无线比例电机转速遥控器的设计

四川省南充市高级中学嘉陵校区高2014级35班 陶一峰

无线比例电机转速遥控器的设计

四川省南充市高级中学嘉陵校区高2014级35班 陶一峰

无线遥控器因为它抗干扰能力强，很少受到外界阻碍的影响，所以得到广泛使用。目前使用的遥控器，大多数由集成电路电板和按钮构成的，不同的按钮和电板作用产生不同的信息。这种装置被广泛的应用到家具遥控、汽车遥控等。本文主要介绍的是无线比例电机转速遥控器，它隶属于无线遥控，此文旨在介绍它的应用前景、工作原理、设计方法和应用领域。在本文中，设计师主要使用了NE555控制集成块和用石英材料的晶体进行稳频，而调制、发射、接收、检波电路等，都是采用了最普通的方法，这样使得无线比例电机转速遥控的原理及电路图都更加简单，性能也更稳定。

无线电遥控；无线比例电机转速遥控；设计原理；应用前景；电路图

一、无线电遥控的基本知识

所谓“无线电遥控”，就是指一种能用来远程控制机器的装置。“遥控”是指利用高频无线电波来实现远程控制的技术，它最早被运用是在第一次世界大战时，最早使用的都是单一的控制信号，比如：在抗战片中，我们经常看到的收报机和发报机，随着工业化的大发展，由单一的控制信号发展成超外差式和音频谐振继电器式等多路控制的信号。在科技高速发展的时代，又出现了比例遥控的设备，更为流行和方便大众。

本文介绍的是无线电遥控中最新的一款无线比例电机转速遥控器，比例遥控，是指受控制的模型的动作幅度与操纵者转动发射机操纵杆的动作所成的比例关系。一套完整的遥控设备应该具有：发射机、接收机、伺服机和电子调速器，还包括配套的供电的电源和开关。

1.发射机

发射机是一个可以将操纵指令转换为相应的无线电信号，产生的无线电信号向周围辐射。发射机的模型不同便对应着相应不同的发射方式，比如车辆模型，它用的发射机常分为杆式和枪式两种。这两种发射机的操作方式有所不同，杆式发射机有分别控制模型车的方向和速度及刹车的两个操纵杆，其中右边控制模型车的方向，左边的控制它的速度和刹车。而另一种发射机分别用方向盘来控制方向、操纵杆来控制速度，这两种发射机的基本功能都是控制方向和速度。模型车的两种发射机除了以上的基本功能外，若想增加模型的功能，可以再配搭上先进的电脑技术，可以轻松地实现储存多辆模型车的调整数据，一机多用等问题。

2.接收机

接受机是一种无线电信号的接受器，是和发射机相作用的。因为接收机一般都是在移动的车或者什么机械上，所以制作的造型和体积都应尽可能的小。例如：日本生产了一款重18g左右、体积大小与火柴盒差不多的接收机，具有高的灵敏度，能接收近千米外发射来的无线电信号。

3.伺服舵机和电子变速器

伺服舵机是机械操作的执行者，通过接受到电信号的指令后作出相应的机械动作，来控制方向和速度。使用比较普遍能满足基本要求的舵机为普通舵机，伺服舵机可以根据体积、电机强弱、性能等用途可分为微型舵机、强力舵机和普通舵机；除了普通伺服舵机外，通过调控体积和性能又可分为微型舵机和强力舵机，大的模型或大的控制机械需要安装强力舵机，这种动力强劲的舵机为强力舵机；微型舵机，顾名思义，只能安装在小的模型车上。

在电动模型车上需要体积更小、效率更高、使用寿命更长的伺服装置，这种装置便是电子变速器。在一些需求更高的电子变速器还需要添加数码技术，使它具有了更加新颖的功能。在普通的车或者船上使用的无线电遥控就是两通道，在飞机上就是三、四通道了。

在使用无线比例电机转速遥控时，还要注意以下问题：

（1）无线比例遥控根据点播的收发形式可以分为调幅（AM）和调频（FM）等等。调幅和调频的不同之处就是抗干扰能力的大小不同，调幅（AM）的抗干扰能力较差，而调频（FM）的效果不错，也是目前使用比较广泛的，例如广播。

（2）为了防止相同的波频发生相互干扰，每一套遥控设备都有自己的一个独立的使用频率。

（3）国家对于遥控器的技术指标是：发射功率不能大于750mW。

无论多么高级的设备，如果想要该设备长时间安全可靠的工作，必须定期的对设备进行正确的使用、维护与保修。以下是经验之谈，仅供参考：

（1）在使用之前，一定要及时检查电源和充电；

（2）进行开机检查，首先将发射机的天线全部伸到最长，然后打开电源开关，这时电瓶的指针应该落在绿色或者白色的位置；再将天线收缩到最短，电瓶指示会出现下降的趋势，然后再接通伺服机的接收机的电源，此时伺服机应回到中间位置；转动操纵杆和微调手柄，伺服机若有相应的反应，各个装置之间也不相互干扰，便可以说明该设置可以正常工作，可以使用。

测试保证接收机天线与发射机天线在输入较弱的信号时，仍可以正常接收信号，不影响工作。

完成以上检查后，然后进行安装。在安装前，要将说明书熟悉一遍，需要的话，还要查阅相关的安装资料，注意安装的关键点。

最后一步就是对整个系统进行检测，待用。

二、无线电遥控器的应用前景

近年来，随着数字化、智能化、网络化等行业的迅速发展，在监控行业中以无线遥控器为主是未来发展的趋势，其开发产品的特点就是效率高、可靠性大、节能环保。

1.开发的产品智能、环保

在面临严峻的全球性能源问题时，转向低碳经济、绿色发展，是我们最好的应对措施，这已经成为各界不言而喻的共识。从现在的市场行情来看，无线电遥控既是客户所需也是行业发展大势所趋。而无线比例电机转速遥控更是新的开发产品。

无线比例电机转速遥控，内部电路设计科学，对于内部使用的控制集成块和晶体设计者主要使用了NE555控制集成块和用石英材料的晶体进行稳频，而调制、发射、接收、检波电路等，都是采用了最普通的方法，这样使得无线比例电机转速遥控的原理及电路图都更加简单，性能也更稳定。

2.开发的产品应用领域广泛

无线电遥控器主要是通过无线电信号传播无线电信号来控制机械设备。例如关闭电源、开动电机、精确的转动手柄等，完成这些指令后，再由这些机械设备进行指定的操作程序。无线电遥控不仅可以单独使用，单独安装，发挥自己的用途，而且还可以与新生的技术联合应用，可以开发出新的功能，可以更广泛的满足客户需要。

3.开发的产品质量可靠

质量高、安全性能好，这是安防产品未来发展的重要趋势，遥控器作为安防产品的领头性产品，必须具备质量高、安全性能好的特点。随着现代生活的进步，顾客的需求也有了更大的改变，比如对遥控器的保密性、工作性能稳定性、万能型等。

对于无线电遥控器的领头产品，不仅在对产品的质量和工作的性能稳定上继续保持着严格的要求，而且在遥控器的控制范围也有了进一步的提高，目前是100米左右，在该范围内能保持高效的工作效率。

随着市场的不断壮大，安防行业已经日渐成熟壮大、技术精湛，相信在未来的遥控市场，会有更多优秀的产品出现，使得未来的发展道路更加让人期待。

三、无线比例电机转速遥控器的工作原理

从上述的介绍我们知道无线比例电机转速摇控是由三大部分组成的发射机、接收机、伺服机和电子调速器，还包括配套的供电的电源和开关。下面分别作出介绍：

1.接收机的内部

要想了解一个物品的内部结构，我们必须对该物品有一个整体的了解与认识。对于接收机，我们先从它的结构组成上做分析，无线比例电机转速摇控是由调谐、解码和伺服三部分所构成的，而且这三部分都封装在接收机的内部。此原理就像在家听收音机，在打开后首先选择你想要的电台频道，同时排除其它电台的信号，然后将解调后的音乐传递给音频功放。类比这些，模型接收机调谐器被设计时就只能接收晶体设定的那个频率的信号，然后将解调后的信号传给解码器。解码器从众多的伺服机信号中挑选出合适的伺服信号脉冲送到下一站。此时应该明白音频是不能区分出来调幅AM或者调频FM的。相同的，模型接收机的解码器也不清楚自己的上一级的信号是使用调幅AM或者调频FM。

2.伺服信号的编码

其次我们需要研究位置信息是如何传送给每一个舵机的。若想明白位置信息是如何转达给每一个分舵机，就必须明白这些都是用0电压或者称为OFF-低电平的信号脉冲和大约3.3V的电压又称为ON-高电平的信号脉冲来表示的。信号脉冲在高电平的时间长短决定了位置。这种脉冲占用2毫秒的时间片，每秒钟重复50次。脉冲的宽度在1毫秒-2毫秒之间变化，它决定了舵机的角度，因为在不同的时间内，舵机所对应的角度不同，从左到右刻度依次显示的是1mS、1.5mS、2mS，其中显然当时间为1mS时所对应舵机的左边最大角度，依次向右排下去。在剩下的所有时间里，该信号一直保持0电压或者称为OFF-低电平的信号脉冲。在保持1.5mS高电平与维持着18.5mS的低电平（0V)之间，脉冲信号不断的重复着。然后信号脉冲会沿着黄色（JR)或者白色的线再传输给各个舵机，使用黑色或者棕色（JR)的线作为公共端，所谓公共端指的是电池负极，且电势为0V。红色的线则负责给各个舵机提供工作所需的电源正电压。此处特点需要注意以下几点：

（1）舵机的位置与输入脉冲的宽度有关，与其他的都没有关系；

（2）舵机的内部机制和位置信号无关；

（3）在白线上的位置信号强度相对较弱，它主要的驱动功率来自红线和黑线。

你可能会好奇为什么长距离的舵机线很容易受到电磁噪声的干扰。因为任何扰乱脉冲信号的噪声都会导致舵机的操作行为不正常。

伺服信号在进入工作前，总会保持1毫秒的高电平。这可能会使得大家疑惑，其实这是舵机的同步脉冲，所谓同步脉冲，它指的是为确保接受和发送扫描能同步的一种制约信号。换句话说，就是舵机一直在等待从低电平变的信号电压转换成高电平的信号电压，在等待1mS时间后，开始解码接下来的1mS位置脉冲。该脉冲信号不仅可以提供精确的解读次数，也可以提供发射机是否工作的信息。如果长时间没有同步脉冲，而当关掉发射机的时候，发射机将会长时间持续低电平，某些设备恰好就是利用发射机的这个特征来激活一个蜂鸣器的。例如：坠机定位器。

3.驱动多个舵机 - PPM

脉冲信号在舵机位置上停留2毫秒，是怎样停留长达18毫秒的空闲来等待下一个脉冲，究竟是为什么呢？经过查阅相关的资料，我们得知这长达18毫秒的空闲时间就是留给其它舵机的，让其他舵机有充分的时间来完成自己的操作。每一个伺服信号都需要一个长达2毫秒的时间空隙，在前面我们提到过舵机位置的脉冲信号是2毫秒再加上中间停留的18毫秒，一共需要耗费20毫秒的时间。在这20毫秒的时间内可以让10个舵机分别被驱动。作为接收机，它主要是利用解码电路把10个脉冲序列分割为单独的伺服脉冲，然后把它们分别传送给相应的各个舵机。

比如，在现实生活中我们经常用到的收音机，可以把声音信号分别从左右两个不同的声道传播出来，我们时常会捉摸到底哪个信号是从左声道出来的，哪个信号是从右声道出来的。对于伺服信号，我们也有同样的疑虑，为了解决这个问题，我们作出了大量的实验与测试，最终选择的方案是：在最后一个脉冲内，保持低电平至少2毫秒，也是持续时间是最长的一个脉冲。在这段时间内，解码器就可以辨别出脉冲信号序列的开头部分，便可以确认出脉冲信号之间的对应关系。在这之外，该2毫秒的低电平周期后面跟着一个1mS或更长的高电平的同步脉冲，它的作用是指示接下来的伺服机的操作。

首先简单介绍一下比例脉冲调制PPM，所谓的比例脉冲调制PPM指的就是简单地把伺服脉冲插入帧的一种方法，明白了比例脉冲调制PPM的真正含义，我们就知道它不仅编码方式特殊，而且抵抗错误的能力非常强。基于对PPM的了解，我们可以推断：

（1）凡是时间段持续在2mS以上脉冲信号，都能干扰到多路伺服信号，严重者还能完全损坏多路伺服信号，所以我们要尽量减少这种脉冲信号或者尽量缩短这种脉冲信号的时间跨度；

（2） PPM能够同时驱动的舵机数量为9个舵机。也就是PPM接收机产品序列所能接受的最高端就是9通道。

（3）舵机位置与信号强度没有关系，因此舵机距离的远近并不会影响到信号对远方设备的控制，除非是舵机根本接收不到信号脉冲。

（4）效率高。因为即使有一个帧出现错误，它也并不会影响全部的脉冲信号，因为接下来的帧会很快速的被同步，即恢复到正常的序列。

（5）灵活度高。 因为帧头是由低电平到高电平的循环跳变标出，而不是精确的每秒50次的计数。因为每种牌子的发射机和接收机的交换性相当好，灵敏度高，灵活性大，这对于喜欢淘二手物品的爱好者是一个好消息。

（6）即使接收机的通道数量与发射机的通道数量不同，这也是可以混合搭配使用的，且不影响效果。

4.PCM

PCM是脉冲编码调制的字母缩写形式，它和PPM的关系就像磁带与录音机的关系。磁带是“模拟的”，录音机只是将磁带上的信号先编辑然后播放出来。而磁带将每个声道的信号振幅，以一定的频率转换成数字信号记录下来。正如前文中我们提到的那样，PPM占空比在1-2ms之间变化，根据变化不同，它所指示的角度就不同，就会编码出不同的舵机位置信息。占空比可以在0到100%之间任意取值，因此PPM是“模拟的”。而且PCM与PPM的最大的不同之处在于，PCM的发射机和接收机不能像PPM的发射机与接收机那样自由、随机的互换。因为PCM所采取的二进位的“数字编码”方式，限制了舵机的位置信息，但是总体的影响不太大，且随着科技的不断进步，我相信总会客服这个问题的。

PCM的优点是：它很精确。例如，我们规定某个数字代表这种意思，则其他的任何数字，即使与该数字很接近，它也不会与该数字有相同的含义。与之相反，PPM发射机就不够精确，它可能用1.45ms的脉冲信号来代替1.5mS时的脉冲信号。此外，外界的噪声也会扰乱PPM脉冲信号，造成舵机位置误读。而采用二进位的数字系统的PCM可以通过加入校验码来进行纠错，这显著的提高脉冲信号的抗干扰能力。

因为只有是标准的模拟舵机才能被PCM接收机驱动，而且接收机还得将数字信号转化为脉冲信号，这样才能让程序继续运行下去。

任何事物都不是完美的，总带有一些残缺。将PCM和PPM比较来看，前者只要发生一点点错误的就会导致后续的步骤无法正常进行。而对于后者PPM来说，只要有一点完整的脉冲信号存在，就可以继续下面的操作。这也是PCM系统引以为自豪的。但是由于受到科技发展的限制，它也存在缺点，缺点就是脉冲信号不是太稳定。所以PPM系统更受大家的欢迎。

四、无线比例电机转速遥控的调速原理

1.简介

根据实际的操作中，调速可以分为不改变同步转速和改变同步转速两种不同的类型。前者在生产机械中应用的比较广泛，不改变同步转速的调速方法主要有绕线式电动机的转子串电阻调速、应用电磁转差离合器等调速方法。后者的调速方法主要是运用改变定子极对数的多速电动机。

以调速所消耗的能量的多少来分类，可以分为两类，分别是高效调速方法与低效调速方法。前者指时转差率不变，因此无转差损耗。相应地，有转差损耗的调速方法就是低效调速。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。且能量损耗的多少，也与所运用的机械设备有关。

2.方式

调速方式一共有4种，分别是调压调速、变极调速、变频调速和电磁调速。下面分别一一介绍：

所谓调压调速，是指编辑调压调速改变电动机定子电压来实现调速。调压调速，对于不同的电动机所需要设置的电压也不一样，如对于三相电动机，可选择在0～380V之间的某值。调压用变压器，而变压器有两种形式，分别为调压有级别和无级别。且变压器的调压应该与电动机的调压一一对应，若变压器是有级的，那么电动机的调速也得是有级的。

变频调速是通过改变电动机定子端的输人频率，从而可以达到连续地调杰、改变同步转速，实现电动机调速。

电磁调速则是通过电磁转差离合器来实现调速的方法。电磁调速电动机是一种结构简单、效果可靠的交流无级调速设备。电磁转速的电动机是由拖动电动机、电磁转差离合器和测速发电机等组成的，测速发电机的用途是作为转速反馈信号源。

3.特点

编辑调压调速的优点：（1）调速效率好；（2）装置的体积与调节速度的范围成正比，体积大，则调节速度范围大，反之体积小，则调节速度的范围就小。

缺点：编辑调压调速器的功率容易受到别的影响，适用于的范围较窄。

变极数调的优点：（1）无额外的功率损耗，工作效率高；（2）电路图明了，容易理解，维修方便，价格合理；（3）与其他转差离合器配合可得到更加的作用效果。

缺点：有级调速，不能实现无级平滑的调速。且由于受到电机结构和制造工艺的限制调速范围相当有限。

变频调速的优点：（1）无额外的功率损失，提高了工作效率，所使用的调速范围宽；（2）对于低负载运行时间较多，可以达到节电和保护电机的目的。

缺点：技术较复杂，价格较高。

电磁调速的优点：（1）电路图结构简单，控制装置体积小，便于携带，而且价格也容易让人接受。（2）运行可靠，维修容易。（3）无过多的干扰波。

缺点：（1）速度损失严重。输出轴的最高转速仅为电机同步转速的百分之七八十，主要因为电磁转差离合器本身的转差比较大；（2）在调节速度时，转差功率几乎全部转化为热能，降低了调速的效率。

五、无线比例电机转速遥控器的应用前景

近年来，随着数字化、智能化、网络化等行业的迅速发展，在监控行业中以无线遥控器为主是未来发展的趋势，其开发产品的特点就是效率高、可靠性大、节能环保。

1.智能、环保

在面临严峻的全球性能源问题时，转向低碳经济、绿色发展，是我们最好的应对措施，这已经成为各界不言而喻的共识。从现在的市场行情来看，无线电遥控既是客户所需也是行业发展大势所趋。而无线比例电机转速遥控更是新的开发产品。

无线比例电机转速遥控，内部电路设计科学，对于内部使用的控制集成块和晶体设计者主要使用了NE555控制集成块和用石英材料的晶体进行稳频，而调制、发射、接收、检波电路等，都是采用了最普通的方法，这样使得无线比例电机转速遥控的原理及电路图都更加简单，性能也更稳定。

2.应用领域广泛

无线电遥控器主要是利用无线电信号对远方各种机构的设备进行控制的遥控设备。在这些信号到达远方的接受设备，且被接受后，可以指令或者控制、驱动其他各种相对应的机械或者电子设备，来完成各种操作动作，例如关闭电源、开动电机、精确的转动手柄等，完成这些指令后，再由这些机械设备进行指定的操作程序。无线电遥控不仅可以单独使用，单独安装，发挥自己的用途，而且还可以与新生的技术联合应用，可以开发出新的功能，可以更广泛的满足客户需要。

3.质量可靠

质量高、安全性能好，这是安防产品未来发展的重要趋势，遥控器作为安防产品的领头性产品，必须具备质量高、安全性能好的特点。随着现代生活的进步，顾客的需求也有了更大的改变，比如对遥控器的保密性、工作性能稳定性、万能型等。

对于无线电遥控器的领头产品，不仅在对产品的质量和工作的性能稳定上继续保持着严格的要求，而且在遥控器的控制范围也有了进一步的提高，目前是100米左右，在该范围内能保持高效的工作效率。

随着市场的不断壮大，安防行业已经日渐成熟壮大、技术精湛，相信在未来的遥控市场，会有更多优秀的产品出现，使得未来的发展道路更加让人期待。

六、结语

经过本文的介绍，希望读者可以有所收获。在今天这样一个科技快速发展的时代，客户的需求在不断的增多，市场也在不断扩大，希望在无线电遥控行业上，我国可以做出更出色的产品，新产品的开发人员要不断的努力学习，学习新知识，新的研究方法，来提高无线电遥控在世界的地位，树立中国新形象。我相信随着国家科技体制的改革，社会对人才的需求量会越来越大，同时我也深信机会，成功是留给有准备的人的，只要自己足够优秀，就能找到合适满意的工作，在工作岗位上散发自己的光辉。应当抓住自己学习能力强、对风险承受能力大的优点，大胆的去做自己喜欢的事业。我相信，是金子总会发光，机会和成功是留给有准备的人的，时刻保持学习的兴趣和学习的能力，以一颗上进心，责任心，事业心对待，一定会让我在人生寻求成功的道路上越走越宽广。

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