无线电电子技术
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连载:DIY适用于高可靠应用的遥控器和接收器
虎哥 2017-8-14 21:34:51
对于成套遥控器与接收器(以下简称遥控器)的呼声由来已久。数年前,航天局曾拨款近万元做一款遥控器来进行火箭点火控制,但经费打了水漂。多少年来,爱好者不论做危险的还是安全的实验,总是离不开433模块,汽车钥匙(形状的)遥控器。这个看起来、想起来都不算太难的玩意儿,竟然这么多年没有适用于KCer的产品,真是十分奇怪。

为了搞清楚到底难在哪里,科创实验室打算真实的做一遍,如果真的那么难,那我也认了。

本帖从需求分析、产品定义开始,到方案选取、设计制作过程和实际测验为止,不定期更新。欢迎大家出谋划策,讨论方案。

[修改于 10 个月前 - 2018-06-16 22:25:57]

2017-8-14 21:53:14
1楼
0
上万元.....
我想不太贵,好用还能保证安全(ಡωಡ)
KC真的出来这个的话要是价格能接受一定买一台。
2楼
0
重点是防止误触发吗,加个机械定时器延时启动,
3楼
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对于我们来说不就是一个遥控器嘛!难在哪里真不懂,无人机系统合适吗?感觉差不多
amo 
4楼
1
作为方案公司工程师,做这种东西算是轻车熟路了……
首先,客户要详细的定义每一项功能、指标,不能有含糊的地方;即使有,也必须跟客户沟通一两次就完全定下来——这点做不到的话,项目基本是烂尾的。

例如这个“安全可靠”,按我的理解是:
安全:配对的遥控器和接收器只能遥控自身;不能遥控其它组合;不能干扰其它组合;不能受其它组合干扰;延伸开来甚至不能受其它设备干扰(过分了)
可靠:遥控器发出遥控指令,接收器需要在期限内响应操作;接收器有一定抗干扰能力,防止因电源、其它设备干扰而做出致命输出动作。
以上都有一个“成本”的约束条件。

如果要拿433比较,那么最现实的可能就是2.4G方案:
遥控器:带有唯一ID的STM32+2.4G收发器+PA(根据距离要求可选)
接收器:带有唯一ID的STM32+2.4G收发器+PA(根据距离要求可选)+光耦隔离+电容+滤波+开关管+独立点火电源

接收器的MCU必须用IO输出特定频率方波,驱动光耦,光耦输出的方波经过电容耦合+滤波,持续一段时间,才能使开关管导通(点火)。通过一定的机制,可保证MCU在无程序、程序跑飞时不会输出这个特定频率方波。

配对:这种技术很成熟可靠。

唯一ID+软件判断实现防误操作和各组之间误动作
软件成熟的话,433M也能满足,就是响应速度差了不少,也更容易受干扰。2.4G收发器快速跳频技术+2Mbps的空中速率持续发包基本可保证无线传输的可靠性。
5楼
0
基于433数传模块配合加密,工作状态反馈回遥控器,应该还可以
6楼
0
遥控器这块确实得花大力气......像航模的遥控器基本都是Futaba或者JR以及一些德国的,而国产遥控器可靠性也是近十年才提高不少。学校实验室一般直接买Futaba用
7楼
0
引用 NClittleprince:
上万元.....
我想不太贵,好用还能保证安全(ಡωಡ)
KC真的出来这个的话要是价格能接受一定买一台。
同意!如果价格足够亲民一定考虑入手一台!
期待研发进程。每一套点火器可以只占用一小块频率,这样不同的频率或电台等的频率不会引起误点火。
虎哥(作者)
8楼
0
楼上各位的发言很有意义,我按照研发步骤归纳一下。
设想该遥控器的主要应用场景是火箭发动机点火,以此为例看下需要具备哪些特点。
根据主要应用场景,可以推断该遥控器的核心特点是:不可误动作。
重要的特点包括:适当的作用距离,不拒动,抗干扰,足够的待机时间和尽量低的功耗,实时性尚可。
一般的特点包括:丰富的输出接口类型,便于接驳后续执行机构;体积适中,有一定的防护能力(防水、防震、防雷);对其它用户干扰小,不易被侦察;成本不能太高。
其实,以大疆为代表的主流无人机厂商已经完成了其中差不多一半的工作,比如无线部分目前普遍采用跳频+扩频的通信体制,数据经过了基本的加密,具有较强的隐蔽性和抗扰性,也不易欺骗。仅就无线通信部分而言,要想做到同等水平,成本不低。
上述这些特点还需要翻译成具体的技术指标,这在今后探讨。

[修改于 2 年前 - 2017-08-15 01:34:44]

虎哥(作者)
9楼
0
在探讨系统设计方案之前,我们先看看市面上有些什么东西。

淘宝搜索,很容易发现一些产品。

这是最常见的产品,无线模块和MCU/解码芯片、继电器等构成接收机,与之匹配的无线模块做发射机。价格约几十元。该设备只提供继电器触点,如果用于点火还需要另配点火电源。它的抗干扰能力取决于用什么无线模块,图中采用的超再生ASK方案(右侧立着插的板子),众所周知,这种方案是不可靠的。当然,如果换成FSK,PSK或者LoRa模块,能够提升可靠度。稳定性则需同时看大电路板的方案。至于电路是否可能泄漏不该有的脉冲导致误动作,这是一个复杂的话题,以后再专门探讨。
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下图是一个礼花控制器,用于有序的控制升空类烟花的燃放。这类烟花由于装药量大,需要较高的可靠性,尤其不能误动作。这种控制器没有拆机图,不便分析。据我所知,稍微有钱的烟花公司会采用国外进口的控制器。
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下图很可能就是上述遥控器的瓤子,价格不到100元。需要注意它依然使用了声表振荡器,性能必然是极差的。
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在淘宝检索,这类民用触点输出的遥控器,没有品质优良的,结论是完全不可用,除非作死。但是,要想价格几百元以内,恐怕也想不到更好的方案。如果批量不大的话,企业精心设计就意味着比较贵,于是更卖不掉,还不如不做。可以认为,淘宝上没有符合我们要求的在先产品。

转而看看民爆领域
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请尽量忍住别笑。人家这样做必然有人家的道理,这款产品是有真实销量的,在一定程度上,需求决定供给。就其遥控器的外观而言(两个汽车钥匙样子的东西),似乎不靠谱。但为什么是两个遥控器呢?因为必须两个遥控器按照程序分别按下才起爆——用最便宜的方案提高了可靠性。

国内还有没有更好的民用产品,我不太清楚,也许1429版主和从事民爆行业、烟花行业的网友能提供一些资料。

民用不行,我们看看军用的。

在我国,现役军用品的资料比美军少多了。不违规的情况下,只能怀旧。
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上面两图是82式遥控起爆器的外观,见《轻兵器》12年14-15期。由于年代过于久远,不予置评。

据我所知,现役有一款遥控起爆器,采用了跳频技术,各方面性能,除了起爆输出和火箭点火的要求有些差别外,应该是超过我们要求的。但是这东西不太好买,而且很贵。所以不能作为一款爱好者用的产品的参考。

国内没有“竞品”,那就去国外看看。
国外首先颜值就高不少,比如这家美国的爆破和排爆器材公司。
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还发现一家有意思的公司,居然是巴铁的!
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比如这款
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这个产品很贵,大概一万多美元。这里有它的产品介绍。

可以参考这个介绍找一找设计的灵感。。。额。

从目前了解的信息来看,自己DIY一套基本上属于唯一选择,谁让我们是爱好者呢。

[修改于 2 年前 - 2017-08-15 03:00:34]

10楼
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遥控器 应该要抗主动干扰 和无意的干扰
比如抗锯齿波扫频干扰机,抗频率计启发-压制干扰机
这样就可以应对 eccm和ecm

然后大卖。。。。
11楼
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以前搞了2款433用于鱼机无线控制,干扰厉害,因为鱼机输出用继电器有电火花。后来搞了延时电路,才解决干扰问题。
12楼
1
看了9楼的罗列,还是没有明确的需求和定位……
在深圳找一家方案公司洽谈技术合作的标准流程:
电话预约、交换名片、简单几句寒暄略过不提
1-你们具体想做一个什么样的产品?——意思就是相中市面上哪家公司的哪个产品了(毕竟是山寨之都嘛)?或者详细列出你的想法
2-打算销往哪里?——从你的销售目标定位就能简单判断出是不是靠谱的,是否需要进行后续沟通
3-月出货量多少k?——虽然有点无厘头,但可以进一步试探你是不是靠谱的
这3个问题基本就可以判断一个项目是否靠谱了。其它的辅助问题还有“你们工厂在哪?”“你们现在主要做什么产品,月出货量多少k?”……

本帖如果是打定主意自己研发,不需要外包,当然不用管以上流程;如果是打算外包,尝试分析一下:
1-目前还没有明确
2-还没有明确
3-还没有明确
结论:嘿嘿

回到技术讨论,略做探讨:
如果产品定位就是用于业余火箭点火,目的是实现较远的安全点火距离;卖给论坛的玩家(价格几百块到头);外壳暂时不考虑太多,那是一个无底洞……电路方案也就4楼的最适合了。从本质上来说,配对后,遥控器覆盖保存了接收器的唯一ID,接收器也覆盖保存了遥控器的唯一ID,数据包里同时包含遥控器和接收器两个唯一ID,接收器比对过这两个ID都吻合,才接受;加上空中数据包是带校验、加密的,还跳频,只有全频段堵塞才能让接收器无法收数据(这一点什么军工级宇航级遥控接收器都应付不了)。只要MCU厂家承诺有效,这世界上就绝不会有其它遥控器能通过发送命令来让这个接收器误接收。
关键是这种方案还便宜,PCBA的BOM成本大约30块搞定。从可靠性和攻击难度来比,9楼列出的这么多方案,应该没一个能比得上(毕竟是早期产品,拨码开关是主流、高级点的用滚动码、再高级点上了MCU的就是数显+手工设置配对编码了)
13楼
1
抗干扰性:在这种应用场合基本不用考虑,荒山野岭没干扰,市区内即使同频段有WIFI、蓝牙等同频设备,但是短距离内干不过PA+跳频;目前主流的2.4G收发器有127个频点,发送一个数据包不到200us,一秒钟可以跳频发送5000个以上数据包……建议需求具体定义为:不允许误点火;允许受强无线干扰导致接收被临时屏蔽、无法点火(再按一次好了)
14楼
0
这个,不能用手机吗
买台诺基亚,响铃改接到开关电路上
15楼
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引用 486123:
这个,不能用手机吗
买台诺基亚,响铃改接到开关电路上
然后一个卖保险或卖房子或卖铺面或你猜猜我是谁的电话来了,然后就没有然后了

[修改于 2 年前 - 2017-08-15 15:44:18]

16楼
0
引用 amo:
抗干扰性:在这种应用场合基本不用考虑,荒山野岭没干扰,市区内即使同频段有WIFI、蓝牙等同频设备,但是短距离内干不过PA+跳频;目前主流的2.4G收发器有127个频点,发送一个数据包不到200us,一……
还是要考虑恶意干扰的比如录制你的发射时序然后重放的
还有要双向通讯发心跳包防止不小心走出遥控范围之类的
赶脚弄个lora然后搞一个滚动码加密就ok了
17楼
1
引用 Misaka_No.10032:
还是要考虑恶意干扰的比如录制你的发射时序然后重放的
还有要双向通讯发心跳包防止不小心走出遥控范围之类的
赶脚弄个lora然后搞一个滚动码加密就ok了
录制是没有用的。
配对成功后,遥控器和接收器都保存了对方的唯一ID,发送数据时都用自己的ID来加密(典型如AES128);相应的,接收时都用对方的ID来解密。
一旦配对成功,双方一通电,就实时的双向通信了,空闲期间遥控器会不停的发送“给我一个随机的临时密码”,接收器则会给出一个临时密码;双方确认通信成功后,都点亮一个绿灯,表示通信正常,这已经起到心跳包的作用;按下点火按键后,遥控器发出点火命令,接收器收到遥控命令时检查这个临时密码;
这种机制下,每次点火发送的数据包都是不一样的,抓包也没用。

Lora的问题多多:贵、资料少、体积巨大、速率太低、易受干扰导致无法工作
18楼
0
引用 amo:
录制是没有用的。
配对成功后,遥控器和接收器都保存了对方的唯一ID,发送数据时都用自己的ID来加密(典型如AES128);相应的,接收时都用对方的ID来解密。
一旦配对成功,双方一通电,就实时的双向通……
对就这个意思
lora好像有单芯片方案?
19楼
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引用 Misaka_No.10032:
对就这个意思
lora好像有单芯片方案?
有一段时间没关注Lora了,不清楚有没有便宜的单芯片方案。
本帖的遥控应用场合,基本是100米以内,可视范围,普通2.4G单芯片(GFSK)就能搞定;不放心或者要更远距离,加个1块钱的Pa很轻松。速率高,技术成熟;出货量超大,不用担心货源。
20楼
0
大三(12年)的时候给一个坛友设计过一个火箭点火遥控装置,就是用的433M+汽车遥控器的,用的8051作为控制,当时加了密码,即顺序依次按下对应的键才可以点火,为了防止误触发。
但现在想想风险真的太大,毕竟用这种遥控模块的地方太多了,万一被干扰误触发了就是一起事故。。。(这种模块貌似没有加密,码都是固定的,很容易匹配上)
虎哥(作者)
21楼
0
@ry7740kptv 其实被其它模块同频干扰导致误触发的机会很小:除非用以前那种只有8个地址码的,或者买回的模块用默认的不改。更可能出现问题的是电路的不稳定。
另外@amo 同学,干脆你做一个遥控器算了,造福坛友。我这个比较复杂,一时半会儿出不来。
22楼
1
277535


最近我买了这个来学习,感觉单独买sx1278模块再配个单片机和继电器来做点火器就行了

[修改于 2 年前 - 2017-08-15 20:13:46]

虎哥(作者)
23楼
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@cccyl 这两年1278是非常有竞争力的方案,模块很多,自己做也行。但是我没找到安全方面确切可靠的资料(其实是还没找)。在私有定制协议还是采用现成单芯片方案之间,还要研究下。

[修改于 2 年前 - 2017-08-15 20:22:44]

24楼
0
引用 虎哥:
@ry7740kptv 其实被其它模块同频干扰导致误触发的机会很小:除非用以前那种只有8个地址码的,或者买回的模块用默认的不改。更可能出现问题的是电路的不稳定。
另外@amo 同学,干脆你做一个遥控器……
我这边条件有限,仅能提供一套PCBA(即焊好所有元件的电路板,遥控器、接收器各一块),相当于简陋的验证机,离产品还差得远……起码缺一个看的过去的外壳。

另外更缺乏的是这个点火行业的专业知识。前面仅论证了可靠的传输遥控动作到一个开关管,至于点火头的类型(即负载特性)就不清楚了,所以用什么类型的开关管/继电器暂时没法定下来,负载特性还决定了需要怎么设计点火电源……
仔细分解下来,要考虑的东西还不少,打算另开一个帖子先征集功能需求、采购意向、心理价位。

打算设计一套专用于业余火箭点火的高可靠遥控器+接收器组件造福坛友,先初步收集需求

[修改于 2 年前 - 2017-08-15 21:24:25]

25楼
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引用 dreamwings:
然后一个卖保险或卖房子或卖铺面或你猜猜我是谁的电话来了,然后就没有然后了
白名单啊,名单里面就一个号码,实在荒郊野外就用卡片电脑+wlan
虎哥(作者)
26楼
1
接下来看看一个遥控系统通常应该具有哪些部分。
277604

这张图包含五个设备,如果暂时不考虑带*号的“提高”部分,那么包含三个基本部分:
人机界面(任务接口)、执行接口、通信机。
任务接口把人的需求,翻译成数据指令,通过通信主机发射,经过电波传播,传送到通信从机,通信从机把数据指令告诉执行接口,由执行接口翻译成执行器能够响应的信号。必要时,系统也可以把执行的结果及其它必要的遥测数据反向发送。

通信主机和通信从机其实就是数传电台。如果仅限于单向,则分别是发射机和接收机。如果需要双向通信,则需要收发信机。数传电台有许多不同的体制,从定频率的ASK到基于数字调制的跳频扩频,或者LoRa、wifi等一揽子解决方案,具有各自的优缺点,通常根据最困难的应用场景来权衡选择。

人机接口最容易产生“风格”。对于点火器来说,可以是一台电脑(用串口等数据口连接通信机),一个MCU为核心的操作界面,或者一些简单的机械开关和逻辑电路。

执行接口需要根据具体的用途而定。对于军事爆破,通常需要考虑一定数量的串联电雷管的起爆,需要升压储能电源;对于采用点火头的火箭点火,如果是烟花点火头,只需要触点+干电池,如果是大电流桥丝的点火头,则需要较强的负载能力,可以只提供触点,而电源(锂电池组)由用户自备。对于其它一些执行器,比如电磁阀门(在液体火箭测试中常见),则需要根据这些阀门的驱动要求提供能源,比例阀还要更复杂一些。也可以考虑做一款通用的产品,把上述这些需求都囊括进去,电路就会比较复杂。

[修改于 2 年前 - 2017-08-16 02:54:51]

27楼
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引用 amo:
我这边条件有限,仅能提供一套PCBA(即焊好所有元件的电路板,遥控器、接收器各一块),相当于简陋的验证机,离产品还差得远……起码缺一个看的过去的外壳。

另外更缺乏的是这个点火行业的专业知识。前面仅论……
我可以设计外壳,熟悉钣金加工供应商。用钣金可以做得挺好看的。

另外就是量产需要可制造性设计以及考虑一下供应链的复杂度,这个KC都有经验,可以帮忙。
28楼
0
单个遥控模块似乎比较容易出问题。。。其实我一直觉得,能否多个普通的遥控模块进行串联?以前买模块时,搜了一些相关知识,但是已经记不太清了。。。记得常见遥控模块好像有两种频率,如果使用多种频率,多个不同编码的模块进行串联,安全度会指数级上升吧。。。
例如说,4个不同模块进行串联(点动模式,非自锁),只有四个遥控同时按下,电路才会接通。。。不知道这个思路可靠否?
如果可以,那么,再给这四个遥控加一个手动小开关,也就是这个小开关一按下去,四个遥控同时接通,然后四个接收模块同时接通~~~
即使被别人影响到一两个,也不会接通电路。。。
277618

草稿示意图,多年没画过电路图,好多符号和画法都忘了。。。

[修改于 2 年前 - 2017-08-16 20:46:01]

29楼
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不如干脆只提供控制信号的输出(就像航模用的遥控接收机一样),而具体的执行部件(继电器/高压电源/可控硅/电机驱动/阀门驱动等等)做成可选的模块,这样设计比较简单,用户也可以根据自身需要搭配。

[修改于 2 年前 - 2017-08-16 23:44:24]

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