CN108847014A - 工业遥控器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业遥控器，属于自动控制技术领域，发射器的操作按键和磁性钥匙均与第一微控制器的信号输入端电连接，第一射频芯片的信号接收端与第一微控制器的信号输出端电连接，第一射频芯片的信号发射端与发射天线电连接；接收器的多路继电器开关与第二微控制器的信号输出端电连接，第二射频芯片的信号发射端和学习开关均与第二微控制器的信号输入端电连接，第二射频芯片的信号接收端与接收天线电连接，发射天线和接收天线之间通过无线信号进行数据传输。该遥控器简化了工业遥控器售后维修时工业遥控发射器与工业遥控接收器之间的配对问题，提高了工业遥控器的抗干扰能力。

Description

工业遥控器

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种工业遥控器。

背景技术

工业遥控器是利用无线电传输对工业机械进行远距离操作控制或远程控制的一种装置，工业遥控器是由无线发射电路板制成的发射装置来控制工业机械的运作。工业无线遥控器主要用于工业建筑、采矿、集装箱码头、仓储、机械制造、化工、造纸、工程机械等重工业领域，如起重机、液压吊车、过山车、采矿机械等大型重工业机械，使用遥控器实现对设备的远程控制及操作。由于工业遥控器经常用在环境恶劣及不允许使用有线装置的场所，因此要求工业遥控器具有较高的精确度、灵敏度、信号连贯性、抗干扰性、耐酸碱性等。

工业遥控器主要由发射器和接收器组成，发射器与接收器的配对问题是工业遥控器主要解决的技术关键。传统的工业遥控发射器与工业遥控接收器之间配对采用更换硬件器件或者重新下载软件程序的方式。而采用更换硬件器件实现配对需要更换EEPROM板卡和晶振，硬件成本较高，用户实际操作麻烦，售后成本较高；采用重新下载软件程序实现配对则用户需要计算机和上位机软件配置工业遥控器的SN码和频道码，需要用户掌握计算机的上位机软件使用方法，用户操作不方便。

综上所述，本申请提供一种工业遥控器来解决现有技术中存在的工业遥控器配对问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种工业遥控器。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

工业遥控器，包括发射器和接收器，所述发射器包括操作按键、磁性钥匙、第一微控制器、第一射频芯片和发射天线，所述接收器包括第二微控制器、第二射频芯片、接收天线、学习开关和多路继电器开关；

所述操作按键和磁性钥匙均与所述第一微控制器的信号输入端电连接，所述第一射频芯片的信号接收端与所述第一微控制器的信号输出端电连接，所述第一射频芯片的信号发射端与所述发射天线电连接；

多路所述继电器开关均与所述第二微控制器的信号输出端电连接，所述第二射频芯片的信号发射端和所述学习开关均与所述第二微控制器的信号输入端电连接，所述第二射频芯片的信号接收端与所述接收天线电连接，所述发射天线和所述接收天线之间通过无线信号进行数据传输。

优选地，所述发射器还包括发射器电源，所述发射器电源为2节5号电池，所述发射器电源的电压为3V，所述发射器电源为所述第一微控制器供电。

优选地，所述接收器还包括接收器电源，所述接收器电源为所述第二微控制器供电；

所述接收器电源包括变压器T1、双向瞬态抑制二极管D30、压敏电阻R5、整流桥BR1、电容C3、电阻R13、二极管D31、稳压芯片U3、稳压芯片U4、磁珠L7、电容C41和双向瞬态抑制二极管D23；所述变压器T1的电流输入端接收36V交流电源，所述变压器T1的电流输出端依次与所述双向瞬态抑制二极管D30、压敏电阻R5和整流桥BR1并联，所述电阻R13、二极管D31和稳压芯片U4并联，所述电阻R13一端、二极管D31负极和稳压芯片U4电流输入端均与所述整流桥BR1的正极连接，所述电阻R13一端和二极管D31正极均与所述电容C3正极连接，所述稳压芯片U4电流输出端与所述磁珠L7一端连接，所述磁珠L7另一端依次并联有所述电容C41、双向瞬态抑制二极管D23和稳压芯片U3。

优选地，所述发射器还包括状态指示LED灯，所述状态指示LED灯与所述第一微控制器的信号输出端电连接。

优选地，所述操作按键包括开关键、上键、下键、东键、西键、南键、北键和报警键。

优选地，所述第一微控制器和所述第二微控制器均为单片机MSP430G2553。

优选地，所述第一射频芯片和所述第二射频芯片均为射频芯片CC1101。

优选地，所述接收器的学习过程为：

第一步：第一步：当所述学习开关打开，所述接收器电源接通，且所述发射器开机，同时所述上键和下键同时处于长按状态时，所述接收器学习所述发射器的SN码与CH码，学习成功后，所述接收器的指示灯闪烁；

第二步：所述接收器学习完成，当所述接收器电源断开且所述学习开关关闭，所述接收器再次接通电源后，所述接收器进入正常工作状态。

优选地，需要学习的所述发射器成为目标发射器，被学习的所述发射器成为源发射器，所述目标发射器的学习过程为：

第一步：当所述目标发射器电源断开，且所述上键和下键同时处于长按状态时，令所述东键和西键同时闭合；

第二步：所述目标发射器电源接通，所述目标发射器的状态指示LED灯处于常亮状态，此时所述东键和西键处于释放状态，所述源发射器开机；

第三步：所述上键和下键同时处于长按状态时，令所述上键和下键同时闭合，所述目标发射器学习所述源发射器的SN码与CH码，所述目标发射器学习成功后，所述状态指示LED灯熄灭，完成学习。

本发明提供的工业遥控器具有自学习功能，简化了工业遥控器售后维修时发射器与接收器之间的配对问题，提高了工业遥控器的抗干扰能力，静电干扰抗扰度可达12KV；简化配对操作，降低配对成本，使工业遥控器的用户体验更好；按下发射器的特定组合键，可发射配对指令，同时工业遥控器具有自学习功能，可靠性高、售后服务工作简单、产品工作稳定可靠；该工业遥控器的软硬件设计贯彻了低功耗设计思想，降低了电源电流的消耗，有效延长了电池的使用寿命，节能效果明显。

附图说明

图1为本发明实施例1的工业遥控器的原理框图；

图2为本发明实施例1的工业遥控器的第一微控制器的电路图；

图3为本发明实施例1的工业遥控器的第一射频芯片的电路图；

图4为本发明实施例1的工业遥控器的接收器电源电路图；

图5为本发明实施例1的工业遥控器的第二微控制器的电路图；

图6为本发明实施例1的工业遥控器的第二射频芯片的电路图；

图7为本发明实施例1的工业遥控器的继电器开关电路图；

图8为本发明实施例1的工业遥控器的发射器主程序流程图；

图9为本发明实施例1的工业遥控器的SN码、CH码学习子程序流程图；

图10为本发明实施例1的工业遥控器的接收器主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“电连接”应作广义理解，例如，可以是固定电连接，也可以是可拆卸电连接，或一体式电连接；可以是机械电连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本发明提供了一种工业遥控器，具体如图1所示，包括发射器和接收器，接收器和发射器均具有学习功能。发射器包括操作按键1、磁性钥匙2、第一微控制器3、第一射频芯片4和发射天线5，接收器包括第二微控制器7、第二射频芯片8、接收天线9、学习开关10和多路继电器开关6；

各部件的连接关系为：操作按键1和磁性钥匙2均与第一微控制器3的信号输入端电连接，第一射频芯片4的信号接收端与第一微控制器3的信号输出端电连接，第一射频芯片4的信号发射端与发射天线5电连接；

多路继电器开关6均与第二微控制器7的信号输出端电连接，第二射频芯片8的信号发射端和学习开关10均与第二微控制器7的信号输入端电连接，第二射频芯片8的信号接收端与接收天线9电连接，发射天线5和接收天线9之间通过无线信号进行数据传输。

为了方便观看，发射器还包括状态指示LED灯13，状态指示LED灯13与第一微控制器3的信号输出端电连接。本实施例中，操作按键1包括开关键、上键、下键、东键、西键、南键、北键和报警键。各个键可根据功能和需要进行组合，按下，操作按键1的特定组合键，可发射配对指令；对特定按键组合采取了软件防护(比如上、下键；东、西键；南、北键；这些按键可通过软件配置是否为互斥自锁状态)，完善了保护措施，可有效防护操作人员的误操作，更加实用可靠。

本实施例中第一微控制器3和第二微控制器7均为TI公司的超低功耗单片机MSP430G2553，第一射频芯片4和第二射频芯片8均为TI公司性能优异的射频芯片CC1101，更高的性价比，更可靠的稳定性。进一步地，本实施例的发射器还包括状态指示LED灯13，状态指示LED灯13与第一微控制器3的信号输出端电连接。操作按键1包括八路按键，分别为开关键、上键、下键、东键、西键、南键、北键和报警键。

图2为发射器的第一微控制器的电路图，图3为发射器的第一射频芯片的电路图；干簧管S1用来检测磁性钥匙2的状态，当磁性钥匙2拔掉时，干簧管S1呈开路状态，第一微控制器3的2脚在上拉电阻R14的作用下为高电平状态，此时发射器进入急停状态，即便是按下8路按键中的任意键也不会发射数据。本实施例中射频芯片CC1101工作于315MHZ频段，其电路采用TI公司提供的CC1101芯片数据手册里的典型应用电路。

进一步地，本实施例的发射器还包括发射器电源11，发射器电源11为2节5号电池，发射器电源11的电压为3V，发射器电源11为第一微控制器3供电。由于单片机MSP430G2553和射频收发芯片CC1101的正常工作电压范围均为1.8V至3.6V。因此发射器电源11可保证单片机MSP430G2553和射频收发芯片CC1101在低电源电压供电的情况下正常工作，降低系统功耗，尽可能的延长发射器电池的使用寿命，从硬件方面实现低功耗的设计目标。

同时，接收器还包括接收器电源12，接收器电源12为第二微控制器7供电；如图4所示，接收器电源12包括变压器T1、双向瞬态抑制二极管D30、压敏电阻R5、整流桥BR1、电容C3、电阻R13、二极管D31、稳压芯片U3、稳压芯片U4、磁珠L7、电容C41和双向瞬态抑制二极管D23；变压器T1的电流输入端接收36V交流电源，变压器T1的电流输出端依次与双向瞬态抑制二极管D30、压敏电阻R5和整流桥BR1并联，电阻R13、二极管D31和稳压芯片U4并联，电阻R13一端、二极管D31负极和稳压芯片U4电流输入端均与整流桥BR1的正极连接，电阻R13一端和二极管D31正极均与电容C3正极连接，稳压芯片U4电流输出端与磁珠L7一端连接，磁珠L7另一端依次并联有电容C41、双向瞬态抑制二极管D23和稳压芯片U3。交流36V电源经接插件JP7和保险丝F1送至变压器T1的初级绕组，经变压器T1次级绕组输出12交流电压，经整流桥BR1全波整流并经C3滤波后输出约16V左右的直流电压。双向瞬态抑制二极管D30用于吸收瞬时的脉冲干扰，压敏电阻R5用于过压保护。电阻R13可以降低开机瞬间的浪涌电流，提高整流桥的工作寿命。二极管D31在C3放电时提供低阻抗通路，可以降低电阻R13的能量损耗。F2为0.5A自恢复保险丝，起过流保护作用，发光二极管D17为电源指示灯，16V左右的直流电压经过限流电阻R22为D17提供工作电流使其发光。稳压芯片U4将整流滤波电路送来的直流电压变换为稳定的12V电压输出。磁珠L7和电容C41为滤波器件，用于降低电源噪声；双向瞬态抑制二极管D23用于吸收瞬时的脉冲干扰；这些器件提高了产品的抗干扰能力。稳压芯片U3为3.3V的集成电路(AMS1117-3.3)，将12V电压变换为稳定的3.3V直流电压输出，为单片机U1(MSP430G2553)提供供电。磁珠L7、双向瞬态抑制二极管D23的应用，提高了电路的抗干扰能力。

第二微控制器7及其BSL接口电路如图5所示，复位电路中的R2、C2参数决定了复位时间的长短，如果R2、C2虚焊或损坏将导致单片机程序不能正常运行，且用仿真器或下载器不能正常下载(烧写)程序。BSL接口电路用于程序下载，P3用于连接射频模块。发光二极管D6和限流电阻R4为工作状态指示灯电路，用于指示配对学习状态或程序调试使用。拨码开关S1为配对学习开关，S1闭合上电后工业遥控接收器进入配对学习状态；S1断开上电后工业遥控接收器进入正常工作状态。

图6为第二射频芯片8的电路图，在本实施例中射频芯片CC1101工作于315MHZ频段，其外围电路采用TI公司提供的CC1101芯片数据手册里的典型应用电路。为了提高射频模块的工作可靠性，射频模块的供电电路采用两块稳压芯片，其中U8采用了超低噪声稳压芯片RT9193，以确保射频芯片供电电源的稳定可靠。磁珠L5和电容C31为滤波器件，用于降低电源噪声。双向瞬态抑制二极管D32用于吸收瞬时的脉冲干扰，也可起到过压保护作用。U7将12V输入电压稳压为5V，U8将5V电压稳压为3.3V输出至CC1101芯片。接插件P5经排线连接至控制板的P3。

继电器开关6输出电路如图7所示，单片机输出的控制信号经ULN2003放大后驱动继电器的工作。在每一路继电器绕组上均并联了一个二极管(1N4148)用于吸收继电器绕组上产生的自感电动势以保护驱动芯片ULN2003不被击穿损坏。

本实施例中接收器和发射器的学习过程如下所述：

接收器的学习过程为：

第一步：开机前将学习开关10拨到ON状态，接通接收器的电源，接收器进入学习状态，按一下发射器的开机键，令发射器处于开机状态；

第二步：同时长按上键和下键，令上键和下键同时闭合，接收器学习发射器的SN码与CH码，学习成功后，接收器的指示灯闪烁；

第三步：接收器学习完成，断开接收器的电源，将学习开关10拨到OFF状态，再次接通接收器的电源，接收器进入正常工作状态。

优选地，需要学习的发射器成为目标发射器，被学习的发射器成为源发射器，目标发射器的学习过程为：

第一步：目标发射器断开电源，同时长按东键和西键，令东键和西键同时闭合；

第二步：接通电源，目标发射器的状态指示LED灯13处于常亮状态，此时可释放东键和西键，将源发射器的开机键按一下，令其处于开机状态；

第三步：同时长按上键和下键，令上键和下键同时闭合，目标发射器学习源发射器的SN码与CH码，目标发射器学习成功后，状态指示LED灯13熄灭，完成学习。

工业遥控器的软件设计

软件程序的编写采用超低功耗的设计思想，充分利用了MSP430G2553单片机在超低功耗方面的优势，在电流消耗方面比同类遥控器更低，更加节能，有效延长了遥控器中电池的使用寿命。

一、发射器主程序流程图如图8所示，SN码、CH码学习子程序流程图如图9所示。按键闭合的检测在端口中断程序中处理，当按键被用户按下时，按键由开路状态变为闭合状态，相应的微处理器端口产生下降沿跳变而引发端口中断产生，端口中断唤醒微控制器，微控制器响应端口中断，执行端口中断程序，在端口中断程序中识别闭合的按键，同时执行相应的功能(主要是向发送缓冲区赋对应的数值)。

为了实现多个遥控器之间不相互干扰，在发送的数据包中设置有四字节的SN码，并保证出厂的遥控器的SN码是唯一的。另外为实现在同一工作区域内，多个遥控器之间同时工作而不相互干扰，采用了频分多址技术，利用CH码(即频道码)的不同，来改变射频芯片CC1101的收发频率。

上述软件设计中：

(1)发射数据包长度为8字节，SN码长度为4字节，其余4字节用于遥控功能编码。

(2)当互锁键同时闭合时，发送互锁码“0x99”，对应的两路继电器同时断电。

二、接收器的主程序流程图如图10所示。工业遥控接收器软件的SN码、CH码学习子程序流程图和工业遥控发射器软件的SN码、CH码学习子程序流程图类似。

本发明采用了软件无线电技术，工业遥控发射器和工业遥控接收器均具有配对学习功能。在工业遥控接收器主板上有一个拨码开关，如果需要将工业遥控发射器和工业遥控接收器配对，只需将拨码开关拨到ON位置，将工业遥控接收器重新上电后，进入配对学习状态，工业遥控接收器在整个工作频段内扫描搜索工业遥控发射器发出的配对指令；按下工业遥控发射器的特定组合键，使其发射配对指令；工业遥控接收器接收到配对指令后进行译码处理，将工业遥控发射器的SN码(身份识别码，具有唯一性)和CH码记忆下来，这样就完成了配对功能。将工业遥控接收器的拨码开关拨到OFF位置，将工业遥控接收器重新上电后，工业遥控器进入正常工作状态。

软件程序的编写采用超低功耗的设计思想，充分利用了MSP430G2553单片机在超低功耗方面的优势。为了实现多个遥控器之间不相互干扰，在发送的数据包中设置有四字节的SN码，并保证出厂的遥控器的SN码是唯一的。另外为实现在同一工作区域内，多个遥控器之间同时工作而不相互干扰，采用了频分多址技术，利用CH码(即频道码)的不同，来改变射频芯片CC1101的收发频率。

三、测试结果

经过多次测试，发现CC1101发射数据的速率设定为38K左右时，采用GFSK调制方式，开启FEC，在消耗电流较小的情况下可获得最佳的遥控效果，样机实测的各项性能指标均满足工业现场的实际要求。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种工业遥控器，其特征在于，包括发射器和接收器，所述发射器包括操作按键(1)、磁性钥匙(2)、第一微控制器(3)、第一射频芯片(4)和发射天线(5)，所述接收器包括第二微控制器(7)、第二射频芯片(8)、接收天线(9)、学习开关(10)和多路继电器开关(6)；

所述操作按键(1)和磁性钥匙(2)均与所述第一微控制器(3)的信号输入端电连接，所述第一射频芯片(4)的信号接收端与所述第一微控制器(3)的信号输出端电连接，所述第一射频芯片(4)的信号发射端与所述发射天线(5)电连接；

多路所述继电器开关(6)均与所述第二微控制器(7)的信号输出端电连接，所述第二射频芯片(8)的信号发射端和所述学习开关(10)均与所述第二微控制器(7)的信号输入端电连接，所述第二射频芯片(8)的信号接收端与所述接收天线(9)电连接，所述发射天线(5)和所述接收天线(9)之间通过无线信号进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的工业遥控器，其特征在于，所述发射器还包括发射器电源(11)，所述发射器电源(11)为2节5号电池，所述发射器电源(11)的电压为3V，所述发射器电源(11)为所述第一微控制器(3)供电。

3.根据权利要求1所述的工业遥控器，其特征在于，所述接收器还包括接收器电源(12)，所述接收器电源(12)为所述第二微控制器(7)供电；

所述接收器电源(12)包括变压器T1、双向瞬态抑制二极管D30、压敏电阻R5、整流桥BR1、电容C3、电阻R13、二极管D31、稳压芯片U3、稳压芯片U4、磁珠L7、电容C41和双向瞬态抑制二极管D23；所述变压器T1的电流输入端接收36V交流电源，所述变压器T1的电流输出端依次与所述双向瞬态抑制二极管D30、压敏电阻R5和整流桥BR1并联，所述电阻R13、二极管D31和稳压芯片U4并联，所述电阻R13一端、二极管D31负极和稳压芯片U4电流输入端均与所述整流桥BR1的正极连接，所述电阻R13一端和二极管D31正极均与所述电容C3正极连接，所述稳压芯片U4电流输出端与所述磁珠L7一端连接，所述磁珠L7另一端依次并联有所述电容C41、双向瞬态抑制二极管D23和稳压芯片U3。

4.根据权利要求1所述的工业遥控器，其特征在于，所述发射器还包括状态指示LED灯(13)，所述状态指示LED灯(13)与所述第一微控制器(3)的信号输出端电连接。

5.根据权利要求1所述的工业遥控器，其特征在于，所述操作按键(1)包括开关键、上键、下键、东键、西键、南键、北键和报警键。

6.根据权利要求1所述的工业遥控器，其特征在于，所述第一微控制器(3)和所述第二微控制器(7)均为单片机MSP430G2553。

7.根据权利要求1所述的工业遥控器，其特征在于，所述第一射频芯片(4)和所述第二射频芯片(8)均为射频芯片CC1101。

8.根据权利要求5所述的工业遥控器，其特征在于，所述接收器的学习过程为：

第一步：当所述学习开关(10)打开，所述接收器电源接通，且所述发射器开机，同时所述上键和下键同时处于长按状态时，所述接收器学习所述发射器的SN码与CH码，学习成功后，所述接收器的指示灯闪烁；

第二步：所述接收器学习完成，当所述接收器电源断开且所述学习开关(10)关闭，所述接收器再次接通电源后，所述接收器进入正常工作状态。

9.根据权利要求5所述的工业遥控器，其特征在于，需要学习的所述发射器成为目标发射器，被学习的所述发射器成为源发射器，所述目标发射器的学习过程为：

第一步：当所述目标发射器电源断开，且所述上键和下键同时处于长按状态时，令所述东键和西键同时闭合；

第二步：所述目标发射器电源接通，所述目标发射器的状态指示LED灯(13)处于常亮状态，此时所述东键和西键处于释放状态，所述源发射器开机；

第三步：所述上键和下键同时处于长按状态时，令所述上键和下键同时闭合，所述目标发射器学习所述源发射器的SN码与CH码，所述目标发射器学习成功后，所述状态指示LED灯(13)熄灭，完成学习。