可編程無(wú)線電遙控多路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要： 設(shè)計(jì)了一種新的可編程無(wú)線電遙控多路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Si4010 為核心發(fā)射單元，以Si4313 和C8051F920單片機(jī)為核心接收控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路開(kāi)關(guān)的無(wú)線電遙控。詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的工作原理，給出了硬件電路及軟件流程圖，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果證明，該設(shè)計(jì)成本低、體積小、功耗低，同時(shí)具有抗干擾能力強(qiáng)、遙控距離遠(yuǎn)、可靠性高等特點(diǎn)。

相對(duì)于有線遙控，無(wú)線遙控不受距離的影響，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來(lái)的故障隱患，給人們的日常工作和生活帶來(lái)了更多的便利。隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)日趨成熟，其抗干擾能力強(qiáng)和易于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種處理等優(yōu)點(diǎn)，使得無(wú)線遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善。目前的無(wú)線遙控領(lǐng)域主要有超聲波遙控、紅外線遙控及無(wú)線電遙控。相對(duì)于超聲波遙控和紅外線遙控， 無(wú)線電遙控是利用無(wú)線電信號(hào)在空氣中傳播，根據(jù)無(wú)線電波的頻率來(lái)遙控，可穿透一定的障礙物，傳播距離較遠(yuǎn)，因此成為無(wú)線遙控領(lǐng)域的首選，在國(guó)防、軍事、科研和日常工作生活領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣。

采用Silicon Laboratories 研制的無(wú)線發(fā)射芯片Si4010、無(wú)線接收芯片Si4313和C8051F920 單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作的頻率為433.92 MHz 的無(wú)線電遙控多路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，控制方便，適用于含有較多受控電器的場(chǎng)合，并可實(shí)現(xiàn)多路多功能控制。

1 系統(tǒng)工作原理

無(wú)線電遙控多路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)由無(wú)線電發(fā)射電路和無(wú)線電接收控制電路兩大部分組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

開(kāi)關(guān)系統(tǒng)工作原理是首先通過(guò)按鍵電路輸入所需控制開(kāi)關(guān)電路的位號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)指令編碼電路，指令編碼電路在內(nèi)部電路的控制下產(chǎn)生帶有地址編碼信息和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息的編碼脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后載波信號(hào)經(jīng)放大和調(diào)諧由射頻發(fā)射電路發(fā)射出去。無(wú)線電接收電路接收到載波調(diào)制信號(hào)后，由解調(diào)解碼電路對(duì)載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到編碼脈沖信號(hào)， 再進(jìn)行編碼地址確認(rèn)，確認(rèn)是否為本遙控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)地址。如果所接收到的信號(hào)地址碼與本機(jī)地址編碼相同，則對(duì)編碼脈沖信號(hào)進(jìn)行譯碼并輸出數(shù)據(jù)，由單片機(jī)電路控制相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作。否則，不進(jìn)行譯碼，單片機(jī)控制電路不響應(yīng)，開(kāi)關(guān)電路無(wú)任何動(dòng)作。

2 硬件介紹

2.1 Si4010 簡(jiǎn)介

Silicon Laboratories 的Si4010 射頻發(fā)射器為單芯片遙控IC，僅需一個(gè)外部旁路電容、一塊印制電路板、電池和一個(gè)帶按鍵的外殼便能構(gòu)成完整的無(wú)線電遙控器。采用專利高可靠性的無(wú)晶體振蕩器架構(gòu)，無(wú)需外部時(shí)鐘源，也不受沖擊和震動(dòng)影響。其載波頻率精確度在商業(yè)溫度范圍內(nèi)為±150 ppm，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)則可達(dá)±250 ppm， 它的精確度比傳統(tǒng)的（SAW）發(fā)射器高出兩倍，且無(wú)需使用外部晶體振蕩器。具備自動(dòng)天線調(diào)諧，該功能可最大化發(fā)射距離，提供穩(wěn)定的輸出功率，有效減少對(duì)遙控器的不利影響。包含一個(gè)嵌入式兼容8051 微控制器，內(nèi)具1 個(gè)4 kB 的RAM、1 個(gè)8 kB 的一次性編程（OTP）非易失性內(nèi)存、1 個(gè)128 位EEPROM 以及用于函數(shù)庫(kù)（library）功能的12 kB ROM，該微控制器上的數(shù)字外圍功能包括觸控喚醒GPIO、1 個(gè)專利技術(shù)的可提供100 萬(wàn)次讀寫(xiě)壽命的20 位EEPROM、1 個(gè)LED 驅(qū)動(dòng)器、1 個(gè)休眠定時(shí)器、1 個(gè)調(diào)試器， 以及1 個(gè)可提供安全單向鏈路的高速128位高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）加速器。Si4010 的工作電壓范圍為1.8～3.6 V，可提供超低的電流消耗（小于10nA 的待機(jī)電流和小于20 mA 的峰值電流）以及低功耗觸控喚醒模式。支持FSK、OOK 調(diào)制模式， 支持PCB 環(huán)形天線， 工作頻帶為27～960 MHz，芯片內(nèi)部還包含LDO、溫度傳感器及低電壓檢測(cè)報(bào)警等。

2.2 Si4313 簡(jiǎn)介

Silicon Laboratories 的Si4313 芯片是單端通用ISM 頻段接收器， 工作頻率為240～960 MHz， 可編程接收頻率帶寬為2.6～260 kHz， 接收靈敏度為-118 dBm， 數(shù)據(jù)速率為0.2～128 kb/s，采用FSK、GFSK 和OOK 調(diào)制方案，支持調(diào)頻、單電容調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，支持PCB 環(huán)形天線，工作電源電壓為1.8～3.6 V，具備超低功耗、高靈活低關(guān)機(jī)模式。內(nèi)部功能包括：?jiǎn)拘延?jì)時(shí)器、自動(dòng)頻率校準(zhǔn)、前端碼偵測(cè)、無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)、集成電壓調(diào)節(jié)器、片內(nèi)振蕩器、64 kB FIFO 等。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)

無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)主要由按鍵電路、編碼調(diào)制電路、無(wú)線電發(fā)射電路組成。無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)的電路原理圖如圖2 所示。

圖2 發(fā)射系統(tǒng)電路原理圖