无线调频对讲机

无线调频对讲机 课程设计名称: 电子技术课程设计 题 目: 无线调频对讲机设计 辽宁工程技术大学 课 程 设 计 成 绩 评 定 表 08-1 专业 自动化 班级 课程名称 电子技术课程设计 设计题目 无线调频对讲机 评定指标 分值 得分 知识创新性 20 理论正确性 20 内容难易性 15 评 结合实际性 10 知识掌握程度 15 书写性 10 定 工作量 10 总成绩 100 标 评语: 准 任课教师 时间 年 月 日 备 注 课程设计任务书 一、设计题目 无线调频对讲机的设计 二、设计任务 1. 通话距离:限制在百米左右范围内。 2. 电路简单，低频电路收发机共用，使用集成器件。 3. 扬声器兼作话筒。 三、设计计划 电子技术课程设计共1周。 第1天:针对选题查资料，确定设计; 第2天:方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择; 第3,4天:电路仿真，画电路原理图; 第5天:编写整理设计报告。 四、设计要求 1. 画出整体电路图; 2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求; 3. 写出设计报告书。 指 导 教 师:闫孝姮 时 间:2010年6月22 日 摘要 无线对讲机是移动通信中一个重要的分支，应用非常广泛,无线电对讲机和其它无线通信工具(如手机)其市场定位各不相同，难以互相取代，还将长期使用下去。本研究设计了一款无以高频振荡器进行信号反射的线调频对讲机。首先提出了几种不同的设计方案从几种方案中选出最优设计。其次介绍了调频无线对讲机的功能，性能指标和工作原理，结合原理及现代电子行业现状确立了完整具体的设计方案。将对讲机系统分为发射和接收两大模块，分别对各个功能模块以信号、控制为联系进行设计。高频振荡器的发射频率由发话者的语音信号控制。控制过程是:先将语言的声音信号通过话筒变成声频的电信号，并将此声频信号用低频放大器加以放大后，再去控制高频振荡器的振荡频率。此工作方式为调频。之后将此电信号通过天线传到接收器，再将电信号转换成声音的信号，这就完成了整个无线通话的过程。 通过对声电转换电路、低频放大电路、混频电路、鉴频电路、天线与同类型电路的对比，最后确定了对讲机电路图。然后画出调试波形，记录调试结果。最后总结此次设计体会。 关键字:无线，对讲机，高频振荡器，低频，混频，鉴频 目录 第1章综述………………………………………………………………1第2章方案设计与分析…………………………………………………1第3章电路设计框图及功能描述………………………………………2 3.1功能描述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3.2发射机模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3.3接收机模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3.4电源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3.5天线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第4章电路原理设计及参数计算………………………………………4 4.1直流稳压电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 4.2电路总体构思原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 4.2.2低频电路部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 4.2.2高频电路部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 4.3整体电路工作过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6第5章调试检测与改进 ………………………………………………7 5.1调试与检测„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 5.2改进„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7第6章…………………………………………………………7参考文献…………………………………………………………………9 1 综述 通信是人类社会生活的重要组成部分，凡是在发信者和收信者之间，以任何方式进行消息的传递，都称为通信。而在手机非常普及的今天，对讲机没有被取代，是因为对讲机不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者轻松沟通;对讲机提供一对一，一对多的通话方式，操作简单,令沟通更自由，尤其在紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重要的。与手机相比，对讲机通话成本低。这样的特点，让对讲机广泛应用在很多领域。主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。尤其在网络无法覆盖的地方，无线对讲机成为了人们喜爱的通讯工具。在对讲机技术发展的30多年历史中，模拟技术应用已经非常成熟，关键器件已很可靠，早在20年前，国外就有人将数字技术引入对讲机行业，数字对讲机不仅能实现模拟对讲机基本业务:单呼、组呼等功能，还具有调度台核查呼叫、区域选择、接入优先、优先呼叫、迟后进入、预占优先呼叫、侦听、动态重组、监听等补充业务。也就是说，数字集群对讲机可提供更丰富的业务种类、更好的业务质量、更好的保密特性、更好的连接性和更高的频谱效率。从国内外研究局势看出，对讲机已从单 一的通话功能，变成了能和手机媲美的产品，而人们追求个性化的影子已在对讲机上演。 2 方案设计与分析 方案一:单工对讲机，在同一时间内只能工作在一种状态下(收，发)的对讲机。即是说接受时不能发射，发射时不能接受;要实现这两种功能只能是通过开关来切换。 方案二:同时处于收发状态的对讲机称为双工对讲机。也就是说像普通电话一样，两种状态同时进行，内部的收发电路同时工作。 经比较双工对讲机造价高，体积较大，电路复杂，耗电高;而单工对讲机造价低，体积小，电路简单耗电低，所以本设计为同频单工对讲机。 3 电路设计框图及功能描述 3.1 功能描述 在开阔地对讲距离约为100m。并可与调频收音机配合作无线话筒使用。 无线对讲机工作于超短波频段，频率高，绕射能力差，主要靠直达波，传播距离主要在视线距离以内。由于地球表面是曲面，地面上的不大建筑物对于电波都有明显的影响，如高山、树木、建筑物、高压输电线路等介质，电磁波要在其中感应出电流，都要损失能量，加上空中有不同程度的干扰电波，这都会减少通话距离。接收机灵敏度的高低对通话距离有着明显的影响，而提高发射功率，对通话距离的增加不大明显，发射功率增大10倍，通话距离有时可能只有1倍。 3.2 发射机模块 声音信号 低频电信号 低频电信号 话筒 低频放大器 高频振荡器 图3-1 发射机框图 载波频率高，采用一级三点电容式个高频振荡器发射机，所发射的频率受由声音转换得来的，经过集成低频功率放大后的低频信号所调制。 3.3 接收机模块 高频调频电信号 低频电信号 低频电信号 声音信号 高频放大器 检波器 低频放大器 扬声器 图 3-2接收机框图 将发射机的高频振荡器作选频放大器使用并将利用晶体管输入特性的非线性进行检波得出的低频信号，输至集成低频功率放大器放大后，去推动扬声器B工作。 3.4 电源 发射 9V直流切换开关 稳压电源 电源 接收 图3-3 稳压电源框图 3.5 天线 主要有以下几种: 一种是法向模螺旋天线， 天线谐振时有一个明显的特点，人手靠近天线，差不多接触，天线的顶部的导线将幅射出很强的火花，可用手明 显感觉到。所以用这种天线，若对讲机的功率太大，不推荐使用这种试验，因为有可能会导致对人体的伤害!这在实验中必须谨慎!另一种是底部加感天线，底部拉竿天线在没有完全拉出时增益是比较低的，但当天线处于谐振状态时，增益却比法向模螺旋天线高，所以通话距离也比较远。现在还有一种是中部加感天线，原理和制作方法与底部加感天线差不多，只不过是加感线圈置于天线的中部。还有1,4波长布朗天线(室外天线),此处不一一比较,本设计采用的是1,4波长布朗天线(室外天线) 室外天线的类型很多，比较易做，增益也较高的是1,4入天线，如果制作得好，增益可达3—5dB，制作方法是:取4根长度为2.5m的铝管，没有铝管亦可用普通导线代替，效果稍差。其中一根垂直放置作为主振子，其余三根互为120度，与垂直方向为60度均匀的分布，作为辐射振子，主振子与辐射振子需绝缘，50欧同轴电缆的芯线接主振子，地网接辐射振子，架高15m即成，由于室外天线的增益较高，又没有阻挡物，所以配以室外天线，对讲机的通话距离将大大增加，手持机的天线较短，但台机的功率较大，一般都达10 w,15w，正好可以弥补手持机增益低的缺点，而手持机的功率普遍较小，但台机使用的是室外天线，增益较高，也可以弥补这一不足，所以台机与手持机组网，双方通话质量是基本一致的。 4 电路原理设计及参数计算 4.1 直流稳压电路 为了避免电池电压发生波动而对整机电路工作影响所以需要设计稳压电路，组成如下图。 9.0V输入稳压输出C458 C2C3 R 20310uF 510 DC1 7.5v 203 图4-1 稳压电源电路 4.2 电路总体构思原理 下图为无线调频对讲机原理图，电路从原理上分为低频和高频两个部分。以下就这两个部分进行叙述。 W 9VC3 27p L C11 100u R1 20KC1 10uTr1C2 C2 10u3p发收6C7 10uC101C1 20p3 8R2 100K收LM3862CZL4发220u发收SPEAKERB R3 4.7K R5 2KC6 3300pR4 100KC9 C5 3300p0.47u 图4-2 总体构思电路 4.2.1 低频电路部分 这一部分主要采用音频功率放大器LM386。LM386是专为低损耗电源所设 ，透过pin1和pin8计的功率放大集成电路，电压增益可调，他的内建增益为20 脚位间电容的搭配，增益最高可达200。LM386可使用电池为供应电源，工作电压范围由4~12 V。无动作时输出电流为4mA，且低失真。他具有一定的功率输出，即电源电压为6V，负载为4Ω、8Ω、16Ω时，输出功率分别为340、325、180mW;当电源电压为9V，负载为18Ω、16Ω时输出功率可达1.3W当电源电压为16V负 载为16Ω时输出功率可达1.6W。LM386引脚图如下: 增益设定增益设定18 反向输入旁路27 +电源正向输入36 GNDOUTLM386 45 图4-3 LM386引脚图 4.2.2 高频电路部分 高频三级管，C、L、C、Tr1和发射结电容C组成电容三点式振荡器，同23BE 样用LM386做高频部分。元件选择有以下几方面: 1)晶体管的选择晶体管的特征频率要足够高，一般: f?(2-10)f TM (4-1) 2)晶体管的电容要小，以提高振荡频率的稳定性。 3)晶体管的电流放大系数β要足够大，一般大于30，但不宜超过100，即利于起振又有较好的稳定性。 4)晶体管的最大耗散功率PCM应该大于振荡输出功率P的5,10倍，即: 0 PCM?(5-10)P 0 (4-2) 且选用穿透电流较小的硅管有效提高振荡幅度的稳定性和振荡频率的稳定性。 综上，晶体管可选用f?600MHz，β?60，I?0.1μ的硅高频小功率晶体管CEO 3DG80，3DG75，本设计采用3DG80。 然而对于振荡回路的选择而言，振荡回路元件则主要根据所需振荡频率而定，应 满足 1f,o2,LC (4-3) 式中，C是包括C、C回路电容和发射电容C，输入电容 输出电容 分布12BE 电容等其他杂散电容在内的总电容量;L为回路电感，此处用Φ0.8mm的漆包线，按内径为6mm，平绕6圈制成。CZL用0.lmm漆包线在1/8W、100K电阻上绕l00圈而成。C、C、C选用云母或高频瓷介电容。S选用四刀二位拨动开关。扬声1232 器B则是选用直径为5cm的电动式喇叭。对于电源的选择，则是采用的是9V叠层电池。两部对讲机元器件参数应尽量一致。 回路电容的选择原则是回路电容应远大于各种杂散电容的总和，从而提高振荡频率的稳定性。调频作用的安排调频信号取自LM386的输出，经R、C、CZL24加于T的发射结，使C电容随低频调制信号的大小而变化，实现用低频信号r1BE 去调制高频振荡器振荡频率的目的。 工作点安排的原则:发射时，振荡器采用固定偏置电压和振荡后的自建偏压共同作用,使晶体管工作在丙状态。振荡器的振幅平衡是靠晶体管的非线性来实现的有两种方案，一种方案是工作点较高，起振后进入饱和区，利用饱和限制来进行稳幅。另一种方案是工作点安排在甲乙类，起振后靠截止限幅进行稳幅。后一种方案比前一种好，因为前一种方案中，晶体管饱和后，饱和的晶体管是并联在回路中的，使回路Q值下降很多，是振荡幅度很小甚至停振。 4.3 整体电路工作过程 接收时，三极管T和电感线圈L、电容器C、C等组成电容三点式振荡电r112 路，产生频率约为100MHz的载频信号。集成功放电路LM386和电容器C、C、78C、C等组β电容器C、C及高频阻流圈CZL等组成的超再生检波电路进行检91012 波。检波后的音频信号，经电容器C耦合到低频放大器的输入端，经放大后由8 电容器C耦合推动扬声器B发声。 10 电路工作在发信状态时，S2置于“发信”位置，由扬声器将话音变成电信号，经LM386低频放大后，由输出耦合电容C、S、R、C等将信号加到振荡管T10234r1的基极，使该管的bc结电容随着话音信号的变化而变化，而该管的bc结电容是并联在L两端的，所以振荡电路的频率也随之变化，实现了调频的功能，并将已调波经电容器C从天线发射出去。 3 5 调试检测与改进 5.1 调试与检测 调整时，可采用一台调频收音机作接收机使用;或组装好两台，一台发射用，另一台作接收用。做接收用的，先将S2置于“接收”位置，在通电后扬声器中应有较大的“哗哗”的超再生噪声，用手摸一下三极管外壳噪声消失说明接收电路工作基本正常。否则说明电路已处于接收状态若发生自激应适当改变R、C56的数值，以改变超再生振荡的“熄灭电压”，即减小正反馈量，自激即可消除。调试时，这时扬声器应有较大的噪声。然后将S置于“发信”位置，取一台调2 频收音机放在附近，接收频率调到100MHz左右，这时收音机中应有较大的啸叫声，拉开约10米距离啸叫声消失，对准话筒发话，在收音机中应能听到清晰、宏亮的声音。若无声音或音小，可调整收音机的频率。待两部对讲机进行完上述调试后，进行互通试验，适当调整L的间距使收、发信都能统一到同一个频率上。当与本地电台频率重叠时，需更换谐振电容C1，防止互相干扰，影响正常使用。 5.2 改进 这些电路均为单一频道的对讲机，二次变频的对讲机工作原理亦基本相似，二次变频的电路只是在一次变频电路的基础上多加了一级中放电路和第二本振级，其他电路均大同小异。二次变频是为了对讲机的增益和灵敏度更高、工作更稳定而设计的。我们知道，单一级放大电路的增益不可能无限的增加放大级数来提高增益的，因为单级电路增益过高，就不可避免带来级问的串扰和自激问题，工作变得不稳定，甚至变为不能正常工作。二次变频就可较好地解决这个问题，因为放大电路分为多级，不同的级电路放大的是不同频率的信号，级问的干扰可通过陷波、滤波等手段加以克服，使每一级电路均可稳定可靠的工作，总的增益就可以做得很高。 6 心得体会 数电与模电是一门实践性很强、交叉性很强的学科，它提供给我们的不仅是一种方法论，更是一种世界观。数电与模电作为电专业的基础课，占有十分重要的地位。涉及多方面的知识，为我们以后学习单片机及PLC奠定了基础，也明白 了学电不仅仅只是电路的分析与绘制。机械和编程方面的知识也要涉及。以前一直觉得自动化是个很神奇的专业，经过学习了解到自动化是知识，理论和方法的结合。例如用一个STC89S51实现小车避障的过程实质上就是向单片机输入输出高电平与低电平控制电机的转与不转问题。有人说大学 四年什么也没有学到，那就错了，我读了模拟电子技术老师推荐的郭天祥的我的大学四年，深有感触，虽说大学四年我们的实践能力确实不高，但我们学习了许多的理论知识，不过我必须说，这些是远远不够的，我有段时间一直在看avr的资料，以为了解了很多，后来自己网购了一个才发现我连基本的程序都烧不到板上，就像天祥老师说的，只有理论与实践结合才是最好的学习方法。 此次课设我做的是无线调频对讲机，此次课设增加了我学自动化的兴趣与信心，不仅学会了使用protel99，还懂得了更多的自我思考的重要性。 也学会了最大化利用资源。尽管此次课设并没有机会作出实物，但还是受益匪浅，在这期间遇到了很多困难，但都一一攻破，最终完成了此次课程设计。虽然此次课设已经结束但我的自动化生涯才刚刚拉开序幕，以后还有很长的一段路要走。在这里我要感谢闫老师，谢谢他的帮助与指导，以及模电课上生动与耐心的讲解。 7参考文献 [1]无线对讲机设计:[D].计算机论文网，2010. [2]无线对讲机发射及接收模块设计:[D].计算机论文网，2010. [3] 覃中源 .30.275MHz调频无线对讲机的设计制作与调试:[D],2010( [4]无线调频对讲机F30-5:[D].豆丁网,2009( 技术[M].第四版.北京:高等教育出版社，2006. [5]童诗白，华成英.模拟电子 [6]阎石.数字电子技术[M].第五版.北京:高等教育出版社，2006.