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无线发射与接收电路设计分析

来源:中国职称论文咨询网作者:kaiting时间:2018-07-05 11:27

  这篇科技论文发表了无线发射电路设计的工作原理,论文采用高抗噪声数字编码/解码大规模集成电路,提出了一种保密性好、可靠性高、接收灵敏度高、抗干扰能力强的数字编码无线遥控系统设计方案,整体电路设计简单,成本低、体积小。

  【关键词】科技论文投稿,数字编码;无线遥控器;抗干扰

科技论文投稿

  引言

  随着数字编码无线遥控技术的应用,市场上出现了许多微功率无线发射/接收装置,促进了机器人、无人飞机指令遥控等领域的发展[1][2]。发射部分主要有编码电路和发射电路组成,操纵者通过操作按键,使编码电路产生具有某些特征的、相互间易于区分的信号指令(如:用不同的数码代表不同的控制指令),编码电路产生的指令信号通过高频信号载波,由发射天线发送出去。发射电路的主要作用就是产生载波,并由调制器将指令信号调制到载波上,经天线将已调载波发送出去。

  接收部分由接收电路及解码电路组成,由天线接收的微弱信号经接收电路高频信号选择与信号放大处理后,送到解码电路,解码后的信号提供给执行机构,从而实现对被控目标的控制。由于受环境电磁干扰的影响,工程上特别需要一种抗干扰性能强、保密效果好,能克服相互串扰的无线发射/接收的系统[3]。

  1数字编码的工作原理

  数字编码无线遥控器,是数字编码/解码技术与无线发射/接收技术的有机结合[4]。HT-12E/HT-12D是一种高抗噪声CMOS数字编码/解码大规模集成电路,具有8位地址编码与4位数据。图1为数字编码发送/接收原理图,分发射和接收两个部分,引脚编号A0-A7为地址编码组合,D0-D3为数据信号,ROSC为时钟振荡器,TE为发送操作按键[5]。数字编码就是逻辑“1”与逻辑“0”的组合,常用的数字逻辑“1”用高电平表示,逻辑“0”用低电平表示,信号容易受到干扰,且保密性差。HT-12E/HT-12D数字逻辑“1”由2个时钟周期的低电平及1个时钟周期的高电平构成;逻辑“0”由1个时钟周期的低电平及2个时钟周期的高电平构成,这种阶梯电平逻辑比传统的单一电平逻辑表示,具有更高的保密性。

  发送端TE按键每按下一次,HT-12E自动连续发送4个字的数据编码信号,并以串行格式从OUT端输出。一个字信号由8位地址和4位数据构成(前8位是地址,后4位是数据),发送字信号的时序如图2所示。接收端每接收1个字信号,首先比较地址是否相符,然后存储4位数据,否则放弃;当3次字信号校验相同时,存储的4位数据才算有效,输出电路才工作。也就是说,当发送端和接收端地址一致时,接收端D0-D3才有输出数据。这种数据传输方式,具有抗干扰性能强,保密效果好等优点,克服了传统无线遥控器抗干扰差、相互串扰等缺点。数字发送及接收的详细工作流程如图3、图4所示。

  2数字编码无线发射电路设计

  数字编码无线发射电路主要由编码电路和发射电路构成如图5所示[6]。数字编码采用HT-12ECMOS编码集成电路设计,A0-A7地址对应的a0-a7为8位地址编码,DO-D3数据对应的d0-d3为4位输入数据,ROSC为时钟振荡器。按钮K1既是发射按键,又是电源开关,当K1按下时电源接通,此时HT-12EVCC端得到电源,指示灯V3亮,同时R14使三极管V4的基极获得高电平,V4工作在饱和状态,导致HT-12E发射端低电平有效,编码信号从OUT端连续输出4个字信号,通过载波将编码信号调制发射[7]。

  K1为常开按键,平时整个发射电路不消耗功率,特别适用于采用电池供电的遥控指令发送器。发射模块采用时分制幅度键控模式的高频发射电路设计,发射电路的载波由C14、C15、L4、V5构成的LC振荡电路产生300MHz高频正弦波。C15为微调电容,微调C15可改变振荡频率,L4直接用PCB板的铜膜设计而成,作为发射用内置天线,电路设计简单、成本低、体积小,无线遥控的有效约距离50米。

  3无线接收数字解码电路设计

  数字编码无线接收解码电路由无线接收模块、信号处理模块、数字解码模块构成,如图6所示。无线接收模块为超再生电路设计[8],R1、R2、R3决定V2的工作点,V1二极管使V2的基极电压钳位在0.7V以上,稳定V2的工作点。V2与C2、C4、L1、C5等器件组成超再生高频接收电路,C5起正反馈作用,C4为微调电容,调节C4改变接收频率与发射频率同步。当天线收到调制信号时,经C1耦合至V2放大、检波,这种检波电路的设计有很高的灵敏度,但高灵敏度也容易使系统的抗噪声能力变弱。

  为了提高系统抗噪声能力,从C6引出的检波信号,经R6、C9滤波,送至N1、N2组成的运放电路放大、判别、整形。N2、R11、C11组成了一个特殊设计结构的比较电路,其比较基准电位由R11、C11充放电决定,随输入信号的变化而浮动,是一种“浮置式”比较电路,有利于隔离噪声信号电压,其作用是提高了信号鉴别的可靠性[9]。

  数字解码采用高抗噪声CMOS集成电路HT-12D设计,在接收信号的时序中,由12位数码组成一个字,前八位是地址(a0-a7),后四位是数据(d0-d3),当连续接收到4个字信号,且接收3次校验有效时,数据(d0-d3)锁存输出,同时VT端输出高电平。用户可以通过微处理器采集VT端电平,读取输出数据,控制执行机构。

  4结语

  本文提出的一种数字编码无线发射与接收电路,数字编码中逻辑“1”由2个时钟周期的低电平及1个时钟周期的高电平构成,逻辑“0”由1个时钟周期的低电平及2个时钟周期的高电平构成;控制指令信号由8位地址和4位数据构成一个字信号,保密性能好。连续发送4个字编码信号,3次接收校验有效输出数据,可靠性高。发射电路待机状态零耗电设计,耗电省。

  接收电路采用超再生电路,接收灵敏度;信号处理采用“浮置式”比较电路设计,抗噪声性能好。电路设计简单,系统已应用在中国工程机器人大赛空中机器人项目中,系统稳定可靠,具有较好的抗干扰能力。

  作者:徐煜明 杨潇晖 崔朝阳 陈海波 单位:常州工学院计算机信息工程学院

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