多路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳解

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SiliconLaboratories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433.92MHz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

2.1Si4010簡(jiǎn)介

SiliconLaboratories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±150ppm，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)則可達(dá)±250ppm，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)4kB的RAM、1個(gè)8kB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12kBROM，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1.8～3.6V，可提供超低的電流消耗(小于10nA的待機(jī)電流和小于20mA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27～960MHz，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。

4系統(tǒng)軟件介紹

軟件編程采用模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨(dú)立的應(yīng)用函數(shù)由主程序調(diào)用。

4.1發(fā)射系統(tǒng)軟件

無(wú)線電發(fā)射系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要通過(guò)C2接口編程實(shí)現(xiàn)Si4010內(nèi)部集成的8051MCU對(duì)無(wú)線發(fā)射電路的狀態(tài)進(jìn)行控制。包括芯片初始化程序，鍵盤掃描及讀取程序，射頻參數(shù)設(shè)置程序，無(wú)線發(fā)射程序等。發(fā)射系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。

圖4發(fā)射系統(tǒng)軟件流程圖

4.2接收系統(tǒng)軟件

無(wú)線電接收控制系統(tǒng)的軟件基于C8051F920單片機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)C2編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的狀態(tài)控制。單片機(jī)采樣到有效中斷請(qǐng)求信號(hào)，便執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，在中斷服務(wù)子程序中，單片機(jī)將根據(jù)I/O端口獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的子程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的控制。接收系統(tǒng)軟件流程如圖5所示。

圖5接收系統(tǒng)軟件流程圖

5結(jié)束語(yǔ)

本文采用低價(jià)位、超低功耗單芯片無(wú)線遙控IC及單片機(jī)設(shè)計(jì)可編程無(wú)線電遙控多路開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，具有成本低、體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、遙控距離遠(yuǎn)、可靠性高等特點(diǎn)。經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室軟、硬件綜合測(cè)試，接收解調(diào)電路對(duì)發(fā)射電路遙控信號(hào)接收解調(diào)正常，開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作到位，無(wú)線電遙控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的多路多功能控制正常?？蛇M(jìn)一步推廣應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)、安防監(jiān)控、智能家居等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。