无线遥控技术（精选11篇）
无线遥控技术 篇1
0 引言
随着社会的不断发展,智能设备的不断出现,遥控器的运用越来越广泛。无线遥控器由于控制距离远,抗干扰性强,已越来越多的出现在生活的各个方面。本文介绍了一款通用的无线遥控器,采用AT89C51作为控制核心并采用专用编码解码电路,由于其体积小、价格低廉因此可非常方便的移植到遥控机器人、遥控小车上等,实现远距离控制。
1 工作原理
当无线遥控器的某个按键按下时,由单片机判断是否有按键发生并检测出键值。单片机根据检测到的键值发出相应的码值,无线发射器负责将按键信号以编码的形式在315MHz的频率上发射出去。无线接收器接收并放大发射信号同时解调出TTL电平信号送至单片机进行处理,单片机通过比较和识别接收来的无线遥控编码便可执行相应的遥控功能。
2 设计方案
无线遥控工作原理图如图1所示。
本系统的设计思想没有考虑信号编码方式,因为这些是由专门的芯片完成的。本设计仅利用单片机AT89C52对4*4的矩阵键盘进行监控,当有按键发生时便将其相应的键值经单片机送与发射芯片,通过发射芯片将控制信号发射出去,由接收芯片完成信号的解调和放大。
该设计中无线发射接受芯片采用的是SZSAW系列的0733编码发射芯片和CZS-7接收解码芯片,它的工作方式为频移键控FSK,因此发射信号比较稳定。0733发射芯片有四位数据端,CZS-7接收芯片除了四位数据端外还有一端为判断位VT端,当VT为1时表明没接受到信号,反之则接收到信号。芯片数据端的默认状态均为低电平。
2.1 硬件设计方案
根据无线芯片编码解码的的特点,结合AT89C52优秀的处理器功能,设计了以AT89C51为控制核心的实现无线遥控技术的硬件电路图,在最小电路图的基础上添加了矩阵键盘和专用IC,其电路示意图如图2所示。
遥控器由专用发射芯片0733发射信号,当CZS-7接收到信号后其VT端由低电平变为高电平,AT89C52的P2.4端检测到VT的电平变化后,单片机开始查询P2口的低四位。
2.2 软件设计方案
无线遥控器的设计中软件的主要功能是查询按键发生时的键值,并将其送与0733数据端。而接收端软件的作用是读取接收解码后的信号并与储存在单片机里的数据进行匹配,控制单片机发出相应的控制信号。其设计流程如图3、图4所示。
3 结论
本文介绍了一种用单片机进行无线遥控的方案,利用较少的外设实现了基本的功能。其较强的抗干扰性使得该遥控器具有很好的通用性。经作者试验在空旷地带遥控距离可达上百米。此外,由于充分利用了单片机的内部资源,使整个应用系统结构更为紧凑,从而降低了系统的设计和实施的成本。专用编码解码芯片的使用也使该控制器具有较强的可靠性和稳定性。
参考文献
[1]张齐,杜群贵.单片机应用系统设计技术[M].北京:电子工业出版社,2004.
[2]深圳声表公司.www.szsaw.com.
无线遥控技术 篇2
设计背景：
随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的简易和实用，快节奏的现代生活使得许多电子产品也必须作到小巧、方便、简易。为满足这一需求。便产生了无线遥控系统。
它的产生使人们在工业、农业、航天以及家庭生活中都得到极大的便利，使人们在一定的距离内可以控制其他机器、系统等的正常运作。给工业的发展带来了方便。他是电子行业以后发展的必然趋势。在曾经的工业生产中,不管是机器的启动,还是系统的关闭。
都采用的是有线控制,需要人亲自到控制中心进行手动的操作。给工业生产的进步和生产效率的提高带来了限制。随着科技的不断进步,这样的控制必定会被先进的所取代。因此遥控控制系统的产生,给工业带来了新的革命。
它极大的方便了工业的控制生产。使人们能够在一定距离内甚至在遥远的宇宙中也去控制另外的机器,系统的运作大大的提高了生产效率,为经济的提高做出了很大的贡献,也决定了一个国家在国际中所站的地位。因此,作为国家未来建设者。我们学好遥控知识,是自身的必备,也是国家和时代的需求。 设计目标：
1.控制距离至少20米
2.通过不同的按键控制开关通断 3.可实现开关通、断、延时关等功能
设计思路、技术路线
本次设计采用的是315MHz稳频无线电遥控组件及其它的外围元件，组装的遥控开关。通过单片机可以对十路220V以上的各种电器进行控制。
发射电路扫描键盘的键位，由单片机发出相应的控制信号，送到PT2262的数据输入端。由PT2262编码并调制在315MHZ载波上，经过一级高频放大后由天线发射出去。
再由接收板接收信号，经过两级放高频放大后，由检波电路解调出调制信号，数字信号经过双运算集成放大块LM358两级高增益放大后送入PT2272进行解码，输出端送给单片机，单片机根据动作信号分别去控制相应用电器的控制继电器。完成对用电器的控制。
发射部分：315M
无线发射模块
接收模块：315M无线接收模块
设计进度计划
1、20xx年12月1月 毕业论文选题，与导师见面。
2、201月年1月 收集相关资料，建立框架。
3、2019年1月 毕业论文开题答辩。
4、2019年2月2019年3月 用Protel软件画出各部分电路,并编写单片机程序。
5、2019年3月2019年4月 监测电路并进行调整。
6、2019年5月2019年5月 优化程序，撰写论文。
无线遥控小夜灯 篇3
我先网购遥控装置，又用废旧材料制作灯座和插头，做成使用市电的遥控小夜灯。我还用遥控装置以及充电电池和小型灯泡进行装配，制作停电时可连续使用3～4个小时的遥控灯，用一个小型扁平的集装箱作为外壳，携带方便又节省空间。
请老人试用时，我发现，以家用电为能源的遥控灯亮度太强，而以充电电池为能源的遥控灯亮度太弱，在使用时灯还总是闪。于是，我做了个灯罩：先用白色透明的书皮作整个灯罩，用竹棍固定;再用颜色较暗淡的书皮，贴在白色书皮的二分之一处。这样需要灯光亮度强时，就把浅色的部分罩在灯上，需要暗时，就把暗淡的那面罩在灯上。
我又加长了电线长度，并把其他问题都一一解决。
使用时，先把集装箱打开铺平，遥控灯的插头在最上头的一个袋子里，先将其取出，插在插座上，就可以使用了。用充电电池的灯要将充电电池与灯连接方可使用。
两盏灯的遥控器组合在一起，黑色的控制家用电为能源的遥控灯，绿色的控制充电电池的遥控灯。黑色遥控器上面有3个按键，分别是A，B，C，其中A键是开，B键是关，C键是延长10秒左右后关。绿色遥控器右边的控制杆没有用，左边的是控制开关，往上一直拨是开，往下是关，以里边的红色显示灯为准，亮就是开着，没亮就是关着。
无线遥控技术 篇4
无线遥控就是利用高频无线电波实现对模型的控制。目前, 传统无线遥控系统普遍存在同频干扰和遥控距离小两大问题。主要原因是载频较低导致带宽较窄和控制信息以模拟方式传输使得同频干扰可能性的增大。而采用先进的2.4 GHz扩频技术, 从理论上讲可以让上百人在同一场地同时遥控自己的模型而不会相互干扰, 而且在遥控距离方面也颇具优势, 2.4 GHz遥控系统的功率仅仅在100 mW以下, 而它的遥控距离可以达到1 以上, 而且由于频率高, 天线长度只有3 cm;另外, 可借鉴的商用技术较多。因此, 很有必要将2.4 GHz扩频通信技术应用于无线遥控领域。
1 系统方案设计
1.1 采用WirelessUSB技术简介
在2.4 GHz频段, 有许多较为成熟的通信技术可以借鉴, 如蓝牙, Zigbee等。其中WirelessUSB技术非常值得注意。该技术由Cypress公司提出, 工作在2.4 GHz (ISM) 频段, 相对于其他在2.4 GHz波段使用的无线短距技术, 成本较低, 消除了系统的复杂性和开销, 避免了蓝牙与ZigBee等无线网络解决方案的困扰, 方便易用, 特别适合于点对点以及多点对多点的设备小数据包通信, 而且功耗较低, 是适用于2.4 GHz无线遥控的理想选择。
1.2 遥控系统设计框图及原理
系统分为发射和接收两部分, 发射部分由PPM编码、PPM/PCM转换、扩频和功放等单元组成, 接收部分由前置放大、解扩、PCM/PPM转换等单元组成, 其结构如图1所示。
其工作过程是:在发射时, 操作遥控设备的操纵杆, 通过PPM编码产生一组PPM信号, 经过PPM/PCM转换单元, 进行时间采样量化后, 实现PCM编码, 基带单元将PCM信号根据接口协议传到扩频单元中, 在扩频单元中, PCM基带信号进行直接序列扩频后, 被调制到2.4 GHz频率上, 经过功放单元放大后, 由天线发射出去, 完成发射。在接收时, 射频信号被安装在模型上的天线接收到后, 经过前置放大器, 变为低噪声放大信号, 送到接收机的解扩单元;在此进行射频信号的解扩和解调, 获得为PCM基带信号, 然后送到接收机PCM/PPM单元, 进行PCM信号到PPM信号的转换, 恢复成PPM模拟信号输出到各个舵机, 完成相应的动作。
系统设计指标为:工作频段:2 400～2 483 MHz;信道带宽:小于或等于1 MHz;扩频方式:直接序列扩频;伪码长度:最长64 chips, Gold码序列, 可用序列进行优选;数据速率:不低于15.625 Kb/s, 可达62.5 Kb/s;信道数目为79;发射功率为100 mW;通信距离为1 000 m;接收机灵敏度:约-95 dBm;调制方式:高斯频移键控调制 (GFSK) 。
2 系统实现
2.1 系统硬件实现
系统使用由Atmel公司生产的AVR单片机Mega 16L[1]和Cypress公司生产的CYRF6936[2]射频芯片配合工作。Mega 16L完成系统控制以及PPM/PCM/PPM之间的转换功能;CYRF6936完成2.4GHz的扩频调制以及解扩解调。如图2所示。
其中, CYRF6936芯片是Cypress公司为配合WirelessUSB LP 方案推出的低成本、高集成2.4 GHz直接顺序扩展频谱射频片上系统 (SoC) , 具有可配置的双向 (接收或发送) 功能;其特点是:工作电流为21 mA;最大发射信号强度为+7 dBm;最大接收灵敏度为-97 dBm;睡眠电流小于1 μA;直接扩频序列时最大速率为250 Kb/s, GFSK时最大传输速率为1 Mb/s;具有自动执行的程序装置 (ATS) , 无需处理器的介入处理;能提供给微处理器或感应器的电源管理装置 (PMU) ;具有发射与接收分离的16 b FIFO数据缓存器;具有接收信号强度指标 (RSSI) ;睡眠模式下仍可控制SPI接口;工作电压介于1.8～3.6 V;工作温度介于摄氏0～70 ℃。CYRF6936芯片[3]支持4种不同的资料传输模式:GFSK模式, 8DR模式, DDR模式, SDR模式。模式选择通过配置寄存器 (0x03) 实现。接收和发射均采用中断的方式, 共有3种中断[4]: 发射中断、接收中断和唤醒中断。这些中断共用一个IRQ引脚。通过配置相应的寄存器使能发射或接收中断, 可用于系统的数据收发。
在发射时Mega 16L接收PPM信号并进行编码, 随后送入CYRF6936发射出去;在接收时过程相反, CYRF6936的状态设置以及收发信号的交换均通过SPI口通信实现。SPI口通信采用双8位数据格式发送, 前8位为读写方向命令、地址增加模式、地址, 后8位为数据, 数据发送的时钟有Mega16L提供。例如, 通过SPI对寄存器 (0x0F) 写入FRC END=1和END STATE=000, 可以使得CYRF6936进入低功耗的睡眠状态。当进入发射状态或者接收状态时 (通过设置寄存器 (0x02) 或者 (0x05) , CYRF6936自动从睡眠状态中唤醒。
2.2 遥控系统软件设计
遥控系统软件主要包括对射频单元的控制程序、PPM/PCM编码进行转换的程序。在此采用AVRmega16综合开发板Ver3.2和AVRStudio[5]来加快软件程序开发, 并进行模拟真实硬件环境下的软件仿真。
2.2.1 控制程序设计
控制程序是控制着整个系统的工作状态, 程序流程如图3所示。
2.2.2 编码转换程序设计
PPM和PCM信号之间的转换是采用Mega 16L计数器完成的。通常的PPM信号每帧的持续时间不超过20 ms, 同步帧不小于3 ms, 各信道帧在1～2 ms之间, 如图4所示。
在发射时计数器在每一帧数据中以10 μs为周期进行计数, 当出现高电平时开始计数, 在下一个高电平出现时读数, 并进行计数器清零, 然后转入下一个计数周期。将计数器记下的数进行编码, 这就完成了PPM-PCM的编码转换。在接收时, 通过PCM信号的大小通过计数器产生相应长度的脉冲间隔就恢复为PPM信号。
3 结 语
本文运用AVR单片机Mega 16L作为控制和编译码单元和CYRF6936射频芯片作为射频单元相配合设计得到的一种新的2.4 GHz无线遥控系统。其不仅具有很强的抗干扰能力, 而且发射功率低、功耗小、发射距离远。对该方案予以了具体实现, 在室外空旷场地进行遥控测试, 配合功放的情况下, 该遥控系统有效操作距离可达到500 m, 获得较满意的结果, 与传统无线遥控系统比较, 具有响应速度快、精度高和不抖舵的特点。
参考文献
[1]Atmel Corporation.8 b AVR Microcontroller with 16KBytes In-system Programmable Flash[Z].2007.
[2]Cypress Semiconductor Corporation.WirelessUSB LP2.4 GHz Radio SoC.2007.
[3]梁为宗, 蔡木金.无线键盘传输加密之设计与实现[D].台湾:台湾中央大学, 2007.
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[7]李晓辉, 任艳君.四路无线遥控开关系统的设计与实现[J].现代电子技术, 2007, 30 (12) :66-68.
[8]王琳丽, 乔治.基于单片机的遥控系统的抗干扰分析和实现[J].现代电子技术, 2008, 31 (1) :10-12.
无线遥控技术 篇5
自从人类发明了电灯后，灯具的种类和款式变化万千，控制灯具的开关反而没有什么变化，先是拉线开关，然后又改用墙壁面板开关，沿用了许多年。墙壁面板开关在安装时非常麻烦，必须在墙壁中预留下线槽、下线管，经过穿线、安装开关、抹灰等多道复杂工序，既费时、费力，又浪费资金和原材料。数码万能无线遥控开关彻底解决了这些问题，不仅给人们的生活带来了便利，改变了人们100多年来只能用手去摸墙面才能开灯、关灯的原始方法，还在一定程度上简化了盖房装灯时的繁琐程序，节省了资金和原材料，是一项非常有意义的发明。该产品专利于2005年8月获得国家正式批准（专利号ZL200420084809.9）。此种开关的研制成功将为城市新建楼房和现代住宅以及普通乡镇都带来了新商机，市场前景非常广阔。
产品介绍：
产品分两大类，多种型号。其中集中式：主要用于新建楼房、住宅，它可控制十一间房间灯具的开与关。是工厂、学校、办公楼的首选产品，使用时不用预留下线槽，下线管，穿线等多种繁杂工序，真正做到省工、省时、省力，省原材料。独立式：主要用于旧房安装使用，安装时只插入主控制盒的插线孔之中，安装只需十秒钟。它有多种型号，供用户选用。
数码万能无线遥控灯具、电器开关，可控制十二路灯具或电器的开与关，遥控距离达30100米，穿透力强，使用寿命长达6万次以上，是现在普通开关的6倍，完全可以满足普通家庭的使用需求。除了家用外，该产品还能应用到许多领域，可以遥控各种类型的灯具和上百种电器的开与关，如电视、冰箱、蔬菜大棚上、下卷帘、车库门等等。而且，该产品安装方便，安装一室的灯具只须十几秒钟，旧房安装只须插入220V电源线和灯具线即可使用，与传统开关相比，真正做到了省时、省力、省工、省原材料。
经营策略：
可以将产品直接送到灯具店、五金商店销售，还可以与装修公司、房地产开发商合作推广，到各居民小区、工厂、学校、企事业单位推广，这些都是潜在的消费群体，市场巨大。
推荐企业：
盘锦红日宝电子技术有限公司主要生产“数码万能无线遥控灯具开关”，本产品可遥控上百种电器的开与关。是国内首创和研制生产厂商。其产品销售到全国各省、市、县地区。目前公司生产能力达到年产量40万只，其中独立式30万只，集中式10万只。
无线遥控技术 篇6
1 移动设备与固定输送带联锁方式的状况分析
目前, 国内输送系统中移动设备与固定设备联锁主要采用有线联锁方式。其中以滑触线式联锁、电缆滑式车联锁、电缆转盘式联锁等为主。如果安装一套长218 m的滑触线联锁装置, 需投资费用20多万元, 施工时间15天, 而目前我公司铁路输煤系统运量大, 任务急, 生产上不允许采用滑触线联锁。电缆滑车联锁对电缆的机械强度要求比较高, 为达到强度要求, 218 m长的距离, 需采用重型电缆, 投资费用高达12万元, 而且必须有足够的场地架设电缆滑车, 根据铁路货场的现状也不适宜采用该联锁方式。同样, 电缆卷筒联锁只适宜短距离的皮带联锁, 皮带越长, 对电缆和卷筒的机械强度要求越高, 投资费用也大幅增加。
国内现有的工业用无线遥控装置安全可靠工作距离一般为40 m左右, 最远不超过100 m, 而我公司铁路货场距离在200 m以上, 现有技术很难达到要求。
2 无线遥控装置结构及原理
无线遥控装置是通过无线遥控接、发射模块与放大电路组合而成的一套“一发二收”的远距离无线遥控装置, 能彻底解决铁路货场218 m皮带与移动卸车机的联锁问题。PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。其中发射芯片将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身, 使发射电路变得非常简洁。发射芯片PT2262、接收芯片PT2272管脚结构图如图1、图2所示, 对应的管脚功能表如表1、表2所示。
3 遥控装置原理
本遥控系统由PT2262编码电路与PT2272解码电路和315MHz的高频接、发电路组成, 输入信号经PT2262集成模块进行编码通过315 MHz高频发射电路发射给对应的接收模块, 接收电路接收到相应的信号, 经PT2272模块解码后与PT2262信号输入管脚相同的管脚和VT管脚输出高电平信号, 输出信号经放大电路放大, 推动继电器工作, 从而达到控制效果。
3.1 遥控发射电路原理
由于遥控装置属于远距离、大功率、瞬时工作型发射器, 不适合在额定条件下长期工作, 属于间断工作型, 每次连续发射不应超过3 s, 否则会导致功放管过热烧坏。根据此特点设计了一套时长6 s频率1 s脉冲信号发射控制电路[1]。发射电路控制原理如图3所示, 发射信号控制原理如图4所示。
图3、图4中KM是现场固定皮带主接触器一对常开和常闭触点, 常开设为开机信号, 常闭设为停机信号, KT1、KT2是输出频率为1 s的脉冲时间继电器, KT3、KT4是能延时10 s的通电延时时间继电器 (设定值为6 s) , SB1是启动手动发射按钮, SB2是停止手动发射按钮, YD启动指示灯, TD停止指示灯, KA是中间继电器, B是 (220/12 V) 变压器, C是滤波电容, ZL是整流桥 (输出9 V直流) 。
电路原理:固定皮带启动运行接触器KM吸合, KM常开触点吸合, KT1、KT3线圈得电、YD指示灯亮, KT1-1、KT1-2触点按通1 s断1 s频率通断, KT1-1触点接通KA中间继电器线圈得电, KA常开触点闭合自锁, 变压器B通电, ZL整流桥工作输出9 V直流电经电容C滤波后加到发射模块PT2262上, PT2262得电工作, KT1-2通过管脚10输入高电平, 同时PT2262的编码输出端17脚也有高电平输出, 通过315 MHz高频发射电路发射“开机”信号, 6 s后KT3-1常闭延时触点断开, KT1线圈失电, KT3-2常闭延时触点断开, KA线圈失电, 图4控制电路停止工作, 发射结束。如果接收模块PT2272因故未接收到信号, 可以按下SB1重新启动发射。当KM线圈失电, 皮带停止, KM常闭触点恢复常态, 停止发射控制电路工作, 此时电路工作过程与启动工作过程相似, KT2-2通过PT2262管脚12向PT2272发射停机信号。
3.2 遥控接收电路原理
接收电路响应迅速、灵敏。但输出信号的功率太小, 无法直接控制继电器, 所以输出信号必须经过功率放大。接收信号放大、控制电路原理图如图5所示, 卸车机皮带控制图如图6所示。
当KT1-2通过PT2262管脚10给出开机信号, 接收模块PT2272管脚10与管脚17 (VT) 就有相应高电平输出, 其他输出管脚均为低电平, (闭锁) 三极管V4导通, 二极管V1导通, 给电容C1充电, C1充电结束后, 三极管V2导通、V3饱和导通 (三极管V2、V3组成一个功率放大复合管) , 此时直流继电器K1 (3 V) 线圈得电, K1常开触点闭合, 直流继电器K3 (12 V) 线圈得电, K3-1常开触点闭合自锁, K3-2常开触点闭合 (触点容量放大) , 继电器KA1线圈得电, KA1常开触点闭合, 为卸车机皮带正转工作做好准备。当KT2-2通过PT2262管脚12给出停机信号时, 此时控制电路工作过程与开机时相仿, 直流继电器K2线圈得电, 同时直流继电器K1失电断开, K2常闭触点断开, 直流继电器K3线圈失电, K3常开触点断开, 继电器KA1线圈失电, KA1常开触点断开, 卸车机输送带正转控制回路断开, 不能工作。卸车机皮带正转受控于K3, 移动的卸车机皮带与固定皮带实现了联锁。
4 遥控联锁装置特点
4.1 电路可靠性
发射控制电路采用了短时脉冲控制和继电器KA切断整流电源, 使发射模块电路在非工作时不带电, 对发射模块起到了保护, 防止其因长时间带电过热而损坏[2]。同时增加手动控制按钮SB1、SB2, 方便了操作, 加强了电路实用性, 滤波电容C消除了干扰信号对电源的影响, 提高了电路可靠性。
接收电路:电容C1可以有效防止电路因外界信号干扰而误工作, 提高了电路的稳定性, 电路增加继电器K3常开触点自锁, 同样提高了电路稳定性与可靠性, 正常工作时, 即使有干扰信号能使直流继电器K1产生误动作 (断开) , 由于K3-1自锁触电的保持作用, 电路依然照常工作, 不受影响, 电路还增加操作按钮SB5防止直流继电器K1拒动, 可以强制启动联锁, 使输送带工作, 确保电路的稳定性。
4.2 工作时注意的问题
电路工作时, 不能用手或金属物体触摸天线, 否则天线阻抗容易变化, 导致功放管反射太强而损坏。
发射模块工作电压不宜太高或太低, 太高易烧坏功放管, 太低会影响发射距离或不能使电路工作, 一般用市电经整流稳压供电为佳, 取值为9 V, 接收模块工作电压3～6 V, 以5 V为佳。
电容C1的取值不应太大, 它对电路有延时作用, 只要电路不出现断续, 值越小效果越好, 一般取值为0.1～1μF。
直流继电器K1、K2的电压不宜用5 V, 用3 V为佳。
4.3 实施效果
该装置结构简单, 元器件少, 发射功率大, 抗干扰性能强, 具有良好的信号传输功能。运行几年来, 无论安全性、稳定性和操作的灵活性都受到了大家的一致认可。
5 结语
(1) 分析了几种主要的联锁方式不便于安装在我公司铁路货场的原因, 提出了无线遥控联锁的构思。 (2) 由于遥控装置属于远距离、大功率、瞬时工作型发射器, 每次连续发射不应超过3 s, 由此设计了一套时长6 s频率1 s脉冲信号发射控制电路。再经过放大输出信号, 有效地解决了输出信号的功率太小, 无法直接控制继电器的问题。 (3) 该装置运行平稳, 可节省成本20多万元。由于安装了联锁装置, 铁路输煤系统可大大减少皮带落料斗堵煤等故障损失。
摘要：对几种主要的联锁方式进行比较, 在空间较小、生产任务较重的铁路货场, 通过无线遥控联锁, 成功实现了输送带与卸车机的联锁, 取得了较好的经济效益和社会效益。
关键词：铁路货场,输送带,卸车机,联锁,无线遥控
参考文献
[1]徐建儒编译.自制日用电子装置 (第2册) [M].南京:江苏科学技术出版社, 1984
无线遥控技术 篇7
1 系统设计
1.1系统组成
系统由发射部分和接收解码控制部分组成,发射部分为一个无线发射器,接收解码控制部分由4个(可根据需要设定)接收解码控制器组成(图1)。无线发射器既可以单独控制某个无线接收解码控制器,也可以同时控制4个无线接收解码控制器。
1.2系统工作原理
无线发射器是基于编码器,包括按键电路及315 MHz发射器等组成。接收解码控制器是基于单片机,包括超再生式接收器、运放电路、驱动器和继电器输出电路等组成。当按下无线发射器的任意按键,无线发射器立即发出经过编码的315 MHz高频调制信号,接收器收到信号后经过超再生式接收解调电路解调和运放电路的信号放大输出编码信号,编码信号通过单片机的软件(解码和控制)处理后输出控制信号,由驱动器控制继电器驱动绞机带动网衣工作,实现无线遥控。
2 硬件设计
2.1无线发射器
2.1.1 PT2262编码器
PT2262编码器集成了振荡器、系统定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路,使发射电路变得非常简洁[13,14]。其中A0～A7为地址端口,可置为“0”,“1”或“f”(悬空),可提供38种寻址。D0～D3为数据输入端,有一个为“1”即有编码发出。TE为编码启动端,低电平有效。OSC1和OSC2分别为振荡电阻的输人和输出端,外接电阻决定振荡频率。设定的地址码和数据码从17脚串行输出,平时为低电平,可以直接调制发射模块发射信号。PT2262的特点有:1)功耗低(CMOS工艺);2)外围电路简单;3)RC振荡电阻;4)工作电压范围宽(2.6～15 V);5)数据多达6位;6)地址码多达531 441种。PT2262输出编码信号由同步码、地址码及数据码等组成一个完整信号,图2为PT2262编码时序。
2.1.2 电路组成
无线发射器的作用是发射按键信号,完成无线遥控。由按键电路、编址电路、PT2262编码器、315 MHz发射器(315 MHz声表振荡器与发射管等外围电路)和电源电路等组成(图3)。其工作原理是按键信号由编址电路编成8421(BCD)码,经PT2262输出编码信号,通过315 MHz发射电路调制后发射遥控信号。
2.1.3 电路设计
图4是无线发射器电路原理图。为了降低功耗,电路采用特殊设计,当发射机没有按键按下时三极管Q1截止,PT2262无电源315 MHz高频发射电路不工作。当有按键按下时Q1导通,编码器PT2262工作,输出调制串行数据信号。输出信号高电平时315 MHz发射电路起振,发射等幅高频信号,输出信号低电平时315 MHz发射电路停振,所以发射电路完全受控于PT2262的输出,从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制),相当于调制度为100%的调幅[15,16,17,18,19,20]。
2.2无线接收器
2.2.1 电路组成
无线接收器的作用是接收来自无线发射器的信号,并进行信号解调和放大。由超再生式接收解调电路、LM358双运算放大电路和电源电路等组成(图5)。其工作原理是无线信号经过超再生式接收解调电路解调输出编码信号,编码信号通过双运算放大电路放大后由PIC16C57单片机进行软件解码和控制处理。
2.2.2 电路设计
图6是无线接收器电路原理图。由天线(ANT)、C1～C5、R1～R3、L1、L2、D1和Q1等组成超再生式接收解码电路,其中Q1、L1、L2、C2、C3、C4和R1等组成超再生检波器,Q1及L2、C2和C3等构成电容三点式振荡器,振荡频率由揩振回路L2、C3及反馈电容C2决定,同时C2还可调整反馈强度。由R4～R13、C6和LM358等组成信号放大电路[15,16,17,18,19,20]。
收到信号时揩振回路揩振,振荡器开始振荡,高频电流经过C2和Q1向C4充电,同时C4上的电压作为Q1的反向偏置电压,使Q1工作点迅速下移,高频振荡减弱。当C4上的电压升至使Q1的be间电压小于导通电压时振荡器停振。之后C4经R1放电,使Q1又获得正向偏置建立下一个振荡过程,形成淬熄振荡。信号经过超再生检波器后输出编码信号,编码信号通过R4和R5由LM358放大后输出(RA3)。
2.3解码与控制
2.3.1 PIC16C57单片机
PIC16C57是美国Microchip公司推出的一款低价位高性能8位单片机,体积小功能强,省却了很多外接元器件,图7是PIC16C57内部结构[21]。可以看到,PIC16C57把数据寄存器RAM当作存储器来使用以方便编程。寄存器组按功能分成两部分,即特殊寄存器组和通用寄存器组。特殊寄存器组包括实时时钟计数器RTCC、程序计数器PC、状态寄存器Status、I/O口寄存器以及存储体选择寄存器FSR。总线采取数据线(8位)和指令线(12位)独立分离结构,这样可使指令速度得到提高。当一条指令在ALU中执行,下一条指令已经被取出放到指令寄存器等待执行了。算术逻辑单元ALU和工作寄存器W承担算术逻辑操作任务。主要特点有:1)RISC精简指令集(33条12位长度指令);2)速度快(20 MHz时可达200 ns);3)片内程序存储器512～2 000 bytes;4)片内静态数据存储器(SRAM)25～73 bytes;5)7个专用寄存器;6)两级硬件堆栈;7)多种寻址(直接、间接及相对和位)功能;8)I/O引脚设置功能(每条引脚均可设置为输入和输出态);9)多种时钟振荡电路及WDT(看门狗)带码保护电路;10)电压范围宽(2.5～6.0 V)和功耗低(工作电流2 mA,睡眠状态3 μA),这些特性使PIC16C57单片机得到广泛应用。
2.3.2 电路组成
解码与控制电路的作用是完成编码信号的解码与处理、驱动并输出控制信号。由PIC16C57单片机、驱动器、继电器电路和电源组成(图8)。其工作原理是将解调放大后的编码信号经过PIC16C57单片机软件解码,输出对应按键的控制信号,再通过ULN2003驱动控制继电器的开闭动作,继电器输出连接负载(电机等)完成控制输出。
2.3.3 电路设计
图9是解码与控制电路原理图。由PIC16C57单片机、C7、C8和晶振(crystal)组成解码电路,2片ULN2003驱动模块组成驱动电路,继电器J1～J12组成控制输出电路[22,23,24,25]。工作原理是软件从PIC16C57的RA3读取输入(编码)信号,经过解码软件和控制软件处理后在PIC16C57的RB0～RB5和RC0～RC5端口输出按键控制信号,控制信号通过ULN2003驱动继电器工作。解码与控制电路具有设置(学习)功能,可根据需要分别设置成点动、互动及自锁等功能,可以通过继电器输出的不同连接方式,完成不同控制要求。
3 软件设计
软件包括解码软件和控制软件[26]。解码软件依据PT2262编码时序进行解码,程序流程见图10。控制软件依据按键编址信号输出对应的控制信号,程序流程见图11。
3.1解码软件
PT2262发出的编码信号由地址码、数据码和同步码组成,每次发射至少发4次编码,可以用检测同步码头(图2的PT2262同步位信号)进行解码。解码方法是按该位脉冲低电平的128个机器周期为依据,只要判断脉宽时间是否大于8倍“0”或“1”位脉宽,即可测出其同步信号,有码头开始进行编码解码,无码头继续等待。收到码头时,检测是否已经收到过码头,若无,为防止误码丢弃第一次编码信号。然后接收地址码。把收到的地址码与预先设定的地址码比较,相等接收数据码,不相等不接收数据码。接收数据码后进人中断程序。中断程序完成相应的开关量控制。
3.2控制软件
控制软件将解码信号与内存缓冲区中的数据进行对应比较,如果不相等,则该编码信号不是本系统中的信号;如果相等,则将PIC16C57输出端口RB0～RB5、RC0～RC5的相应端设置为“0”或“1”,输出对应的按键控制信号,由驱动器控制继电器驱动绞机带动网衣工作,实现无线遥控。
4 小结
语音无线遥控智能小车设计 篇8
语音控制智能小车的设计方案主要采用语音识别[1]控制模块通过无线传输信号来控制小车的运动, 同时检测小车周围的环境, 采集相关信息。与大多数“智能小车”一样, 这里主要使用的是8位高性能51单片机来进行控制, 然而也很容易被16或32位系列的嵌入式[2]单片机代替控制。本文设计融合了电脑软件、无线通信、语音识别、电机驱动、红外光避障和温度采集等技术, 具有了语音识别系统的特点。传统的小车都是使用遥控器进行控制, 基本上没有使用语音来进行控制, 本设计也算是一次新的尝试。随着社会的不断发展, 人们可能会在小车的控制上有更新的设计思想。原来的红外无线遥控[3]技术不但受到距离的限制, 而且也远没语音控制更方便和智能, 无线通信使小车具备远程操控的能力, 这是红外通信望尘莫及的。此外, 本方案小车控制采用了红外避障模块, 可以自动躲避前方障碍物, 调整运动路线, 使用的51单片机具有极丰富的外设扩展, 这为以后小车功能升级和扩展奠定了很好的基础。
1总体设计方案
语音识别控制智能小车设计方案需要达到的目的是使用语音识别控制模块, 通过无线传输模块与小车控制端进行远距离通信, 使用红外避障[4]模块来躲避障碍物, 从而灵活控制小车的运动轨迹, 并采集小车的速度和温度, 时刻监测小车周围的环境。总体设计方案如图1所示。
1. 1硬件系统设计
硬件设计部分就是整个设计的外观, 所有功能的实现都要靠硬件展现在我们的面前, 它主要由电源模块、小车系统控制模块、电机驱动[5]模块、语音识别控制模块、无线发送与接收模块、红外避障模块和温度采集模块等构成。
1. 1. 1电源模块
采用4支1. 5 V电池单电源供电, 但6 V的电压太小不能同时给单片机与电机供电。然而可以利用驱动板的电源输出功能代替电池供电, 减少6 V的不稳定性和不安全性。
1. 1. 2系统控制模块
系统板的主 控制器采 用的是STC公司的STC89C52单片机, 它的内部资源比ATMEL公司的单片机要丰富的多, 采取5 V供电, 晶振可选择并支持80 M晶振, 核心芯片内部结构包括512 B的SDRAM、8 K的Flash只读存储器可重复擦写1 000次、1 K的EEPROM、6个中断源、2个基本定时器和32个普通输入输出I / O口等。
1. 1. 3无线发送与接收模块
无线发送与接收模块采用台湾普城公司生产的一款通用的编/解码集成芯片PT2262 /2272。它有很多用途, 比如在无线电通信设备中, 这款芯片常用作地址编码的识别。PT2262 /2272芯片一共可提供531 441个地址码选择, 就因为它具有可达到12位的地址管脚, 并且PT2262提供了6位数据端管脚, 芯片的第17脚是用来将设定的地址码和数据码以串行方式从此口输出, 可用于无线电[6]遥控发射电路。用户可以在PCB板上直接将地址引脚与L或H相连, 从而实现地址设置。PT2262与PT2272地址设置要完全一样。
1. 1. 4语音识别控制模块
本模块是用来将语音识别模块接收的语音信号通过STC10L08XE单片机的I/O口发送出去[7,8]。当外界传来语音信号时, 语音模块通过咪头接收到语音信息, 将其传给语音芯片LD3320进行处理, 将识别后的信号传给单片机, 单片机再将其通过I/O口输出, 只要输出端接上相应的硬件就可以达到驱动效果。语音识别模块如图2所示。
1. 2软件系统设计
系统主程序如图3所示。
1. 3扩展说明
本设计除了已达到的效果外, 后期经过进一步改进, 应该还可以添加可行的如下功能: 1通过测速模块采集小车的转速并显示在液晶显示屏上[9];2采用温度采集模块可以时刻监控周围环境的温度; 3利用超声波[10]模块进行测距。
2方案难点及关键技术
方案难点如下:
1小车的长时间运动需要消耗电能, 经常需要给电池充电, 没有达到要求的电压时还会出现不正常问题;
2语音识别技术还没有达到很成熟的地步, 很难排除环境干扰等因素, 有时会出现失控的局面。
关键技术如下:
1提供合适且稳定的电源给系统供电, 让其正常工作;
2了解语音信号的识别原理和过程[11];
3普通模式和口令模式2种语音识别模式的区别, 各自的作用和好处;
4掌握远距离信号传输的无线通信技术。
3系统仿真与结果分析
3. 1小车整体外观
语音无线遥控智能小车整体外观如图4和图5所示, 系统由小车底板和硬件模块组成, 小车控制电路放在小车上。小车控制器主要包括电机控制、红外避障、单片机核心板、无线发送与接收、语音识别控制和电源模块等部分组成。
3. 2系统调试
3. 2. 1硬件调试
按照仿真成功的电路图组装系统。1先是视检, 检查焊接好的系统板中是否存在明显的虚焊或漏焊情况; 2用万用表的欧姆档, 测各个主要连接中是否有虚焊或短路的情况; 3在给系统加电时, 如果发现电源输出的电压明显偏低或不正常时, 要立刻断电检查电路中是否有短路情况; 4在系统中各模块的供电正常和电路中不存在短路时, 再测试各个模块的功能是否能实现, 最后把各个调试正常的模块连接起来, 组成一个完整的系统, 等待软件的测试。
3. 2. 2软件调试
软件调试主要是在硬件调试完成后, 编写代码来测试各个功能模块能否与单片机进行正常通信, 最后检测整个系统是否能够正常工作。
3. 3测试结果分析
实物调试步骤如下:
1首先采用应答式训练, 每条指令的训练次数为2次, 每一条命令的训练过程都是一样的, 以“前进”为例说明: 步骤1: 小车提示“前进”; 步骤2: 告诉小车“前进”; 步骤3: 小车提示“请再说一遍” ( 重复训练提示音) ; 步骤4: 再次告诉小车“前进” ( 重复训练一次) 。这是一个完整的训练过程, 如果训练成功, 小车会自动进入下一条指令的训练, 并会提示下一条指令对应的动作; 如果没有训练成功, 小车会提示“说什么暗语呀”或者“没有听到任何声音”等信息, 需要重复上述的4个步骤, 直到成功为止。整个训练过程依次为: 前进—后退—左拐—右拐—停下。
2采用口令式直接对小车说前进, 或者倒车、左拐和右拐等, 小车如果识别出指令会有一个回应信号, 告之它要执行的动作, 然后执行该动作。如果想要小车执行其他动作, 直接告诉小车将要执行动作对应的指令即可。
通过与其他同类型的设计分析比较, 具有以下优势:
1目前玩具正向着智能化、人性化和廉价化的方向发展, 此款语音无线遥控智能小车符合玩具小车的发展趋势, 整个硬件电路大概在200元左右, 如果批量生产, 成本可降至60元左右, 和市场上的遥控小车相比, 具有很大的市场潜力, 它不仅可以应用于玩具市场, 对汽车自动行驶性能的研究也有很大的帮助;
2和SPCE061A单片机相比, 更适合升级和再度开发, 主要由单片机和语音识别芯片模块组成, 可以灵活选型, 满足市场要求;
3加了无线通信模块后, 可以让通信距离大幅度提高, 使控制变得更加自由。
4结束语
通过反复 调试, 实现了控 制电路以STC89C52RC单片机为核心, 语音识别模块和小车驱动模块的连接, 小车预想的功能, 完成了系统的架构。方案的意义在于将语音识别技术、无线通信技术和单片机技术有效结合, 突出体现了语音识别系统的含义, 未来必将广泛应用于社会生活和生产中。方案的应用领域主要有车载语音系统和电话语音识别声讯系统等。
参考文献
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1路无线遥控开关的制作 篇9
1. 电路工作原理
电路原理图见图1。电路主要由供电部分、无线接收部分、数据解码部分和开关控制部分组成。220V交流市电接在进线端子上，经C1、R1、VD1-4组成的降压整流电路后，在CW1上形成24V左右的直流电压，为电路提供工作电源。24V直流电压经R4降压后，在其CW3端输出稳定的5V工作电压，作为无线接收模块和解码电路的工作电源。
平时，IC1的12脚输出低电平，VT1截止，当接收模块IC2收到遥控器发射的无线电编码信号后，就会在其输出端输出一串控制数据码，这个编码信息经专用解码集成电路IC1解码后，在数据输出端输出相应的控制数据，本文介绍的数据信息为有效时D1输出为高电平，这个高电平经R3输入到VT1基极，使其导通，继电器吸合，从而点亮电灯;当无线接收部分收到的数据信息经IC处理后输出到D1数据为0时，VT1截止，继电器关断，从而达到遥控控制电灯的目的。
根据电路原理图，我们设计的PCB板图见图2。
2. 调试与安装
这款无线遥控开关制作比较简单，所有元器件参数我们都测试完成，读者只要按我们提供的元件参数安装便可完成。在制作中，先将阻容元件等焊上，然后焊上集成电路插座，最后焊上无线接收模块IC2，为了方便调试，R4可以先不焊。
应该强调说明的是，本电路中电源采用电容式降压，直接接入220V市电，可能使线路板带电，故有条件的读者可用外接5V直流电源对无线接收部分进行调试。插上IC1，将负极接于电路中的地，+5V接于CW3的正端，万用表直流电压档测量IC1第14脚电压，当按动遥控器时，每按一次，14脚电压应有明显的变化，否则就说明无线接收模块没有正常工作，查看接收模块有无插反等，如正常，再测IC1第17脚对地电压，按住遥控器时，这个脚的电压应为高电平输出，否则检查IC1有无插反，R5是否焊接可靠等，另外一点需要说明的是，有些制作者在焊集成电路插座时，由于焊接技术不熟练，将1到8脚的地址端与地或高电平相碰，无意中对解码芯片进行了编码，造成发射端与接收端地址密码不统一而无法解码，关于如何进行地址编码，我们在下面的文章中进行介绍;最后测12脚电压，当按一下“关”按钮时，这个脚的电压应为0，按一下“开”按钮时应为高电平。
市电供电部分的调试：将电源线接在接线端子上，万用表负端接地，正表笔接CW1的正极，查看电压是否为24V左右，否则请检查元件有无焊反等。由于电路采用市电直接供电，制作时须特别注意安全，所有线路板上的导电部分都不要用手去碰，否则容易发生触电事故。有条件的话最好通过1:1的隔离变压器进行调试。
经过以上两部工作后，如各项指标都正常，就将R4焊上。全部元件安装好后，将整块线路板装于绝缘外壳中，然后装上固定螺丝，一款遥控开关就制作完成了。接下来试机，接220V市电接于标有“220V”字样的接线端子上，将灯泡两根引线接于标有“LAMP”字样的接线端子上，接通电源，按一下开按钮，灯马上点亮，按一下关按钮，灯马上又灭了。制作好的电路板及实物见图3。
3. 遥控开关密码的设置
为了防止在同一区域内安装几套遥控开关时出现相互间的干扰，我们专门设计了密码，关于理论上设置密码的原理，这里不作详细介绍，下面介绍如果进行遥控器与接收器间密码的具体设置方法：
在发射与接收器上我们都设计了密码设置焊接点，只需将两者相对应就可以配对使用。在图4中，我们将发射器密码设置成：1脚接高电平，3脚接地，其余各脚均悬空。
与此相对应的接收器的密码设置见图5。
从中我们可以看到，接收器的密码设置也为：1脚接高电平，3脚接地，其余各脚均悬空。这样，我们就将发射器与接收器相对应了，只有密码设置一样的遥控器才能对灯进行遥控，其他密码的遥控器将无法操作，这样可以有效地解决多套系统相互干扰的问题。
4. 技术指标
无线遥控技术 篇10
摘要：本文介绍了一款基于红外遥控技术与单片机控制技术的遥控温度检测报警小车的设计。采用C语言编程控制单片机核心，设计和完成了能够遥控测温并在显示器上实时显示温度的小车。文章阐述了项目背景、模块设计、业务流程以及模块功能实现的分析；经测试达到功能目的，配合相关的电路设计图，可做为在校学生的实践项目进行使用。
关键词：单片机 无线遥控 温度检测小车
现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用，数量高居各种传感器之首。数字温度传感器可以直接将被检测的温度信息以数字化形式输出，而单片机微处理器越来越丰富的外围功能模块，更加方便了数字式温度传感器输出信号的处理。将单片机控制的小车和数字温度传感器结合起来，形成一个遥控的实时测温平台，对于在学院学习单片机控制专业课的学生来讲是一个好的研究项目。
1 总体设计思路及分析
本设计主要包括以下部分：主控制器STC89C52，红外收发，温度采集与显示，蜂鸣器报警，红外遥控，小车装置。为求的系统的稳定，且有较大的灵活性，其中温度采集采用高精度的数字温度传感器DS18B20，蜂鸣器进行报警，实测温度值通过数码管显示。同时为增加系统绝对可控性，自动化性，红外遥控发射遥控小车做大范围的测控无人化测控。如图1所示。
2 项目实现
2.1 单片机控制模块。STC89C52控制器是增强型的51微型控制器，本系统的软件程序用C语言编写，主要分为主程序，外部中断解码子程序，定时器1中断程序，显示子程序，小车行进子程序。主程序完成系统的硬件初始化，子程序调用的功能。关于定时器和外部中断初始化的部分设置如下：
TMOD=0x02；
TH0=0x00；
TL0=0x00；
EA=1；
ET0=1；
TR0=1；
IT0=1；
EX0=1；
......
2.2 温度检测模块。温度报警器采用DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，可以把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理；其测温范围-55℃～+125℃，可实现高精度测温在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，且硬件电路十分简单。
本测温系统只有一个从机DS18B20，所以进行温度转换时先初始化，然后直接向ds18B20发温度转换命令进行温度转换，其过程如下所示：①初始化DS18B20：init（）；②紧接着发送温度转化指令write_byte（0xcc）；write_byte（0x44）；③再次初始化温感init（）；④发送温度读取指令write_byte（0xcc） ；write_byte（0xbe）；⑤定义一个整形或字符型内存变量接受温度数据的高低位low=read_byte（） ；high=read_byte（）；⑥合并温度数据的高低位使温度数据的二进制表示，转化后可得十进制温度。
2.3 红外遥控模块。TC9012作为红外遥控器控制核心，遥控编码脉冲信号是由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据调制在38KHz的载波上对外进行发射信号。
HS1838是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0kHz。
2.4 小车电机驱动模块。L9110直流电机的驱动芯片是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。
Cargo（）子程序完成从主程序接受从遥控器传递的参数，实现对应的小车控制操作：
void cargo（uchar right1，uchar right2，uchar left1 ，uchar left2）
{
youdj1=right1 ；
youdj2=right2 ；
zuodj1=left1 ；
zuodj2=left2 ；
}
其中youdj1，youdj2，zuodj1，zuodj2对应单片机P10，P11，P12，P13端口，对应的电机端分别是右电机负极，右电机正极，左电机正极，左电机负极。
传递参数对应小车控制为：
cargo（0，1，1，0） 左右电机全部正转，小车前进
cargo（0，0，1，0） 左电机停止，右电机正转，小车左拐
cargo（0，1，0，0） 右电机停止，左电机正转，小车右拐
cargo（0，1，1，0） 左右电机全部反转，小车后退
cargo（0，0，0，0） 左右电机全部停止，小车停止
3 结束语
设计采用STC89C52单片机作为控制器，使用C语言编写相关程序，调试完成了无线小车自动测温功能。电源部分应用轻便的锂电池材料使得动力得到保障，由于红外遥控下的电机灵敏度略低，故在小车行进控制上略显不足，后期将主要改进小车温度远程传送的问题，总体上满足在校大学生初级阶段的学习需要。
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无线发射台站铁塔遥控巡检系统 篇11
随着广电事业的不断发展, 各地的“村村通”无线覆盖发射台站不断增多, 需检查和维护的铁塔数量也随着增多。而目前检查发射铁塔、天馈的主要办法是由专业人员上铁塔检查。但是由于铁塔数量较多, 具备高空作业资格的专业人员相对较少, 很多铁塔经常要一、两年才能检查一次, 以至不能及时发现铁塔及天馈线系统存在的隐患。发射铁塔及天馈线系统作为发射台一个关键的环节, 一旦出现问题, 将会造成所有发射机停播。同时, 高空作业始终是一项高风险的工作, 本着以人为本的原则, 应该尽量减少工作人员上塔的次数。针对这个突出的矛盾, 可通过采用遥控飞行器运载各种检测设备对发射铁塔和馈线进行检查的方法来解决。
1 技术方案
1.1 飞行平台
运载设备的遥控飞行平台应该按照以下几点要求进行选择。首先是必须有足够的升限。由于一些铁塔的高度高于1百米, 同时很多台站都建在海拔较高的山上, 空气相对稀薄, 这会导致飞行器的升限比所标称的高度有所降低, 所以采用的飞行器的升限应该达到300米以上。其次, 飞行器必须具备一定抗风能力。由于高空的风速比较大, 为保证能平稳地悬停在所需的位置, 飞行器最好在风速5级以下都能平稳飞行。此外, 必须有相当的负载能力。由于要同时运载云台和照相机等设备, 飞行器的有效负荷能力最好能超过500克。最后, 为了能对设备进行详细检查, 飞行器必须有足够的续航时间。按照工作的需要, 飞行时间的要求在20~30分钟左右。根据以上要求, 经过多方比较, 并考虑造价等原因, 目前较适合上述要求的飞行平台有两种, 分别为燃油驱动型遥控单轴直升机和电能驱动型四轴飞行器。
燃油型的运载平台可采用50级遥控直升机, 该级别遥控直升机的参数如下:主旋翼直径1250mm、飞行器全长1520mm、模型机体高450mm、全备重量2850g。采用甲醇作为燃料, 负载能力为2kg, 升限为500米, 在4~5级风的情况下飞行, 采用标准油箱巡航时间约25~30分钟。如采用加大油箱的方法, 巡航时间还可以进一步加长。
电动型的运载平台可采用XAircraft公司生产的X650, 这是一款四旋翼微型飞行器, 通过锂电池提供动力, 由四只无刷电机直接驱动螺旋桨提供升力, 并可以加装GPS控制模块。GPS模块内包含高度计, 可以实现X650自动定高、自动定点、自动返回等功能。其碳纤版的主要参数如下:最大直径955mm, 高度265mm, 机身重量950g (不含接收机、电池、相机吊架) , 最大起飞重量1800g, 升限约为300米, 可在3~4级风的情况下飞行, 最大巡航时间约15~20分钟。
电动型四轴飞行器与燃油型飞行器相比, 四轴飞行器的结构更简单、造价较低, 操控更加容易, 并可通过加装智能GPS模块实现智能飞行。此外, 由于采用电动四轴驱动, 具有更好的稳定性, 震动较小, 对摄影云台的影响较小, 容易获得良好的图像, 但其有效负载低, 只有三、四百克, 留空时间短, 满负荷状态下仅能飞行10~15分钟, 一次飞行只能完成局部拍摄, 如需对大型铁塔进行检查, 需要进行多次飞行。同时由于是采用锂电池动力, 每次飞行后都要重新充电, 造成了两次飞行之间的间隔时间较长。而燃油型飞行器则有着有效负载大, 巡航时间长, 升限较高, 再次起飞的时间间隔较短等优点, 但存在造价较高, 操控相对困难, 对操作人员的要求比较高等缺点。同时由于燃油发动机工作中造成的震动较大, 为消除机体震动对摄影设备造成的影响, 就必须采用有更好防抖动能力的摄影云台, 这也进一步推高了整个系统的造价。
为了能很好地控制飞行器, 可采用6通道遥控器, 其控制距离约为1500米。其采用的控制频段为:35MHz、36MHz、40MHz、41MHz、72MHz、75MHz, 发射功率:≤750m W, 编码方式采用PPM。由于使用环境为发射台站, 电磁环境较复杂, 在设定遥控器频率时, 注意不要存在与本地台站中短波、调频、电视的发射频率相互干扰的现象, 以免出现飞行器失控的事故。
1.2 拍摄云台
在确定好飞行平台后, 就可以在飞行器上安装可遥控的拍摄云台了。由于只需要把摄影设备进行上下和左右两个方向的摆动, 所以采用双轴控制航拍架即可。若采用四轴的云台不但抬高了系统造价, 同时也导致有效负载变小, 给安装各种摄录设备带来影响, 并导致飞行器的飞行时间变短。为了能对运载的照相机进行控制, 可选用具备有快门控制开关的遥控云台。其控制快门的方式有两种, 一种是通过遥控器远程控制快门, 第二种是通过定时开关按照设定的时间间隔进行连续拍摄。由于飞行器的发动机在飞行中会产生震动, 为了减轻震动对摄影云台的影响, 通过在飞行器和云台之间加装O型高频减震圈和阻尼避振器, 可有效降低机体的振动对摄录设备的干扰, 使整个摄影效果更加完美。
控制云台的遥控器采用与飞行器同一系列的遥控器, 遥控距离也为1500米, 以确保具备同样的操控范围。但在使用过程中必须把这两个遥控器设置在不同频段, 以免造成所控设备出现误动作。
1.3 摄影装置
在遥控飞行器飞行检查设备的过程中, 需要实时了解到飞行器前方设备的情况。通过把无线摄像头安装在遥控云台, 将动态图像实时传输到地面可解决这个问题。采用的无线摄像头为1/3″CMOS摄像头, 清晰度为380线, 内置锂电池, 工作时间3小时, 发射频率2.4G, 发射功率500m W, 无障碍传输距离500米。地面的接收装置为手持2.5英寸液晶屏, 内置32G的SD卡, 可对传输下来的信号进行30小时的录像, 可把视频信号回放输出进行查看, 基本满足巡查需求。
由于造价的原因不能采用更稳定的云台和分辨率更高的摄像头, 摄像只能对铁塔情况进行常规查看。要取得可供分析的图像, 就必须采用高分辨率相机对可疑部分进行拍照。为此, 要先对照相机进行快门改造, 使其可以通过遥控快门开关或按照设定的时间间隔进行连续拍照。安装时把照相机与摄像头并排紧密放置, 这样看到的摄像头实时图像, 就是相机所拍到的内容了。相机采用目前市面上1000万像素以上的卡片机改装即可, 但要求有良好的防抖性能, 避免飞行器机体的振动对成像质量造成过多影响。最好具备有相片合成功能, 可以把连续拍下的多张相片合成一张输出, 为今后的数据分析提供更理想的效果。
1.4 馈管检查装置
馈管是所有发射机的共同输出部分, 同时也是较容易损坏的环节, 为此要对馈管进行重点巡检。在巡检中除了要对馈管的各接头进行重点拍摄分析外, 还要对整条馈管进行检查。如果馈管内部出现问题, 仅靠查看其表面难以发现, 但往往在故障点处存在着异常发热的现象。根据这个原理, 在飞行器遥控云台上安装红外测温仪对整条馈管进行温度测试, 即可判断出馈管是否存在异常了。所采用的红外线测温仪, 必须具备同时测试空气温度和红外物体表面的温度, 显示其中温差的功能, 这样就可以避免因环境温度变化造成误判, 同时应具备读数锁定和最大/最小值显示功能, 为下一步的数据分析提供依据。本方案中采用的某型号红外测温仪基本符合上述要求, 其参数如下:测量表面温度的量程为-30~300℃, 分辨率为0.1℃, 精度为±2.0℃ (-30~100℃) , 光学分辨率为6:1;测量环境空气温度是量程为-10~50℃, 分辨率为0.1℃, 精度为±0.5℃。由于该设备工作时必须按住开关, 就必须先对其开关线路进行改造, 加装固定的开关, 使其可以长期工作。
2 系统操作注意事项
使用遥控飞行器时, 为了确保整个飞行过程的安全, 必须安排专人进行严格的培训。特别是燃油型飞行器, 机体较大, 长度约为1.5米, 叶片较长, 高速旋转的叶片可能对人体造成伤害, 所以在操作时一定要认真谨慎, 严格按照规程进行。作为飞行器操作人员必须熟读操作手册, 熟悉遥控器的各个功能操作的手法和力度。在实际操作前, 可通过相应的飞行模拟软件进行反复练习。模拟操作熟练后, 再找一个宽阔平坦的地点进行真机试飞。待所有操作均已熟练后方能控制飞行器对铁塔进行巡查。
操作遥控飞行器的注意事项主要有以下几点:在每次飞行前, 都必须对飞行器的各零部件进行认真检查;要提前找一处没有人群活动的空旷场所作为起飞和降落点;并检查周边2~3公里内有没有同频干扰, 否则必须更换遥控器频率避开干扰, 使飞行遥控器频率与云台遥控器频率错开。此外, 在飞行前, 必须先开启遥控器再开动飞行器, 落地后, 先关闭飞行器再关闭遥控器, 以免出现飞行器失控乱飞的情况。
在对铁塔和天馈线系统的巡查过程中, 需要两个操作人员分别对飞行器和摄影云台进行操控。操作人员的操控水平直接决定了系统的飞行安全以及巡查的质量。为此, 操作人员必须选择反应灵敏的同志担任, 并不断进行飞行练习, 不断提高控制水平, 才能使整个系统发挥出最大的功效, 取得良好的巡查效果。
3 结束语
本无线发射台站铁塔遥控巡查系统整体造价约一万元左右, 运行成本低廉。在系统投入使用后, 发射台站就可以大大增加铁塔巡查的次数, 减轻天线维修人员的工作强度和压力。一般可按一定的时间间隔进行常规巡查, 或者在台风暴雨等恶劣天气过后就立即进行一次全面检查。在发现可疑情况之后, 可把拍摄到的相片上传天线部门进行分析, 使天线部门的技术人员可以迅速做出应对方案, 及早处理铁塔和天馈线系统存在的问题。同时, 通过把常规巡查时拍下的相片和测试数据存档, 建立铁塔天馈连续运行资料库, 可给整个铁塔天馈线系统的安全提供更多的保障。
摘要：本文针对各地无线覆盖台站数量激增, 具备高空作业资格人员相对较少, 导致对发射铁塔等相关设施的巡检周期偏长, 以及馈管内部出现故障后不能及时发现的问题, 提出了利用遥控飞行器运载检测设备对发射铁塔等相关设施进行巡检以解决这些问题的方法。