基于單片機控制技術的無線電遙控多通道開關系統(tǒng)設計

　　在無線遙控領域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波的自身技術特點可以在很大區(qū)域和空間內實現(xiàn)，成為遙控的主要方式，并在生產、建設和日常生活中具有廣泛的應用價值。

　　為此，在前人研究的基礎上探索出了一種基于單片機控制技術的可編程無線電遙控多通道開關系統(tǒng)的設計方法。研究表明，采用該方法設計的遙控開關系統(tǒng)控制方便，適用于含有較多受控電器的場合，可實現(xiàn)多路多功能控制。

　　2 系統(tǒng)設計

　　2.1 系統(tǒng)分析

　　系統(tǒng)結構主要由天線接收部分，信號發(fā)射部分，單片機控制部分和驅動部分。由于無線電信號容易受環(huán)境因素的干擾，在沒有專業(yè)設備的前提下，很難制作成功。無線數(shù)據(jù)傳輸和有線不同，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只在短時間內是穩(wěn)定的，時間稍長便會受到干擾，因此在對數(shù)據(jù)進行傳輸時必須采用編碼進行傳送，在設計中，高頻部分選用了專用發(fā)射和接收模塊，同時數(shù)據(jù)的編碼和解碼也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率;控制部分是系統(tǒng)的核心，為了增強了系統(tǒng)的擴展性和靈活性，并且使電路簡單清晰、節(jié)約硬件設計成本，將成熟單片機控制技術引入系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)。系統(tǒng)具體組成如圖1。

　　圖1 系統(tǒng)結構框圖

　　2.2 系統(tǒng)主要電路

　　2.2.1 發(fā)射系統(tǒng)電路

　　發(fā)射系統(tǒng)主要由按鍵編址電路、編碼電路、遙控發(fā)射電路組成。完成按鍵編址電路的主要元器件是優(yōu)先編碼器CD74HC147.CD74HC147 有九個輸入端，四個輸出端，輸入輸出均是低電平有效，并且編碼帶有優(yōu)先級限制，即當有大于或者等于2 個輸入時，僅有優(yōu)先級高的那個輸入有效;完成編碼電路的主要元器件是PT2262，它是基于CMOS 工藝制造的一種低功耗低價位通用編碼電路，有l(wèi)2 位三態(tài)地址端管腳，任意組合可提供531441 種地址碼，最多可有6 位數(shù)據(jù)端管腳，設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從l7 腳串行輸出， 用于無線遙控發(fā)射電路; 遙控發(fā)射電路采用315MHz 的無線發(fā)射模塊，它有3 個引腳：電源正極腳、接地腳和串行信號輸入腳。此模塊具有較寬的工作電壓范圍3V~12V，因此當電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調整就能穩(wěn)定地接收。這套模塊的特點是發(fā)射功率比較大，傳輸距離比較遠，適合惡劣條件下進行通訊。

　　發(fā)射系統(tǒng)電路示意圖如圖2。

　　圖2 發(fā)射系統(tǒng)電路示意圖

2.2.2 接收系統(tǒng)電路

　　接收系統(tǒng)主要由接收電路、解碼電路、單片機電路、開關電路組成。

　　接收系統(tǒng)主要完成的功能是首先對接收進來的信號解調后進行解碼，解碼后的數(shù)據(jù)送單片機，由單片機根據(jù)此數(shù)據(jù)去控制相應的開關進行動作。

　　無線電接收電路采用與射頻發(fā)射模塊F05C 相配套的射頻接收模塊J04E.J04E 具有較寬的接收帶寬，極低功耗，可長期處于守機狀態(tài)。J04E 輸出端口直接與PT2272 的數(shù)據(jù)輸入端口連接。

　　解碼電路采用編解碼芯片組PT2262/2272 中的解碼芯片PT2272.該芯片內部有地址解碼、振蕩和系統(tǒng)定時、數(shù)據(jù)檢測、同步檢測、控制邏輯、譯碼邏輯電路。PT2272 的A0~A7 端是芯片的地址碼設置端口，只有接收端的地址碼和發(fā)射端的地址碼設置完全相同，輸出端才有輸出信號。解碼芯片PT2272 將數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號，經內部電路解碼辨識確認。如果所接收到的信號地址碼與本機地址編碼相同，D0~D3 輸出與無線電發(fā)射系統(tǒng)所發(fā)射的相對應的開關信息給單片機電路，由單片機控制相應的開關電路動作。

　　否則，解碼芯片不解碼，單片機電路不響應，開關電路保持原有的工作狀態(tài)不變。

　　單片機電路采用AT89C2051 來實現(xiàn)對輸入信號的處理和開關電路的控制。AT89C2051 的P1.0~P1.3 端作為數(shù)據(jù)輸入端口，分別和解碼芯片PT2272 的數(shù)據(jù)輸出D3~D0 端連接。PT2272 的有效輸出端輸出的信號作為單片機外部中斷觸發(fā)信號。當外部中斷采樣到有效觸發(fā)信號時，它對P 1.0~P1.3 腳的信號進行中斷處理，實現(xiàn)對開關電路的狀態(tài)進行控制。AT89C2051 的P3.7 腳外接蜂鳴器，對有效的開關動作進行提示。

　　開關電路由8550 三極管、4007 二極管和繼電器組組成。開關電路中繼電器屬于強電電路，直接用集成電路芯片不能驅動，為此在單片機與繼電器之間必需設置一個驅動繼電器的電路。本系統(tǒng)利用三極管的截止和飽和兩個狀態(tài)來關閉或打開繼電器開關。圖3中只給出了P1.7 口的開關控制電路原理圖，對于圖3 中未給出的I/O 口和P1.7 口的連接方法相同，這樣本設計可以遙控9 路電路。

　　接收系統(tǒng)電路的如圖3 所示。

　　圖3 接收系統(tǒng)電路示意圖

　　3 系統(tǒng)應用

　　3.1 系統(tǒng)控制原理

　　系統(tǒng)主要是通過編程實現(xiàn)單片機對開關電路的狀態(tài)進行控制。充分利用其軟硬件資源，可以實現(xiàn)對受控電路的多種狀態(tài)進行控制，還可以實現(xiàn)單鍵控制多路電路，利用單片機控制電路對開關電路進行控制還使得控制電路擴展方便，控制靈活?；趩纹瑱CAT89C2051 的軟件解碼主程序流程圖與中斷控制流程圖， 見圖4所示。

　　圖4 單片機控制流程與中斷處理程序流程圖

　　3.2 系統(tǒng)結構分析

　　發(fā)射系統(tǒng)通過編碼器對受控電路的開關進行編址，接收系統(tǒng)通過單片機對受控電路的開關狀態(tài)進行控制，系統(tǒng)擴展比較方便，適用于含有較多受控電器的場合，可實現(xiàn)多路多功能控制（例如，可實現(xiàn)定時、延時等操作）。采用射頻發(fā)射、接收模塊，安裝調試方便，電路簡潔，可靠性好，穩(wěn)定性高。采用專用編碼、解碼集成電路，電路內部的重復辨識確認提高了系統(tǒng)的可靠性，避免了多個同一結構的無線電遙控開關系統(tǒng)在有效距離內相互干擾問題。

　　4 小結

　　本文介紹了一種可編程無線遙控多通道開關系統(tǒng)的設計方法，詳述了其組成結構和工作原理。該系統(tǒng)采用單片機對接收到的信號進行軟件解碼，避免了采用專用解碼芯片的有關限制，可以增強系統(tǒng)的擴展性和靈活性，經試驗證明是一種可行方案。

　　綜上所述，本文所討論的基于單片機的多路無線遙控開關的設計由于采用單片機代替?zhèn)鹘y(tǒng)上專用的解碼芯片PT 2272 對接收到的信號進行軟件解碼，突破了傳統(tǒng)意義上專用芯片的嚴格要求與配對使用的限制，在很大程度上擴展了該芯片的使用范圍。并且這種方法大大增強了系統(tǒng)的擴展性和靈活性，并且使電路簡單清晰、節(jié)約了硬件設計的成本。發(fā)射電路采用特殊的設計，提高了發(fā)射效率，降低了功耗。本設計不僅為一種較好的設計思想，也有非常好的使用和推廣價值。