遠程多路遙控起爆器的設計與實(shí)現

一、系統設計方案

（一）系統總體設計

該系統主要由發(fā)射機單元、接收機單元和雷管組成。主控發(fā)射機和接收機的無(wú)線(xiàn)遙控距離不小于3km；發(fā)射機可以分別控制六臺接收機；每臺接收機承擔至多150路的起炸；每一路的線(xiàn)長(cháng)不超過(guò)450m；每一路的起炸能力為2～4Ω的軍用雷管；確保在線(xiàn)長(cháng)為450m的條件下，安全可靠地起爆每一路；發(fā)射機可遙控設置被控制的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 系統的結構框圖

（二）發(fā)射端設計

發(fā)射單元主要由控制面板設計、單片機控制電路、液晶顯示、鍵盤(pán)、指令輸出電路、載波頻率產(chǎn)生電路、調制電路、信號放大濾波電路和功率推動(dòng)電路組成，主要完成接受鍵盤(pán)輸入的指令、數字編碼、信號調制、信號發(fā)射等功能，如圖2所示。

圖2 發(fā)射單元框圖

（三）接收端設計

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

圖3 接收單元框圖

（四）單路起炸電路設計

接收機在完成指令比對正確以后，將發(fā)出充電指令。在短時(shí)問(wèn)內要使武裝電容具備起炸儲能。

根據要求，接收機到雷管的線(xiàn)長(cháng)為450m。采用通常的抗拉線(xiàn)與雷管連接。線(xiàn)電阻大約在35～120Ω，而雷管的電阻為2～4Ω，這樣，如果在接收機端儲能，就要求激勵電壓高，儲能容量大，線(xiàn)電阻要小的抗拉線(xiàn)。這樣接收機的成本、體積就會(huì )大大增加。加之：450m線(xiàn)長(cháng)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(xiàn)間電容。這樣會(huì )帶來(lái)許多不安全的因素。設計考慮將充電電路放在雷管端，作為一次性消耗，這樣接收機的充電電壓低，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、系統實(shí)現

（一）芯片選型

主要芯片：．AT89C52，AT89C2051，MC2833，MC3361，FX589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，二者均以單片機為CPU來(lái)實(shí)現，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CPU的統一控制下完成。MC2833和MC3361完成指令的調制和解調。FX589用來(lái)實(shí)現信號的同步。

（二）FX589芯片簡(jiǎn)介

從提高接收機的工作速度、可靠性和減小硬件規模、降低功耗的目的出發(fā)，選用了集成高速調制解調器FX589，在該起爆器中我們是利用FX589來(lái)實(shí)現發(fā)射和接受的同步。

FX589是一個(gè)用于無(wú)線(xiàn)數據傳輸的單片集成同步調制解調器。通過(guò)采用最小高斯頻移鍵控調制，FX589具有很寬的數據速率，其數據速率范重從4kb/s到64kb/s?？梢酝ㄟ^(guò)片端編程實(shí)現數攝速率和BT選擇（0.3或者0.5），以滿(mǎn)足不同系統的需要。它的主要特性是：

數據速率為4 kb/s～64kb/s；

全雙工或半雙工最小高斯頻移鍵控調制（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(xiāo)售終端節點(diǎn)、用于PC、便攜式電腦和打印機之間的低功耗的無(wú)線(xiàn)數據連接、GPS和差分GPS之間的數據傳輸、移動(dòng)無(wú)線(xiàn)數據應用等方面。

FX589的數據發(fā)送和接收采用串行方式，并與調制解調器產(chǎn)生的發(fā)送或接收時(shí)鐘同步。采用節電模式的單獨發(fā)送或接收可以使用全雙工或半雙工方式工作。接收數據的輸入電平可以由用片上輸入放大器周?chē)耐獠吭M成的交流或直流調節電路來(lái)設置。由于使用了接收數據的輸入控制來(lái)檢測、保持輸入電平，使得接收數據信號的獲取、鎖定和保持變得容易，并且可以在需要的時(shí)候通過(guò)微處理器進(jìn)行設定。接收信號的質(zhì)量可以通過(guò)接收信噪比顯示出來(lái)。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(jiàn)圖5和圖6。

圖5 FX589系統框圖

圖6 FX589外部元件連接示需圖

（三）系統實(shí)現原理

該系統利用鍵盤(pán)和液晶顯示組成用戶(hù)操作接口，首先用戶(hù)由鍵盤(pán)鍵入指令，輸入到單片機，在單片機中完成指令的編碼并由指令輸出電路將指令輸出到由MC2833芯片組成的調制電路中對指令進(jìn)行FSK調制，調制好的信號經(jīng)倍頻、高頻放大、功率放大和天線(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò )由天線(xiàn)將指令發(fā)射出去。接收端由天線(xiàn)接收到的高頻載波信號經(jīng)高頻放大后送入混頻器中對信號進(jìn)行混頻得到第一中頻信號，此中頻信號經(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，然后將指令信號和同步信號一起送入單片機，在單片機中完成指令的解碼，將解碼出來(lái)的指令輸出到執行機構控制其狀態(tài)和動(dòng)作。

三、實(shí)驗

試驗結果如下表1所示。從試驗結果看出，遙控收發(fā)系統的各項指標達到或超過(guò)均達到要求的技術(shù)指標，完全滿(mǎn)足使用性能要求，達到了設計目的。

表1 試驗結果