多路開關系統(tǒng)設計詳解

相對于有線遙控，無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的故障隱患，給人們的日常工作和生活帶來了更多的便利。隨著數(shù)字處理技術的快速發(fā)展，無線數(shù)字通信技術日趨成熟，其抗干擾能力強和易于對數(shù)字信號進行各種處理等優(yōu)點，使得無線遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善。目前的無線遙控領域主要有超聲波遙控、紅外線遙控及無線電遙控。相對于超聲波遙控和紅外線遙控，無線電遙控是利用無線電信號在空氣中傳播，根據(jù)無線電波的頻率來遙控，可穿透一定的障礙物，傳播距離較遠，因此成為無線遙控領域的首選，在國防、軍事、科研和日常工作生活領域應用越來越廣。

采用SiliconLaboratories研制的無線發(fā)射芯片Si4010、無線接收芯片Si4313和C8051F920單片機設計并制作的頻率為433.92MHz的無線電遙控多路開關系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，控制方便，適用于含有較多受控電器的場合，并可實現(xiàn)多路多功能控制。

1系統(tǒng)工作原理

無線電遙控多路開關系統(tǒng)由無線電發(fā)射電路和無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

開關系統(tǒng)工作原理是首先通過按鍵電路輸入所需控制開關電路的位號，同時啟動指令編碼電路，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關狀態(tài)信息的編碼脈沖信號，該脈沖信號對載波信號進行調(diào)制，調(diào)制后載波信號經(jīng)放大和調(diào)諧由射頻發(fā)射電路發(fā)射出去。無線電接收電路接收到載波調(diào)制信號后，由解調(diào)解碼電路對載波調(diào)制信號進行解調(diào)得到編碼脈沖信號，再進行編碼地址確認，確認是否為本遙控開關系統(tǒng)地址。如果所接收到的信號地址碼與本機地址編碼相同，則對編碼脈沖信號進行譯碼并輸出數(shù)據(jù)，由單片機電路控制相應的開關電路動作。否則，不進行譯碼，單片機控制電路不響應，開關電路無任何動作。

2硬件介紹

2.1Si4010簡介

SiliconLaboratories的Si4010射頻發(fā)射器為單芯片遙控IC，僅需一個外部旁路電容、一塊印制電路板、電池和一個帶按鍵的外殼便能構(gòu)成完整的無線電遙控器。采用專利高可靠性的無晶體振蕩器架構(gòu)，無需外部時鐘源，也不受沖擊和震動影響。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±250ppm，它的精確度比傳統(tǒng)的(SAW)發(fā)射器高出兩倍，且無需使用外部晶體振蕩器。具備自動天線調(diào)諧，該功能可最大化發(fā)射距離，提供穩(wěn)定的輸出功率，有效減少對遙控器的不利影響。包含一個嵌入式兼容8051微控制器，內(nèi)具1個4kB的RAM、1個8kB的一次性編程(OTP)非易失性內(nèi)存、1個128位EEPROM以及用于函數(shù)庫(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個專利技術的可提供100萬次讀寫壽命的20位EEPROM、1個LED驅(qū)動器、1個休眠定時器、1個調(diào)試器，以及1個可提供安全單向鏈路的高速128位高級加密標準(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報警等。

4系統(tǒng)軟件介紹

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

4.1發(fā)射系統(tǒng)軟件

無線電發(fā)射系統(tǒng)的軟件設計主要通過C2接口編程實現(xiàn)Si4010內(nèi)部集成的8051MCU對無線發(fā)射電路的狀態(tài)進行控制。包括芯片初始化程序，鍵盤掃描及讀取程序，射頻參數(shù)設置程序，無線發(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

無線電接收控制系統(tǒng)的軟件基于C8051F920單片機設計，通過C2編程實現(xiàn)單片機對開關電路的狀態(tài)控制。單片機采樣到有效中斷請求信號，便執(zhí)行中斷服務子程序，在中斷服務子程序中，單片機將根據(jù)I/O端口獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應的子程序，從而實現(xiàn)對開關電路的控制。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

本文采用低價位、超低功耗單芯片無線遙控IC及單片機設計可編程無線電遙控多路開關系統(tǒng)，具有成本低、體積小、功耗低、抗干擾能力強、遙控距離遠、可靠性高等特點。經(jīng)在實驗室軟、硬件綜合測試，接收解調(diào)電路對發(fā)射電路遙控信號接收解調(diào)正常，開關電路動作到位，無線電遙控開關系統(tǒng)的多路多功能控制正常?？蛇M一步推廣應用，在工業(yè)生產(chǎn)、安防監(jiān)控、智能家居等領域應用前景廣闊。