位上都一致，那么就可以去除外接信号X a,而将（1）、（2）连接在一起(如图中的虚线所示)而形成的闭环系统，其输出端可能继续维

持与开环是一样的输出信号。这样由于

( a ) ( b )

图2.11 正弦波发生电路

Figure 2.11 An occurrence of sine electric circuits of figure

正弦波振荡器的振荡条件为：

幅度平衡条件；

相对平衡条件：

讨论1、如果反馈电压V f和放大器输入电压Va幅度相等而相位不同，那么，经放大后，反馈的每一个循环将会使输出电压Va较前一次的相位提前或推迟一些，振荡周期就会一次比一次缩短或延长，所以始终得不到固定的振荡频率，只能得杂乱无章的信号输出。

讨论2、如果反馈电压Vf和输入电压Va的相位相同，而振幅不等，就会出现两种情况

1、∣Vf∣<∣Va∣，即使电路中产生了振荡，但每经过一轮放大反馈的循环，Vo的振幅就会减少一些，最终振荡消失。

2、∣Vf∣>∣Va∣，每经过一个循环，∣Vo∣的振幅就会增大一些，

电路中产生增幅振荡，最终由于器件进入非线性区而出现失真。

讨论3、若反馈电压Vf 和输入电压Va 不仅幅度相等，而且相位相同，则放大器在没有外加输入信号的情况下，也能维持有等辐的输出电压Vo 。

讨论4、∣AF ∣=1是维持振荡的幅度条件，电路能够起振的幅度条件是∣AF ∣>1，稳定之后满足∣AF ∣=1以维持等辐振荡。另外，ψa+ψa=2n π称为相位平衡条件。以上条件同时满足，电路才能起振。

讨论5、作为正弦波振荡器，除了必须有一个放大器和一个反馈网络外，还必须要有选频网络和稳幅器。依靠选频网络的选频特性，可能是电路只能在某个期望的频率上同时满足。相位平衡条件和振幅平衡条件才能使振荡器输出单一频率的正弦波振荡。反馈网络与选项网络可以合二为一，由一个网络完成。

2）基础LC 选频放大电路

下面首先讨论组成LC 正弦波振荡电路的基础LC 选频放大电路。

（1）LC 并联谐振回路及特点

在选频放大电路中经常用到的谐振回路是如图2.12所示的LC 并联谐振回路。

图2.12 LC 并联谐振回路

Figure 2.12 LC merges the to flap the back track

图2.12中R 表示回路的等效损耗电阻。

由图可知，LC 并联谐振回路的等效阻抗为

有上式可知,LC 并联谐振回路有如下特点： ①谐振频率为LC 1=θω或LC f πθ21=

②谐振是，回路的等效阻抗为纯电阻，阻值最大

③信号源电流与振荡回路中的支路电流的关系：

∣i L ∣≈∣i C ∣＝Q ∣i S ∣

式中称为品质因素。

上式表明：LC电路谐振时，支路电流近似为总电流的Q倍。通常，Q>>1，所以，谐振时LC并联回路电流比输入电流大得多。也就是说，在谐振回路中外界的影响可以忽略。这个结论对于分析LC正弦波振荡电路时十分有用的。

3）西勒振荡器

西勒振荡器如图2.13所示，其振荡角频率为

起振条件为式中

图2.13 西勒振荡器

Figure 2.12 West reined oscillator

最终我们考虑到：主振可采用晶体振荡或LC振荡，题目要求载频为6～

10MHz。若采用普遍晶体倍频方式，假设为三倍频，则晶体频率要低于3.33MHz，在这种情况下难于获得足够的频率。例如，用摩托罗拉公司的单片集成FM调制芯片MC2833实现2.5MHz电抗管晶体三倍频调频时，实测三倍调频后的最大频偏位420Hz。若采用专用调频晶体，价格有太高。因此本设计选择了变容二极管直接调频的西勒电路。既可以获得较大的频偏，又可保证一定的频率稳定度。

2.4信道

定义：以传输媒介为基础的信号通道，必不可少。

1）狭义信道：信号的传输媒质(在发送器和接收器之间的物理通路）

a.导向传输媒体；电磁波被导向沿着固体媒体传输

b.金属导体:双绞线、同轴电缆、光纤

c.非导向媒体:自由空间、无线电(短波、微波、卫星）、红外线

2)广义信道：除传输媒质外，还包括通信系统的某些设备所构成的部分。

a.调制信道：从调制器输出端到解调器输入端。

b.编码信道:从编码器输出端到译码器输入端，根据具体问题来选择不同类型的信道。