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擴頻技術是指用很大的頻帶寬度（與信號帶寬的相比）來傳輸信息的技術。為了擴展發射信號的頻譜，可使用不同技術對所傳的信息進行處理，從而產生了不同的擴頻調制類型。常見的擴頻類型有：直接序列（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）和線性調頻脈沖（Chirp）等；另外，這些技術也常常組合起來使用，形成組合或混合類型的擴頻技術。以此技術進行信號的傳輸便形成了擴頻通信技術。在許多施工現場，需要一種帶有遙控調節的裝置進行遠距離操作。以在工業焊接的施工過程為例，目前常用的焊機遙控器是有線遙控器，即從焊機引出多芯控制電纜與遙控盒相連，通過遙控盒上的電位器和控制開關，實現對焊接規范參數的調節。多芯控制電纜長度一般在50至200米，焊工每次施工前后，都要布線、收線，不僅勞動強度大且使焊接現場混亂，不便于管理；另一方面施工現場環境較惡劣，多芯電纜很容易磨損或斷裂，以致無法正常工作；同時過長的控制電纜增加了設備成本。本文利用擴頻通信技術實現的電焊機用載波遙控器很好地解決了上述問題，它以擴頻通信芯片SC1128為核心，通過單片機的控制巧妙地實現了焊接電流、推力電流、焊接方式等參數的設定、顯示、傳輸。該遙控器無控制電纜，攜帶方便，便于施工現場管理 ；焊接電流和推力電流等參數采用數字顯示，直觀并且調整方便，可精確到1安培，焊機與遙控器之間距離200米以上仍可進行可靠的數據傳輸，克服了多芯控制電纜實際使用中的諸多缺點，實現了快速、高精度、靈活、多功能的信號傳輸控制，解決了遠距離信號傳輸的不可靠性問題，同時提供了良好的人機互動界面。 1 SC1128與單片機的接口 SC1128第28腳為電路工作主時鐘的二分之一的晶振輸出(其峰峰值約為4V)，近似正弦波；32腳電壓監測端；33腳看門狗輸入端，正常工作時應該在768mS內產生一次高低電位變化；34腳看門狗輸出端，與33腳配合，正常時輸出低電平，否則輸出三分之一占空比的復位脈沖；35腳與32腳配合，當電源信號低于監測值時，輸出低電平，當高于監測值，則輸出高電平；36腳收發控制端，0為接收，1為發射；37腳在發射和接收同步后產生同步脈沖信號，頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化；38腳為輸出發送和接收的數據；39腳為設置數據及狀態的輸入輸出端；40腳為同步設置時鐘輸入端；41腳為片選輸入端。 數據收發流程: 當發射狀態時，單片機將SR端（36腳）置高，1128芯片發出同步頭（37腳），單片機通過TX端（38腳）同步發送數據。 當接收狀態時，單片機將SR端（36腳）置低，1128芯片若接收到數據，則產生同步頭，通過TX端（38腳）將數據同步發送到單片機。 2 載波遙控器設計 單片機的結構和指令功能都是按工業控制要求設計，體積小、重量輕、價格低、功能強；而且數據大部分在單片機內部傳送，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高。隨著微處理器技術的發展，單片機的速度越來越快，功能越來越強。結合擴頻通信芯片SC1128的特點，充分發揮單片機的數據處理能力、邏輯判斷能力和可編程的特點，結合軟件設計，可完成載波遙控器的各種要求。 2.1載波遙控器設計要求 遙控器上可進行焊接電流、推力電流選擇，氬弧焊、手工焊焊接方式選擇，焊機關閉、啟動選擇及這些狀態的指示；焊接電流、推力電流的設定值顯示；實現焊接電流、推力電流的連續可調功能；最近一次操作狀態的記憶功能；接收成功后的反饋信息顯示功能。 2.2 硬件電路設計 載波遙控器的硬件結構圖如圖3所示。控制硬件電路的設計主要考慮功能的完善性、可擴展性，人機界面的靈活性、可操作性。載波遙控器主要由六部分功能電路組成：單片機、顯示器單元、鍵盤單元、接口單元、電源單元和信號調制單元。單片機選用美國SST公司的FLASH型SST89E52RD2。它除了具有8051單片機的全部功能之外，又增加了許多實用的資源，可以在線應用編程(IAP),省去編程器，協議自定的遠程升級，維護安全又方便。具有16K的非易失性存儲空間，掉電后數據不丟失，內嵌2塊小扇區的FLASH存儲器，任意一塊可做為數據或程序存儲器，并且可以省掉外掛的E2ROM，節省有限的載波遙控器PCB板空間。內置的看門狗定時器，可防止系統的死機。另外，單片機SST89E52RD2還具有5通道的可編程計數器陣列(PCA),便于以后載波遙控器功能的擴展。選用SST單片機的一個最大好處是：它具有很強的抗干擾能力，在MCS51單片機中，SST的單片機應該說抗干擾能力最好的。信號調制單元以擴頻通信芯片SC1128為核心，完成各個設置參數的發送任務和對方接收成功的反饋信號。單片機將發送信號通過串口發給SC1128將信號進一步處理后，發給信號放大器，再經過高頻耦合變壓器傳到電焊機輸出電纜上，安裝在電焊機中的接收部分將此信號取出，濾波放大后給SC1128。SC1128和MCU的接口電路上面已經做了介紹，如圖2所示。接收部分的工作原理和發送處是一樣的，這里不再累述。接口單元中由一個帶通濾波器和對電焊機輸出電壓的整流部分組成。這里介紹一個實用的濾波器，很適合處在電磁干擾很強的電焊機使用。該濾波器為帶通濾波器。其不僅要將帶外雜波濾除，還要保證前后級之間的阻抗匹配，以達到順利傳遞信號的目的。由于主晶振的工作頻率不同，載頻也不同；調制周波數和數據傳輸速率不同，帶寬也不同。因此，濾波器的參數在主晶振頻率不同時也將有所變化的。本文設計的載波遙控器選用10MHz的晶振頻率，數據速率是1Kbps、四周波調制、250KHz載頻，帶寬為100KHz(200"300KHz)。對于載波遙控器的控制信號而言，1Kbps的數據傳輸速率已經足夠。 硬件電路的設計注重信號的隔離、分立元件的參數選擇、芯片的驅動能力和整個載波遙控器的可靠性。電源單元做好降壓的同時，保證盡量減少干擾，選用穩壓芯片UPC7805，輸入端加上共扼濾波磁環，為MCU和SC1128提供穩定的供電。因為載波遙控器體積較小，應充分考慮散熱問題，在選擇相關的電阻、電容、晶體管時，需慎重分析它們在最大負荷下的功耗參數。顯示器單元由3位8段共陽數碼管來完成，和MCU通過74HC573并行傳輸數據，采用動態掃描的方式。按鍵選用歐姆龍公司的B3W-1042系列產品，以保證可靠性。 2.3 軟件系統設計 a．軟件部分圍繞單片機和SC1128的通信來完成，主程序流程圖如圖5所示。 利用MCU實現數碼管顯示、按鍵操作的輸入都是很簡單、很通用的技術，這里不再介紹。 b．SC1128和MCU的通信： SC1128和MCU的連接如圖2所示。SC1128發射或接收數據是通過SR（發射／接收控制端）、TX（發射／接收數據端）和SYN（發射／接收同步脈沖端）三個端進行的。SR=0電路處與接收狀態， SR=1電路處與發射狀態。 發射狀態：當SR=1，發射／接收同步脈沖端SYN輸出同步脈沖。當電路處于發射狀態時，電路內部在SYN的上跳沿對TX端輸入的數據進行鎖存，所以外部MCU應當在SYN的上跳沿保持TX端的數據不變化而在SYN的下跳沿可以給出發射的數據。 接收狀態：當SR=0，電路處于接收態， SYN端不會立刻輸出同步脈沖，只有當電路接收到的數據與本電路“同步”之后，SYN端才能輸出同步脈沖。SYN端輸出上跳沿時接收數據從TX端鎖存輸出，并一直保持到下一個上跳沿，因此MCU應在SYN同步脈沖的下跳沿之后從TX端讀出數據。 3. 結論 擴頻通信芯片SC1128和MCU的結合應用,使得載波遙控器具有很強的抗干擾能力，功能多樣并可進行擴展，人機交互界面良好。新技術的應用有效地解決了傳統有線遙控器的缺點，具有很大的推廣價值。 本文作者創新點：本文利用擴頻通信技術實現的電焊機載波遙控器克服了工業現場長距離通信帶來的弊端，實現了快速、高精度、靈活、多功能的信號傳輸控制，解決了遠距離信號傳輸的不可靠性問題，同時提供了良好的人機互動界面。 |
