数字开关量的短距离无线传输课程设计实验报告.doc

数字开关量的短距离无线传输课程设计实验报告

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2

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广西民族大学
信息科学与工程学院

电子综合课程设计（Ⅰ)报告

设计题目: 数字开关量的短距离无线传送

学 院： 信息科学与工程学院

专 业 : 电气信息工程

年级班级 ： 11电本

学 号 : 111263010308

学生姓名 ： 叶华林

指导教师 ： 马伏花 职称 讲师

2013年7月9日

目 录
摘 要 3
1. 设计任务 4
2。 设计方案 4
2.1红外遥控（ IR Remote Control ） 4
2。2无线电遥控( RF Remote Control ） 5
3. 系统设计 6
3.1四位开关量的形成和还原 6
3.2编码和解码部分 7
3。2.1 编码芯片PT2262的原理简介 8
3.2。2 编码芯片PT2272的原理简介 11
3.3无线发射模块和接收模块 14
3.3。1无线发射模块 14
3.3.2无线接收模块 16
3.4电源部分的设计 18
4. PCB制作 19

4。1用protel画出各电路的原理图 19
4。2 PCB的制作 20
5. 调试与测试 22
5.1调试 22
5。2测试 22
6. 设计总结 24
附录 26

摘 要
无线编码遥控器由编解码部分电路(主要由PT2262、PT2272芯片组成），外加无线收发模块315MHZ现成模块组成。在编码电路中，采用了三端稳压器件L7805，滤波电容，防谐振的二极管，电解电容，八位地址拨码开关和四位数据拨码开关，还有用于电源指示,信号指示，数据开关量指示的发光二极管等。在解码电路上，同时也采用了三端稳压器件L7805，滤波电容，防谐振二极管，电解电容，八位地址拨码开关，还有用于电源，信号，接收数据显示的发光二极管等.本次设计采用无线传输数据的方式，利用编码电路发出任意一个四位数据开关量，用四个发光二极管指示,同时用地址拨码开关固定一地址，经过发射模块，把数据传到接有接收模块的解码电路,地址与编码电路的一致，也用发光二极管显示，当两个电路中的数据显示指示灯发光二极管显示一致时，说明调试成功。然后用地址拨码开关改变编码电路的地址,检测在解码电路中是否能接收到信号。只有当两个电路的地址一致的时候，在解码电路中才能接收到由编码电路发出的信号。该遥控器的设计原理比较简单,具有一定得实用性.
关键词：编码芯片PT2262,解码芯片PT2272,315MHz无线收发模块。

1. 设计任务
无线传输四位数字开关量，可靠传输距离大于50米，在接收端用发光二极管显示还原发射端四个开关的状态。
2. 设计方案
2。1红外遥控( IR Remote Control ）
红外遥控器(IR Remote Control）是利用波长为0。76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。
　　常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。
　　(1)发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时,它便发出的是红外线而不是可见光。
　　目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。
　　（2）接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。
　　由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红外接收头。
　　红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz.也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。
　　红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易,可进行多路遥控.因此,现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米)遥控中得到了广泛的应用.
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2。2无线电遥控( RF Remote Control ）
无线电遥控器(RF Remote Control）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作,如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类,在车库门、电动门、道闸遥控控制，防盗报警器，工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分。
　　（1）发射部分一般分为两种类型,即遥控器与发射模块，遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头；而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、物尽其用,但使用者必须真正懂得电路原理,否则还是用遥控器来的方便.
　　（2)接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差与超再生接收方式，超再生解调电路也称超再生检波电路,它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。超外差式解调电路与超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，与接收到的载频信号混频后，得到中频(一般为465kHz）信号，经中频放大和检波,解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些.超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好；超再生式的接收器体积小、价格便宜。
　　无线电遥控常用的载波频率为315mHz或者433mHz，遥控器使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mW、覆盖范围小于100m或不超过本单位范围的，可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途

3. 系统设计
本系统采用无线电遥控方式实现四路数字开关量的传输。其方框图如图3.1：

图3。1 系统框图
3.1四位开关量的形成和还原
使用开关连接上发光二极管来提示是否发送数据和是否接收数据。四位开关量的形成电路图如图3。2所示,四位开关量的还原电路图如图3. 3所示:

图3。2四位开关量的形成

图3.3四位开关量的还原
3。2编码和解码部分
本系统采用PT2262做编码芯片，用2272做解码芯片.PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位（A0—A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平，接低电平)，任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0—D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
3。2。1 编码芯片PT2262的原理简介
PT2262的原理图如图3.4所示：
PT2262特点:CMOS工艺制造,低功耗;外部元器件少;RC振荡电阻；工作电压范围宽:2。6-15v；数据最多可达6位;地址码最多可达531441种。

图3。4 PT2262的原理图
PT2262引脚图如图3。5所示：

图3.5 PT2262引脚图
管脚说明如表3.1所示:
表3。1 管脚说明
名称
管脚
说 明
A0-A11
1—8、10—13
地址管脚，用于进行地址编码,可置为“0”,“1”，“f”（悬空),
D0—D5
7—8、10-13
数据输入端，有一个为“1"即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋)
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端,用于多数据的编码发射，低电平有效；
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
   在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长.荡电阻可按下表进行选配如表3.2：
表3。2荡电阻选配
PT2262
4。7M
3。3M
1。2M
PT2272
820K
680K
200K
PT2262的相关参数如图3。6所示：
图3.6 PT2262相关参数
3。2.2 编码芯片PT2272的原理简介
当解码芯片PT2272的14引脚通过接收模块接收到编码芯片PT2262发出的由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的编码信号，并与自身地址码经过两次比较核对有效后，使17引脚输出高电平，同时相应的数据脚也输出高电平，我们可以通过发光二极管来检测设计是否成功.外接的振荡电阻要选择与发送部分的振荡电阻（1。2M）相匹配,这里选择200K的电阻作为接收部分的振荡电阻。其电路原理如下图4。3所示：
PT2272的原理图如图3。7所示:

图3。7 PT2272的原理图
使用PT2272作为无线发射电路的硬件解码,其容量比较大，成本低，价格实惠。解码芯片PT2272引脚图如图3。8所示：

图3。8解码芯片PT2272引脚图
PT2272的引脚功能如表3。3 所示：
表3。3 PT2272的引脚功能
名称
管脚
说 明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚，用于进行地址编码,可置为“0",“1"，“f”（悬空),必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚，当做为数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平，否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc

18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率;
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
17
解码有效确认 输出端(常低）解码有效变成高电平（瞬态）
PT2272的相关参数如图3.9所示：

图3.9 PT2272的相关参数
注意:其中地址线的选取应与发射部分的地址线的选取一样,否则会出错！
3.3无线发射模块和接收模块
本系统采用315M无线发射接收模块。
3.3.1无线发射模块
DF数据发射模块的工作频率为315M采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体,而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容,温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。其原理图如下图3。10所示：

图3。10无线发射模块原理图
发射模块采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高,声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差.
主要技术指标:
1.通讯方式:调幅AM
2.工作频率：315MHz
图3。11 315M发射模块实物图
3. 频率稳定度:±75KHz
4. 发射功率:≤500mW
5。 静态电流：≤0.1μA 　
6. 发射电流:3～50mA
7. 工作电压：DC 3～12V
其实物图如图3.11

3.3。2无线接收模块
超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器,这个高频振荡器采用电容三点式振荡器,振荡频率和发射器的发射频率相一致.而间歇振荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡与间歇。而间歇振荡的频率是由电路的参数决定的(一般为１百到几百千赫)。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低，反之，频率选高，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时,由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热骚动，产生一种特有的噪声，叫超噪声,这个噪声的频率范围为0.3～5kHz之间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高,经滤波放大后输出噪声电压;当有控制信号到来时，电路谐振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡，输出信号。下图是常用的超再生接收模块电路原理图,图中Q1等组成高放电路，Q2及相关元件组成超再生检波电路，检出的控制信号经两级运放进行放大处理后，从输出端输出接收到无线信号。其原理图如图3。12所示：

图3.12无线接收模块 原理图
主要技术指标：
1、通讯方式：调幅AM
2、工作频率：315MHz
3、频率稳定度：±200KHz
4、接收灵敏度：－106dBm
5、静态电流：≤5mA
6、工作电流：≤5mA
7、工作电压：DC 5V
8、输出方式:TTL电平

无线接收模块的实物图如图3。13：

图3。13 实物图

3。4电源部分的设计
发射端和接收端的供电电源为不稳定的14V左右直流电源，需要设计相应的电路把电源降压和稳定到5V或9V，我们使用三端稳压器件7805
接收电源和发射电源基本上相同，但是为了方便调试，我们在发射电路上直接采用9V电池供电，而接收部分用7805.
为了防止电路各部分供电电压因负载变化而变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端接上电解电容，在其两端并联一个容量为0.1pF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。电解电容由于有正负极,因此在电路中使用时不能反接。另外在电源之后接上一个二极管目的是为了防止负载电压进入，在三端稳压器件上并联一个二极管也是为了起到保护作用。其发射模块的电源原理图如图3.14和发射模块的电源原理图如图3.14所示：

图3。14发射模块的电源原理图
4. PCB制作
4.1用protel画出各电路的原理图
数字开关量的短距离无线传送的发射电路图如图4.1:

图4.1 接收电路图
数字开关量的短距离无线传送的发射电路图如图4.2:

图4. 2 发射电路图
4。2 PCB的制作
1。检查原理图
在检查原理图的时候，应注意每个元件的封装是否正确,在电气连接和封装无误的情况下，再进行PCB图的制作。在制作PCB图的时候，首先应该对照原理图来对各元件进行位置的布局与调整，可先用自动布线，然后再适当的使用手动布线进行进一步的完善.完成PCB图的制作后，打印出原稿给老师检查把关，经老师检查合格后再用热转印纸打印出来。当然制作pcb时有些元器件是没有封装或者是封装不符合要求的，所有我要自己作封装,具体要做封装的元器件:电解电容、led灯和轻触开关，期封装图见附录。
2.热转应印版腐蚀
用电熨斗把热转印纸上的PCB图转印到实际的覆铜板上,检查线条是否清晰，如果不清晰，要用碳素笔在缺失的地方补上。然后对覆铜板进行腐蚀，把板子放到适合比例的双氧水和浓盐酸的混合溶液中，注意混合液的浓度不能太高,否则坏板子,如果发现浓度太高，则可以加适当的清水。
3打孔
腐蚀完成后，就进行打孔,可用手动的，也可以用专用的打孔机进行打孔，但是要注意焊盘的大小,打出来的孔的直径必须小于焊盘的直径，否则在焊接的时候容易造成虚焊。打孔后用砂纸擦掉石墨，在涂上天那水和松香防止铜线氧化.
4装载元器件
待板子全部弄好之后,经过计算分析，选出合适参数的元件，装在板子上。在此过程中，要注意发光二极管和电解电容的正负极。
安放好元件后，就可以进行焊接，在焊接的时候要注意电烙铁焊头与器件的引脚的接触时间不能太长，否则容易由于温度过高而损坏元器件.
5. 调试与测试
5。1调试
焊接结束之后开始调试。首先不要接上芯片,先接上电源，观察电源指示灯是否会发光，再用万用表去测三端稳压器件的输入端与地的电压是否在14V左右，输出端与地的电压是否为9V或5V，再检测芯片的第9脚和第18脚间的电压是否为9V或5V。若不是，则要重新检查电路。
装上芯片、拨码开关、发射模块和接收模块把编码部分的地址和解码部分的地址设为相同地址,可以先使编码部分的四个二极管都亮，若能在编码部分观察到数据指示灯（发光二极管）也都亮,信号指示灯在每按一次四脚复位开关的时候都闪烁的亮一次，则说明初步成功；然后改变编码部分数据开关的输入，即改变四位数据开关量的输入，同时两部分的地址也改为其它相同的地址形式,再次按动四脚开关，若能得到正确的显示，则表明此次设计成功.

5。2测试
7月9号下午在宿舍进行了具体的调试，然后在以宿舍为起点，当发射和接收部分相距分别是1米、5米、10米、20米、50米、100米、200米的时候，每一个距离分别设置3组不同的数字开关量然后按下发射键，观察接收端输出的开关量是否与发射端的一致。如此进行多次反复拉距实验，得到系统的最大可靠传送距离，并对此进行分析，得出设计结果是否符合设计要求的结论。实验数据表格如表5.1所示：

表5. 1实验数据
距离
发射
接收
备注
1m
0001
0001
无障碍物,测试地点为4坡2栋408宿舍
0011
0011
0111
0111
5m
0001
XXXX
障碍物:一扇封闭的门，封闭的空间，测试地点为宿舍，接收地点为卫生间.
0011
XXXX
1111
XXXX
10m
0001
0001
障碍物：围墙，门；测试地点为4坡2栋408宿舍
0011
0011
1111
1111
20m
0001
0001
障碍物：门，围墙；测试地点为4坡2栋408宿舍
0011
0011
1111
1111
50m
0001
0001
障碍物：门，围墙；测试地点为4坡2栋408宿舍。
0011
0011
1111
1111
60m
0001
0001
障碍物:门，一栋建筑物，树;测试地点为4坡2栋408宿舍。
0011
0011
1111
1111
70m
0001
XXXX
障碍物:门，一栋建筑，树,围墙。已经接收不到信号。
0011
XXXX
1111
XXXX
100m
0011
0011
无障碍物,起点为四坡二栋大门，终点为多媒体大楼旁，接收信号良好。
0111
0111
1111
1111
150m
0011
0011
无障碍物，起点为四坡二栋大门，终点为管理学院附近，信号良好。
0111
0111
1111
1111
200m
0011
0011

无障碍物，起点为四坡二栋大门，终点为文学院附近
0111
0111
1111
1111
备注：有障碍测试地点为四坡二栋408宿舍;无障碍测试地点为四坡二栋大门，方向为校友楼方向。测试小组成员：叶华林、闭寿灿、欧世成。
6. 设计总结
从课程设计的选定， 到硬件的调试成功花了不少时间，却在其中收获了不少东西。通过这次课程设计，理解能力和动手能力都得到了提高，也加深了对课本知识的理解。 这次课程设计这次的实习是对今年学过的数字电子技术基本知识的应用，本来对数字电子技术中的有些东西就不太熟悉，通过这次实习，更深刻的了解了各种芯片的引脚、时序图、逻辑图以及功能表，能够用各种芯片以及触发器等组建逻辑电路。这次的设计虽然短暂。但却是我第一次自己动手设计的电路.以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。
当然,这次课程设计我也遇到了一些问题，主要问题如下：
1. .PCB图制作出现困难.制作PCB图时，我们用原理图生成网络表后，载入网络表后，发现有13个错误我检查了很多，没找到原因。然后导致PCB一直没能顺利完成，直到最后请教老师，老师才说这个13个错误时正常的，最后我们采用了手动布线，终于把PCB图绘制成功。

2. 在印刷和热转应中出现了问题。在制作接收板时，打印不注意，没有对比元器件实际的大小,导致四个led排放不合理。导致过挤。得到接收板的惩罚，在最后印发射板之前，我及时调整4位led灯的距离，发射板终于没有酿成大错。
3.发射板首次测试出现问题.在焊接元器件后，经调试发射板已经成功，但是测试发射板的时候,数据灯中前三盏灯正常工作，但惟独最后一盏led灯不亮，所以也导致接对应的接收板的最后一盏灯不亮。所以我就怀疑是是不是芯片或者线路出了问题,然后我插上电源，拿起万用表测芯片和线路，终于找到了原来是PT2262的第10个引脚与电路发生了虚焊，进行处理后，发射板终于正常工作了。
4.无线发射接收模块的天线放置不合理导致测量距离缩短。在进行障碍物的测量之后，我们进行了无障碍物的距离测试。按照实验原理，距离是可以达到200米的，但是我们在测试时发现当距离到100米左右时，接收模块接收到的信号很弱。经过老师的指点,我发现两个模块的天线是螺旋形的，而且方向不是竖直朝上.经过调整后，我们将天线竖直朝上，再次进行测量，接收模板终于能在200米处收到了发射模板传过来的数据。
当然，本次课程设计除了学到解决问题的方法之外我有了其他的一些收获。例如我了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、电路图的设计制作与工艺流程、工作原理与组成元件的作用；实践出真知,纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的，在实习中,我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。当然最后还有上个学期学的绘图软件protel，本来已经忘记很多了,但经过这次课程设计的折腾,我又被迫记起了90%以上的protel知识。
此外，我对本次课程设计还有一条微小的建议：我觉得,我们所设计的发射板,是可以改装成直接用9V电池供电,这样方便了我们对作品进行调试和测试无线传输距离。
最后我很感谢马老师对我们的细心指导，从她那里我学会了很多书本上学不到的东西，教我们怎样把理论与实际操作更好的联系起来和许多做人的道理，这些东西无论是在以后的工作还是生活中都会对我起到很大的帮助……
两周的实习短暂，但却给我以后的道路指出一条明路，那就是思考着做事，事半功倍，更重要的是，做事的心态，也可以得到磨练,可以改变很多不良的习惯。
附录
1.发射模块和接收模块的PCB图

图7.1发射模块

图7。2 接收模块
2.元器件封装
电解电容（图7.3）、led灯(图7。4）、轻触开关（图7。5)的封装图如下:

图7。3电解电容封装 图7。4 led 灯封装 图7。5轻触开关封装

3。作品实物图

图7.6 发射板实物图

图7。7接收板实物图

图7.8总实物图
28