Передача и прием информации

     Вывод №7 - Разряд.

     Этот  вывод соединен с  коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом.  При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.

     Вывод №8 - Питание.

     Напряжение  питания таймера составляет от 4,5 до16 вольт.

     Таймер  может работать в двух режимах:  моностабильный мультивибратор и  генератор прямоугольных импульсов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Устройство  сбора и обработки  информации
1. Структурная схема

 

     Простейший  передатчик всегда состоит из генератора, на выходе которого появляется несущая  – постоянное высокочастотное колебание, оно может быть как гармоническим сигналом, так и последовательностью прямоугольных импульсов определенной частоты и амплитуды, и модулятора, который генерирует колебание низкой частоты, изменяя тем самым какой либо параметр несущей. Так же для увеличения мощности последовательно включают усилитель высоких частот.

     В данной курсовой работе реализован первый принцип построение передатчиков. Схема  выглядит очень простой, из-за отсутствия УВЧ, и потому является маломощным передатчиком, радиус действия которого невелик, порядка 5-6 метров. Амплитудный Модулятор имеет отдельное питания. В качестве блока питания выступает обычная батарейка 9В(крона).

     

       Антенна

                                                 Модулированное колебание

     

       

Рис. 2.1.3. Маломощный передатчик, структурная схема.

     Передатчик, Рис. 2.1.3., работает на частоте 32 МГц, а потому длина волны λ(м)=300000/ f(КГц) = 9,375м. Из этого следует, что длина антенны должна быть ¼ от длины волны, но так же длину антенны можно взять 10% от длины волны, даже 5% относительно хватит. Т.о. длина нашей антенны будет варьироваться от 0.5м до 1м монтажного провода.

      

2. Принципиальная схема

 

     Для создание маломощного передатчика  с амплитудно-импульсной модуляцией, нам нужен генератор выдающий гармоническое колебание с частотой 32 МГц, и модулятор выдающий низкочастотный сигнал последовательных прямоугольных импульсов.

     Рассмотрим  модулятор рис. 2.2.1, он собран по схеме генератора прямоугольных импульсов.

     

     Рис. 2.2.1

     Таймер  генерирует последовательность прямоугольных  импульсов определяемых RC цепочкой.

     В начальном состоянии конденсатор  С разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и как следствие этого на выходе таймера (вывод №3) устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться через цепочку резисторов R1 и R2.

     Когда, в результате зарядки, напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1  переключает триггер, который в свою очередь устанавливает низкий уровень на выходе таймера (вывод №3). Транзистор Т1 открывается и через резистор R2 начинает разряжаться конденсатор С. Как только напряжение на конденсаторе достигнет   1/3 напряжения питания, компаратор №2 снова переключит триггер и на выходе таймера (вывод №3) снова появится высокий уровень. Транзистор Т1 закроется и конденсатор С снова начнет заряжаться.

     Частота импульсов,   зависит от величин C, R1 и R2, и рассчитывается по вышеприведенной формуле.

     Сопротивления R1 = 15,1 или 8.5 кОм, и R2 = 1 кОм;

     Емкость конденсатора C -150nF;

     Частота следования импульсов при R1 = 15,1 кОм, F = 553,119 Гц

     при R1 = 8,5 кОм, F = 902,587 Гц

     Теперь  рассмотрим Принципиальную схему передатчика  без модулятора . Рис. 2.2.2

Рис. 2.2.2. Принципиальная Схема передатчика без модулятора 

     Как видно из рис. 2.2.2. Схема передатчика  очень проста. VT1 и VT2 в принципиальной схеме – отечественные КТ315Г, L1 = 219нГ(16 витков проводом 0.5мм на диаметр обмотки 3мм и длиной обмотки 9мм )

     А теперь разберемся как же это все  работает:

     B нем по ВЧ транзистор VT2 включен с общей базой (база по ВЧ заземляется через кварц, который на частоте последовательного резонанса, в том числе и на 3-й гармонике имеет очень низкое эквивалентное сопротивление). Обратная связь для генерации создается через конденсатор, включенный между коллектором и эмиттером VT2, конденсатор с эмиттера на плюс питания также участвует в создании обратной связи, образуя совместно с конденсатором обратной связи емкостный делитель ВЧ напряжения. Низкочастотный транзистор VT1 с минуса питания в цепи эмиттера генератора - просто ключ, пропускающий ток при подаче плюса на базу, таким образом получается 100% АМ ВЧ генератора просто коммутацией питания.

     Нужно так же учесть частоту модулирующих импульсов, т.к. если подать слишком  большую частоту, кварцевый резонатор  просто не запуститься, его для стабильной работы нужно запускать медленно, т.е. воздействовать низкими частотами. Для стабильной работы передатчика частота должна быть меньше 1 КГц, но для большей уверенности её нужно выбрать в пределах 500-900Гц, потому частота следования импульсов F = 553,119 Гц – 902,587 Гц, при действительных значений радиодеталей(R1=15,1кОм, R1=8,5кOм). Генератор на ne555 имеет на выходе довольно стабильную частоту, значит она не будет прыгать в некоторых больших пределах, что обеспечит хорошую стабильность. Так же нельзя забывать о том, что максимальная амплитуда импульсов должна быть 7В, больше и случиться перемодуляция.

     Модулятор подключать особо не сложно, нужно подать сигнал на базу транзистора VT1, то есть с выхода микросхемы ne555 на базу нижнего транзистора, а минус микросхемы на эмиттер этого же транзистора. Рассмотрим рис. 2.2.3. 
 
 
 

     

     Рис. 2.2.3. Принципиальная схема передатчика с Амплитудно-импульсной модуляцией. 

     Обратим внимание на то, что по этой схеме генератор запустится в том случае когда идет модуляция с амплитудой по крайней мере 0,7 вольт на вход, чтобы транзистор срабатывал в режиме ключа, только тогда запуститься сам генератор, иначе будет отсутствовать минус на эмиттере и транзистор не будет работать.

     Если напряжение на базе будет примерно 0,7-1В, то транзистор как уже говорилось выше работает в режиме ключа, если это напряжение уменьшать, то между эмиттером и базой сопротивление будет увеличиваться, если напряжение на базе увеличить до 1В, то сопротивление между базой и эмиттером стремиться к нулю, то есть к замыканию. Возможно генератор заработает и при меньшем напряжении на базе, но ток эмиттера будет меньше, чем при замкнутом ключе и генератор будет работать на менее низкие мощности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Результаты  проверки.

     Для проведения проверки работоспособности  устройства, были сняты графики сигналов с помощью анализатора сигналов и осциллографа. Модулятор проверялся в программе Multisim, где была собрана его виртуальная модель, подключенная к виртуальному осциллографу и анализатору сигналов. Показанные виртуальными приборами сигналы(Рис.3.1.,Рис.3.2.) очень схожи с теоретическими(частота колебаний F = 902,587, Амплитуда 5В при питании  5В):

     

     Рис.3.1. Выходной сигнал модулятора на анализаторе  сигналов.

     

     Рис.3.2. Выходной сигнал модулятор на осциллографе.

     

     Рис.3.3. Теоретически построенный сигнал на выходе модулятора.

     t1 = 0.693(R1+R2)C;

     t2 = 0.693R2C;

     Рис.3.4. Выходной сигнал передатчика на виртуальном анализаторе сигналов.

     Вывод: Передатчик работает, происходит амплитудно-импульсная модуляция, максимальная амплитуда модулированного сигнала 2,84В, частота модулятора 553,119 Гц, частота генератора 32,735МГц, амплитуда модулирующего сигнала 6В. 
 
 
 

Заключение 

     В ходе курсовой работы было разработано устройство для сбора и передачи информации, при помощи Амплитудно-импульсной модуляции, с максимальным радиусом действия 6м. Этот же передатчик, можно использовать для радиоуправления, предварительно увеличив его мощность с помощью УВЧ.

     Недостатками  являются слабость АМ к помехоустойчивоти, даже при передвижении какого-либо объекта между передатчиком и  приемником, сигнал сильно исказится, если полностью не будет подавлении. Для хорошего приема и передачи, не меняя структуру передатчика, можно изменить немного модулятор,  т.о. сделав Широтно-импульсную модуляцию(ШИМ).

     Использование ШИМ с УВЧ, позволит увеличить  дальность передачи и тем самым  мощность передатчика, так же к увеличению качества связи. Для полноты картины хорошего передатчика, так же можно возбудить кварцевый резонатор(32МГц) на третьей гармоники(96МГц), что в свою очередь, увеличивает показатели приемника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список использованной литературы

     1. Баскаков С.И.  Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1988.

     2. А. Г. Алексеев, Г. В. Войшвилло. Операционные усилители и их применение. М.: Радио и связь, 1989. – 120 с.

     3. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники: Пер. с англ. – М.: Мир, 2009. – 704 с.

     4. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2003. – 608 с.

     5.  Джон Парк, Стив Маккей, Эдвин Райт. Передача данных в системах контроля и управления. Пер. с англ. - Издательство: Группа ИДТ, - 2007. - 480с. 

     6.  Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов.- В. И. Иванов, В. Н. Гордиенко, Г. Н. Попов; Под ред. В. И. Иванова - 2-е изд. – М.: Горячая линия – телеком, 2003. – 232с.:ил.

     7.  Техническое описание ne555 [электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.joyta.ru/619-opisanie-tajmera-ne555/

     8. Распределенные системы [электронный ресурс]. – режим доступа: http://technologies.su/tehnicheskaya_organizaciya_raspredelennyh_sistem