遠(yuǎn)程多路遙控起爆器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由發(fā)射機(jī)單元、接收機(jī)單元和雷管組成。主控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的無線遙控距離不小于3km；發(fā)射機(jī)可以分別控制六臺(tái)接收機(jī)；每臺(tái)接收機(jī)承擔(dān)至多150路的起炸；每一路的線長不超過450m；每一路的起炸能力為2～4Ω的軍用雷管；確保在線長為450m的條件下，安全可靠地起爆每一路；發(fā)射機(jī)可遙控設(shè)置被控制的150路雷管的起爆方式：同時(shí)起爆、間隔某固定時(shí)間起爆、選爆，如圖1所示。

圖l 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

（二）發(fā)射端設(shè)計(jì)

發(fā)射單元主要由控制面板設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制電路、液晶顯示、鍵盤、指令輸出電路、載波頻率產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、信號(hào)放大濾波電路和功率推動(dòng)電路組成，主要完成接受鍵盤輸入的指令、數(shù)字編碼、信號(hào)調(diào)制、信號(hào)發(fā)射等功能，如圖2所示。

圖2 發(fā)射單元框圖

（三）接收端設(shè)計(jì)

接受單元由高頻放大、混頻、中頻放大、鑒頻器等模擬信號(hào)處理電路以及同步信號(hào)提取電路和單片機(jī)控制電路等數(shù)字信號(hào)指令電路組成，完成信號(hào)的接受、解調(diào)、譯碼等功能，并將指令輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制其狀態(tài)和動(dòng)作，如圖3所示。

圖3 接收單元框圖

（四）單路起炸電路設(shè)計(jì)

接收機(jī)在完成指令比對(duì)正確以后，將發(fā)出充電指令。在短時(shí)問內(nèi)要使武裝電容具備起炸儲(chǔ)能。

根據(jù)要求，接收機(jī)到雷管的線長為450m。采用通常的抗拉線與雷管連接。線電阻大約在35～120Ω，而雷管的電阻為2～4Ω，這樣，如果在接收機(jī)端儲(chǔ)能，就要求激勵(lì)電壓高，儲(chǔ)能容量大，線電阻要小的抗拉線。這樣接收機(jī)的成本、體積就會(huì)大大增加。加之：450m線長將受到靜電、雷電等各種電磁波的干擾。在高壓充放電的情況下，存在較大的線間電容。這樣會(huì)帶來許多不安全的因素。設(shè)計(jì)考慮將充電電路放在雷管端，作為一次性消耗，這樣接收機(jī)的充電電壓低，體積大大縮小，有較多的有利因素。工作布置示意圖如圖4。

二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（一）芯片選型

主要芯片：．AT89C52，AT89C2051，MC2833，MC3361，F(xiàn)X589等。

圖4布置示意圖

該多路遙控起爆器包括發(fā)射和接受兩大部分，二者均以單片機(jī)為CPU來實(shí)現(xiàn)，發(fā)射端選用AT89C52，接收端選用AT89C2051。信息的發(fā)送和接受均是在單片機(jī)CPU的統(tǒng)一控制下完成。MC2833和MC3361完成指令的調(diào)制和解調(diào)。FX589用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同步。

（二）FX589芯片簡介

從提高接收機(jī)的工作速度、可靠性和減小硬件規(guī)模、降低功耗的目的出發(fā)，選用了集成高速調(diào)制解調(diào)器FX589，在該起爆器中我們是利用FX589來實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接受的同步。

FX589是一個(gè)用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹赏秸{(diào)制解調(diào)器。通過采用最小高斯頻移鍵控調(diào)制，F(xiàn)X589具有很寬的數(shù)據(jù)速率，其數(shù)據(jù)速率范重從4kb/s到64kb/s?？梢酝ㄟ^片端編程實(shí)現(xiàn)數(shù)攝速率和BT選擇（0.3或者0.5），以滿足不同系統(tǒng)的需要。它的主要特性是：

數(shù)據(jù)速率為4 kb/s～64kb/s；

全雙工或半雙工最小高斯頻移鍵控調(diào)制（GM-SK）

可選BT：（0.3或0.5）

低功耗，

3.0V，20kb/s，1.5mA typ.

5.0V，64kb/s，4.0mA typ.

適合PCMCIA/PC卡的小型TSSOP封裝形式該器件可用于銷售終端節(jié)點(diǎn)、用于PC、便攜式電腦和打印機(jī)之間的低功耗的無線數(shù)據(jù)連接、GPS和差分GPS之間的數(shù)據(jù)傳輸、移動(dòng)無線數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面。

FX589的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收采用串行方式，并與調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生的發(fā)送或接收時(shí)鐘同步。采用節(jié)電模式的單獨(dú)發(fā)送或接收可以使用全雙工或半雙工方式工作。接收數(shù)據(jù)的輸入電平可以由用片上輸入放大器周圍的外部元件組成的交流或直流調(diào)節(jié)電路來設(shè)置。由于使用了接收數(shù)據(jù)的輸入控制來檢測、保持輸入電平，使得接收數(shù)據(jù)信號(hào)的獲取、鎖定和保持變得容易，并且可以在需要的時(shí)候通過微處理器進(jìn)行設(shè)定。接收信號(hào)的質(zhì)量可以通過接收信噪比顯示出來。FX589工作電壓范圍為3.0 V～5.5V。FX589是24腳集成電路，有貼片式和雙列直插式多種封裝形式，見圖5和圖6。

圖5 FX589系統(tǒng)框圖

圖6 FX589外部元件連接示需圖

（三）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

該系統(tǒng)利用鍵盤和液晶顯示組成用戶操作接口，首先用戶由鍵盤鍵入指令，輸入到單片機(jī)，在單片機(jī)中完成指令的編碼并由指令輸出電路將指令輸出到由MC2833芯片組成的調(diào)制電路中對(duì)指令進(jìn)行FSK調(diào)制，調(diào)制好的信號(hào)經(jīng)倍頻、高頻放大、功率放大和天線匹配網(wǎng)絡(luò)由天線將指令發(fā)射出去。接收端由天線接收到的高頻載波信號(hào)經(jīng)高頻放大后送入混頻器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行混頻得到第一中頻信號(hào)，此中頻信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入由MC3361組成的第二混頻和鑒頻電路后得到低頻指令脈沖，對(duì)其進(jìn)行放大后送入由FX589組成的同步電路中，然后將指令信號(hào)和同步信號(hào)一起送入單片機(jī)，在單片機(jī)中完成指令的解碼，將解碼出來的指令輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制其狀態(tài)和動(dòng)作。

三、實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。從試驗(yàn)結(jié)果看出，遙控收發(fā)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或超過均達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo)，完全滿足使用性能要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

表1 試驗(yàn)結(jié)果