基于无线传输的工业远程遥控器设计

安徽师范大学物理与电子信息学院 江锦洲 李立林 李 静 金 强

基于无线传输的工业远程遥控器设计

安徽师范大学物理与电子信息学院 江锦洲 李立林 李 静 金 强

针对工程机械信息化发展的新趋势，本文主要设计一种专门用来控制工程机械或工业设备的远程无线遥控器。为确保通信的稳定可靠，无线工业遥控器采用具有反馈检测功能的双MCU控制，通信频率分别采用433MHz和2.4GHz双频段无线通信的冗余设计。遥控器由发射器与接收器组成,两者之间通过射频模块进行无线通信。无线遥控支持“点动”和“翻转”两种控制方式，模拟实际工业控制方式。利用硬件FEC功能以及采用软件交织卷积编码方式，提供通信稳定性，通信协议中加入实时在线功能，定时进行“心跳包”的发送，确保实时连接。

工业遥控器；通信稳定性；双MCU；交织卷及编码

随着科学技术的发展，工程机械设备的使用逐步的取代了人力在工程项目中的劳动，但有些大型机械的运转还是得靠人为操作，而且往往都是在危险的环境中。所以人们希望在更安全的地点操作机器的正常运转。

工业远程遥控器是在传统的有线遥控基础上改进而来，但是不同于有线遥控方式，无线工业遥控器采用两个微控制器协调配合控制,可靠采集操作指令及状态信息,两个CPU之间相互监测,在硬件结构上保证系统的可靠性。相比传统的手工操作，无线控制能节省人力资源、提高工作效率、改善工作环境，更减少了设备的人为损坏和维修成本。因此，工业无线遥控器将是未来工业发展的一个新趋势。

1 系统功能简介

工业远程遥控器按采集和处理数据的流程可分为两部分:发射器与接收器。发射器用来采集按键、摇杆等指令或状态信息，然后通过射频模块发送出去。接收器主要用来接收发射器发送的指令信息，并将指令信息通过相应的总线接口传输到工程机械，实现对工程机械的远程控制。在此次设计中，采用无线控制与线缆控制双重控制方式，确保遥控器的可靠性。遥控器在实际工作过程中，涉及到了数据采集、状态采集、无线通信、CAN通信、串口通信及GPS定位等内容，因此先设计相应的子程序，最后通过主函数调用和中断服务程序的执行，实现遥控器对工程机械的控制。

系统整体结构如图1所示，其中发射器属于便携式设备,由操作人员控制,向接收器发送控制指令,指令通过无线发射装置传输到接收器。接收器安装在工程机械(如混凝土泵车、工业行车、随车起重机等)上,当接收器接收的指令后作出相应的动作。

图1 系统整体结构

2 系统硬件结构

系统的硬件电路是整个系统运行的基础，主要由电源模、微控制器模块、射频通信模块、GPS定位模块、LCD显示模块组成。结构图如图2所示。

图2 遥控器总体框图

2.1 电源电路设计

本文中遥控器采用锂电池供电，锂电池的正常电压为+3.7V到+4.2V，而遥控器在备用线缆控制方式下，要用+24V的车载蓄电池供电，另外车载蓄电池还可以给锂电池充电。根据各芯片的电压要求,微控制器及其外围器件要用到的电压有+5V和+3.3V。故设计+24V转+5V、+5V转+3V及锂电池充电电路。各模块电路如图3所示。

图3 电源模块

图4 微控制器模块及部分外围电路

2.2 微控制器模块设计

微控制器模块及部分外围电路如图4所示。本文中微控制器模块采用STC11F08XE单片机。该系列单片机指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍。内部集成高可靠复位电路，适用高速通信、智能控制、强干扰场合。

2.3 其他模块

射频通信模块、GPS定位模块、LCD显示模块技术已非常成熟，没有必要重复设计，故直接采用市场上的成品模块。

3 系统软件设计

遥控器系统能够稳定可靠的工作，不仅需要合理的硬件设计，还要有功能完善的软件支撑。以下是程序要完成的工作。

(1)MCU芯片初始化。包括时钟、UART、定时器等内部资源的初始化。

(2)数据采集程序设计。包括ADC初始化，多路开关检测芯片的初始化及按键采集程序设计。

(3)无线通信程序设计。包括对SI4432和CC2500芯片寄存器初始化、通信协议定义以及数据包收发程序设计。

(4)CAN总线程序设计。线缆控制与无线控制实现的功能基本相同，主要完成协议帧的传输。

(5)串口程序设计。主要实现发射器或接收器内部数据的传输，如上位机、GPS模块及显示屏的数据传输，双CPU之间的数据交互等。

(6)GPS定位程序设计。通过读取GPS模块的信息，对GPS内容进行解析，获取到发射器与接收器之间的距离。

4 结论

本文设计了一种基于STC11F08XE新型实用的工业无线遥控器，可以取代传统的由工作人员在封闭的驾驶室操作工程机械的方式，对大型机械工作进行远程安全遥控。对于现在大型工程作业的安全意识要求越来越严格的背景下，该遥控器不仅能够实现对机械的精确操控，而且相比于传统的遥控器更加安全可靠，具有实用性强，便于携带等优点。

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江锦洲（1993—），男，大学本科，现就读于安徽师范大学物理与电子信息学院，主要研究方向为电子信息。