Проект структурной и принципиальной схем автомобильного радиомаяка. Создание конструкторской документации и эскиза печатной платы, выбор элементной базы, расчет узлов, выходного каскада и сопряжения с антенной. Программа для управляющего микроконтроллера.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Институт физики и химии

Кафедра радиотехники

Специальность 210302 «Радиотехника»

Курсовой проект

по курсу: Устройства формирования и генерирования сигналов

на тему:

Носимый радиомаяк

Студент: Шишкин И.С.

403 гр. д/о



Задание на курсовую работу

1. Тема: «Носимый радиомаяк»

2. Срок представления работы к защите 10.01.2014

3. Исходные данные для проектирования

3.1 Напряжение питания, В: 9

3.2 Излучаемая мощность, мВт: 200

3.3 Тип модуляции: амплитудная

3.4 Режим работы: импульсный

3.5 Посылки: кодированные, число возможных кодовых комбинаций не менее 32

3.6 Антенна: укороченная штыревая

3.7 Рабочая частота: 140 МГц

4. Содержание пояснительной записки

4.1 Разработка носимого радиомаяка

4.2 Разработка конструкторской документации

5. Приложение

Дата выдачи задания 15.10.2013

Руководитель работы

Задание принял к исполнению



Содержание

• Введение
• 1. Структурная схема и алгоритм работы носимого радиомаяка
• 2. Описание работы отдельных узлов принципиальной схемы носимого радиомаяка

3. Расчет оконечного каскада и элементов согласования с антенной

4. Принципиальная схема носимого радиомаяка

5. Описание работы устройства

6. Программа для управляющего микроконтроллера PIC16F84

Заключение

Список литературы



Введение

Радиомаяк -- передающая радиостанция, излучающая радиосигналы, используемые для определения координат различных объектов (или направления на них, либо для определения местонахождения самого радиомаяка). Параметры сигнала радиомаяка зависят от направления излучения: например, его интенсивность или момент времени пеленгации, в сигналах радиомаяка может содержаться и дополнительная информация.

Радиомаяки бывают угломерные и дальномерные (чаще комбинированные -- угломерно-дальномерные). Угломерные (азимутальные) радиомаяки предназначены только для определения направления, а нахождение координат становится возможным после специальных вычислений на основе информации о направлении не менее, чем на два радиомаяка.

Радиомаяки делят на классы, в соответствии с параметром радиосигнала, меняющимся по направлению, и соответствующим методом радиотехнических измерений:

- Амплитудные маяки, направление на которые определяется измерением интенсивности принятого сигнала;

- Фазовые маяки -- для определения направления измеряется фаза сигнала;

- Частотные маяки -- для определения направления измеряется частота сигнала;

- Временные маяки -- для определения направления засекается момент приёма сигнала;

Наиболее распространены амплитудные радиомаяки.

Цель данной работы - разработка структурной и принципиальной схем радиомаяка, создание конструкторской документации и эскиза печатной платы, а также выбор элементной базы и написание программы для автомобильного радиомаяка.

1. Структурная схема и алгоритм работы носимого радиомаяка

Структурная схема носимого радиомаяка представлена на рисунке 1.1.

Рис 1.1 Структурная схема носимого радиомаяка

Структурная схема носимого радиомаяка включает в себя: Микроконтроллер PIC16F84, генератор высокочастотного сигнала, амплитудный модулятор, усилитель ВЧ-сигнала, антенну и источник питания.

Микроконтроллер PIC16F84, в данном случае, источник модулирующего сигнала. Этот сигнал передаётся в виде закодированных пачек в определённом алгоритме согласно коду программы прошитой в микроконтроллере. Также микроконтроллер осуществляет задержку сигнала после подачи 3 пачек.

Амплитудный модулятор используется для занесения модулирующего сигнала с микроконтроллера в высокочастотный сигнал, с частотой 140 МГц, создаваемый генератором высокочастотного сигнала. Далее промодулированный сигнал поступает на усилитель высоких частот, где усиливается до необходимого значения по мощности, а затем поступает на антенну. Источник питания служит для питания всех узлов радиомаяка заданным напряжением.



2. Описание работы отдельных узлов принципиальной схемы носимого радиомаяка

В качестве микроконтроллера управления выбираем микроконтроллер PIC16F84. Выбор обусловлен относительно низкой ценой данного микроконтроллера, высокой надежностью, а так же полным набором функций микроконтроллера, необходимых для выполнения реализуемой задачи. Серия PIC16F84 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.).

Микроконтроллер PIC16F84 имеет 14 разрядную память программ, а так же 8 разрядную память данных, что позволяет записать в одной ячейке регистра памяти, любое число от 0 до 255 в двоичном коде, что соответствует заданию на носимый радиомаяк (максимальное число адресов - 200). Структурная схема микроконтроллера представлена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 Структурная схема микроконтроллера PIC16F84

Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Микроконтроллер имеет 18 выводов. Схема расположения выводов микроконтроллера представлена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2 Схема расположения выводов микроконтроллера PIC16F84

Схема ВЧ генератора с АМ представлена на рис. 2.3. Амплитудная модуляция осуществляется линейным управлением тока транзистора VT2 и соответственно транзисторов VT1 и VT3 генератора. Транзистор VT2 работает как модулятор.

Рис. 2.3 ВЧ-генератор с амплитудной модуляцией

Рассчитаем параметры конденсатора С4 и катушки индуктивности L1 если несущая частота 140 МГц. Индуктивность катушки L1 в этом контуре примем равной 1 мкГн.



Резонансная частота контура рассчитывается по формуле:

(1)

Выразим из (1) формулу для расчета емкости конденсатора:

(2)

Отсюда емкость конденсатора:

3. Расчет оконечного каскада и сопряжение с антенной

В качестве оконечного каскада используется усилитель мощности, выполненный на биполярном транзисторе, включенным по схеме с общим эмиттером. В общем случае данный каскад представлен на рисунке 3.1.

Рис. 3.1 Усилительный каскад с транзистором, включенным по схеме с ОЭ

Здесь R_б1и R_б2- резисторы, задающие режим работы по постоянному току, конденсатор, Ср - разделительный. В цепи коллектора включен трансформатор, служащий для связи выходного каскада и антенны.

Исходными данными для работы усилителя являются: мощность на выходе P_вых. = 200 мВт, сопротивление нагрузки(антенны) R_а = 50 Ом, рабочая частота f = 140МГц, напряжение питания U_п = 9 В.

Тип транзистора для выходного каскада выбираем по величине максимально допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе выходного транзистора. Для этого определяем мощность, которую должен отдавать в нагрузку транзистор выходного каскада по формуле:

(5)

А затем находим мощность, потребляемую коллекторной цепью от источника питания:

(6)

По найденному значению P_к выбираем тип транзистора выходного каскада. При этом необходимо выполнить условие: P_Кmax? P_К

Исходя из этого условия, выбираем транзистор КТ625А с параметрами:P_Кmax = 1 Вт, I_Kmax = 1,3 А,h_21э= 20…200,U_КЭ = 1,2 В. Так же примем, что R_К = 10R_Э и напряжение смещения на базе (для работы транзистора в линейной области) U_см = 2 В.

Определим максимальную статическую мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе в моменты прохождения переменного сигнала:

(7)

Определим ток коллектора в статическом режиме:

(8)

Учитывая, что на транзисторе в статическом режиме падает половина напряжения питания, вторая половина напряжения питания будет падать на резисторе R_Э и резистореR_K:

(9)

Тогда выбираем R_K = 42 Ом, R