基于pic16f877a的无线遥控小车的设计

基于pic16f877a的无线遥控小车的设计内容摘要：

控和无线传输系统与有线和红外设备相比提高了移动自由度。 由此使无线遥控装置和无线传输系统在工业领域的应用越来越多。 相对电缆连线的优点在于安装成本低 (无需布线、不用地下工程、没有电缆槽 )，提高了灵活性并降低了维护成本。 按传输控制指令信号的载体 来分，无线遥控可分为三种： 红外遥控器， 最熟悉的就是 家里的电视机遥控器，使用的时候需要对准接收端方向。 红外其实也是光的一种，因此 具 有方向性。 这种类型的遥控器成本比较便宜，也很容易进行编码，进行多功能遥控 ； 声控，比较常见的是楼梯走廊的声控路灯开关，和超声波遥控器。 这种遥控器简单，有时候甚至不需要专门的遥控器，只要跺跺脚，吹个口哨，或者按一下皮球（一种可以发出超声波的吹气球） ； 无线电遥控器，最常见的是骑车或者摩托车的防盗报警器的遥控器就属于无线 9 电遥控器，这种遥控器的成本比较高，电路也最复杂，当然性能也最好。 这种遥控器控制距离 最远，穿障碍能力最强。 这次设计采用的就是无线电遥控。 无线 控制距离通常由遥控器的发射功率决定，发射功率越大，距离越远。 通常发射功率 1W 的遥控器，控制距离开阔地可以达到 5 公里。 当然还有 5W， 25W 甚至更高的功 率，但是 使用这种大功率遥控发射设备，需要到无线电委员会和公安局申请和备案，否则 会被相关部门追究责任。 穿透能力除了和发射功 率有关外，和使用的无线电频率有关，以及障碍物的体积和导电性有关。 频率越高，绕过障碍物的能力 越弱， 但是 天线可以越短。 障碍物如果导电，信号就会被屏蔽。 具体 使用时 还 要 看使用的环境，以及 产品的 用途，电子市场有成品和半成品的遥控器材。 通常水下的遥控和通讯和 陆地上 类似，只是 不是用红外 遥控 ，而是用蓝绿 激光（这是国外试验的潜艇和卫星通讯的一种方式）这种方式 一般是军用，民用不适合 ， 因为 成本太高。 还有一种 声波遥控通讯，类似 潜艇的声呐，这种方式在水下传输效果不错，不过同样设备复杂。 对于无线电通讯， 由于海水导电，因此无线电波只能传到海水表面，或者 离 表面不远的地方，潜艇通常会把天线放到水面来接收和发送信息。 天线的选用 任何依靠电磁波传送信息的无线电设备都需要天线。 天线是一种转能器 ， 当发射时，它把发射机的高频电流转换成空间电磁波。 接收时 ， 它又把从空间截获的电磁波转换成高频电流送入接收机。 现在市面上使用的天线主要有两种： 鞭天线 ， 袖珍超短波无线电台，接收与发射共用一付天线。 但考虑到使用环境的不同，一般该机都配有两种不同型式的天线供选用 ： 一种是四分之一波长鞭天线，另一种是小型螺旋天线。 四分之一波长鞭天线是一种由多节 金属杆 组成的普通拉杆 天 线。 工作时 天线 与发射机发出的高频电流产生谐振。 理论上，谐振时鞭天线的长度应该是谐振频率相对应波长的四分之一。 但是，由于电磁波在金属杆中的 传播速度比在空气中稍小，电 磁波在金属杆上传播的波长也相应稍短， 因此 实际 使用时 鞭天线的长度要比四分之一波长略短。 这个缩短系数与工作频率 、 金属杆直径有关。 工作频率 越 高，金属杆直径 越 大，缩短值也大。 比如某 拉杆天线平均直径是 厘米，缩短系数为 ，取电台工作的中心频率 对应波长的 四分之一乘以该缩短系数 就可以得出 实际天线长度。 螺旋天线 ， 螺旋天线是一种新型的小型化通讯天线，它对于移动通讯中使用的袖珍无线电台特别适用。 因 为 长度为 1 米多的天线对袖珍机来说 并不合适 ，给使用者带 10 来不便，尤其是在高压电线附近使用 会有危险。 为此专门为该机设计了 总长度不到拉杆天线三分之一的小型螺旋天线 [6]。 这种天线目前已开始在通讯及电视等方面获得应用。 这里重点 谈谈 它的结构、工作原理、计算公式和制作方法 ： （ 1） 结构：把金属导线按一定的间距曲绕成螺旋形状，并用绝缘材料支杆沿螺旋的轴向方向把线圈支撑起来，螺旋的 —端与发射机的输出端连接，另一端开路，就构成了螺旋天线。 例如某 产品是用直径 毫米碳素钢丝，在普通车床上绕成平均直径为１厘米的螺旋若干圈，并用截面为梅花状的 热成型聚丙烯芯杆支撵起来。 螺旋外面用丁膳橡胶管密封以防雨水漫蚀。 （ 2） 工作原理：小型螺旋天线是一个慢 波系统。 电磁波在螺旋轴向方向上的传播遗度 u 比在空气中的速度（近似为光速 C） 小很多，所以波长也相应短很多。 为了与工作频率对应的波长加以区别，把螺旋线中的波长叫做 “导波长 ”。 现在可以粗略地认为电磁波是沿着金属螺旋线绕制方向近似以光速 C 传播的，当电磁波沿螺旋线绕一圈从 a 点到达 b 点时，实际上电磁波在螺旋的轴向上 只走了 S 的路程（螺距），把这一螺旋圈在平面上展开成直角三角形 ， 则斜边代表电 磁波沿螺旋线的传播速度 C，短直角边代表电磁波沿 螺旋轴向的传播速度 u，如图 所示： 图 螺旋天线模型 由直角三角形的几何关系式 u＝ C*sinψ 可知（ ψ 角是螺旋切线与水平线的夹角），因 sinψ1，所以 总有 u 小于光速 C， 由此可知 螺旋线是个慢波系统，它可以把电磁波的传播速度减慢。 若把螺旋天线也做成谐振在四分之一波长的天线，那么它应是谐振在四分之一的“导波长 ”上，因而 可得 螺旋天线的几何长度 为“导波长”的四分之一。 “导波长 ”与螺旋直径 D、螺距 S、工作频率 f 有关。 它们之间有着很复杂的数学 关 11 系，若螺旋天线 长度 hD，同时 D 又比工作波长小很多，则可按 （ ） 近似公式 [7,176] 进行计算： 1530 hNf D D   （ ） 计算时应根据使用条件，选定螺旋宜径 D、长度 h（以米为单位 ），工作频率 f 由中心频率决定，根据上式计 算出对应的螺旋圈数 N，当然选定的 h 要比 D 大很多， 大约十倍以上。 绕制螺旋所用金属导线的长度可按 式（ ） 计算： l N D （ ） 例如一袖珍机中心工作频率取为 ，螺旋 平均 直径 D=1cm，希望天线尺寸不超过 25cm，则按 式 （ ） 计算总圈 数为 圈，按 式 （ ） 计算所用导线长度约 米。 业余制作 与上述袖珍无线电台配用的鞭天线可用壁厚为 毫米的薄铜 管自制，管的外径在 57 毫米 为宜，长度 1 米。 若外径粗些，其长 度可略短 23 厘米。 铜管的一头与发射机输出端连接，可在此头钻一直径２毫米的小孔，从中引出焊线与发射机相连，铜管的另一端可用口径大小相仿的塑料牙膏加盖封住，若有长度相当的拉杆天线，就 可以 代替铜管。 若拉杆天线的外径粗，天线长度还可以稍短一些，若实在 没有条 米的塑料皮导线来代替鞭天线。 （ 3） 螺旋天线的制作： 螺旋线可用 直 径 ～ 的漆包线绕制。 漆包线的粗细对螺旋天线的性能影响不大，螺旋之间由于电压不高，一般用低强度油基性漆包线即可。 需注意的是，螺旋之间的间距应保持一致并等于设计值。 当工作频率为 时，螺距 S 为 3 毫 米，共绕 80 圈。 绕制时，可先在一根直径为 9 毫米左右的金属杆 上以间距为 毫米 绕 85 圈，绕好后考虑螺旋线的回弹，基本上 可以满足中心距离为 3 毫米的要求，再把多余的圈数剪掉。 绕好的螺 旋线用绝缘 支撑 棒 撑 住，如环氧棒、有机玻璃棒、空心 电工塑科管或细竹杆等。 螺旋线还可用直径相仿的铝丝绕制，不过铝丝较铜丝硬，回弹也大，开始绕制时，中心距宜取得更小些，如 毫米左右， 绕好后通过整形达到3 毫米，把最上面半圈螺旋旋向圆心处弯拆，靠 支撑棒 撑 住。 能用热塑套管或薄橡皮套管把制作好的天线套起来更好，以防螺旋线受外力而变形。 螺旋天线应与整机匹配地工作 ， 让能量全部发射出去，或把接收到的能量全部送进接收机。 鞭天线和螺旋天线部有一定的方向性，即在某几个方向上能量最为集中，接收或发 12 射的效果最好。 所以在使用时 ，可旋转一下天线以获得最佳通讯效果。 实际通话效果表明， 该机配用 一 米长鞭 天线时可在 五 公里平地范围内可靠通话，在配螺旋 天 线时通话距离为 3～ 4 公里。 无线电收发模块简介 无线电的发射器件都工作于射频，因此对器件的要求也较高，一般业余条件下很难完成制作与调试工作，而目前对于无线电技术的应用越来越广泛，尤其对于一些业务无线电爱好者来说，要想拥有所有高频调试的设备几乎是不现实的，因为这些设备价格昂贵。 针对这些实际情况，许多专业生产厂家专门生产了用于无线数据传输的无线收发模块，将对高频部分的安装与调试工作全部在专业生产场所内完成，用户只要为其提供电源和所要发送的编码 数据，就可以在接收端的数据输出端得到发送端的原始数据，这样就可以将无线电技术的应用得到推广。 调频收发模块和调幅收发模块的对比 从目前对无线电收发模块的应用来看，主要可分为两大类：调频收发模块和调幅收发模块。 在无线广播、电视、通信、遥控、遥测等装置或系统中 ， 除了采用振幅调制方式 (调幅 AM)外 ， 还广泛采用频率调制方式 (调频 FM)。 下面对这两种调制方式的主要性能进行比较 ： 抗干扰性能 调频 FM 的主要优点是它的抗干扰性能强。 所谓抗干扰好 ， 主要是指在输入信号噪声比 (简称信噪 比 S/N)相同的条件下 ， 调频接收机输出端的信噪比大于调幅接收机输出端的信噪比。 调频比调幅制的抗干扰能力强的原因可从两种制式的发射信号功率大小进行分析。 调频波的边频分量的功率是从载波功率中分出来的。 调制系数 mFM 越大 ,其边频不仅数目多 ， 且幅度增大 ， 这意味着载波功率中转化为边频功率的比例大 ， 而调幅波的边频功率最大仅等于载波功率的一半 (当调制指数 mAM＝ 1 时 )。 因此 ， 调频波比调幅波可以具有更大的边频功率 ， 这意味着它更有能力去克服信道或机内的噪声和干扰 [8,134]。 其次 ， 可从接收信号的调解来进行对比并分析。 由于调幅信号的信息包含在已 调幅信号的振幅中 (振幅变化与调制信号的振幅成正比 )， 解调用的包络检波 (也称振幅检波 )器无法抑制寄生调幅干扰 ； 而调频信号的信息则包含在高频振荡的瞬时频率变化上 ， 因 13 此 ， 干扰引起的寄生调幅可通过限幅器 (或用有限幅作用的比例鉴频器 )去掉。 因此 ， 不管从发射信号的边频功率还是从接收信号的解调进行分析 ， 调频制的抗干扰性能均优于调幅制。 占用的频带宽度 由于宽带调频系统占用的频带宽 ， 调频只适宜在超短波以上频段（ 30Hz－ 30GHz）使用。 对于中、长波频段（中波： 1000100M，长波 10－ 1km） ， 则采用调幅或单边 带调制方式。 发射机的功率 调频制发射机发射的调频载波的瞬时频率是随调制信号变化的调频波为等幅波 ， 它的最大功率等于平均功率 ； 而调幅制发射机发射的是调幅信号 ， 当 mAM=1 时 ， 最大发射功率等于平均功率 (载波功率 )的 4 倍。 若调幅发射机与调频发射机的末级采用同一型号的功率管 ， 均按最大功率估算 ， 则调频发射机发射出的功率是调幅发射机发射的平均功率的 4 倍。 对调幅发射机功率放大管的要求苛刻 调幅发射波是随调制信号的幅度而变化的 ， 这就对放大管的反向耐压有较高的要求 ， 宜采用击穿电压更高的管子 ， 否则管子易被击穿。 而调频 发射机是工作在等幅状态下的 ， 管子不易被击穿。 生产成本比较 生产调频系列器件其调试过程相当复杂 ， 所以需要配备综参测试仪、屏蔽室等昂贵的生产调试设备，调试设备的稳定性直接决定产品的性能，还需要专业的技术工人。 而生产调幅器件相对来说要方便许多 ， 所以生产调频产品的门槛要远远高于生产调幅产品 ， 因此两者的生产成本相差一倍以上。 通过以上对两者的性能及成本的介绍， 可以了解到 虽然调频系列器件的生产成本较高，但是其抗干扰及稳定性能较好 ，因此 此次设计 中 采用了调频发射。 接下来的小节将分别介绍无线发射和接收模块。 无线发射模块 TX3 考虑到电路的微功耗要求，一般这类模块都采用了 ASK 方式调制 ， 本次设计中采用的 TX3 数据发射模块的工作频率为 315M，采用声表谐振器稳频，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， 14 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。 TX3 发射模块未设编码集成电路，用 PT2262 或者 SM2262 等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第 17 脚接至 TX3 数据模块的输入端即可 ，如图 所示： 图 编码模块及无线发射模块的原理图 TX3 数据模块具有较宽的工作电压范围 3～ 12V，当电压变化时发射频率基本不变 ，和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。 当发射电压为 3V 时，空旷地传输距离约 20～ 50 米，发射功率较小，当电压 5V 时约 100～ 200 米，当电压 9V 时约 300～ 500 米，当发射电压为 12V 时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果。 当电压大于 l2V 时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。 不同的电路参数，有不同的发射功率及发射距离，要想获得较好的发射效果，必须接上天线，天线最好选用 25 厘米长的 导线，远距。