多路開(kāi)關(guān)系統設計詳解

相對于有線(xiàn)遙控，無(wú)線(xiàn)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(zhù)數字處理技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)數字通信技術(shù)日趨成熟，其抗干擾能力強和易于對數字信號進(jìn)行各種處理等優(yōu)點(diǎn)，使得無(wú)線(xiàn)遙控系統的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善。目前的無(wú)線(xiàn)遙控領(lǐng)域主要有超聲波遙控、紅外線(xiàn)遙控及無(wú)線(xiàn)電遙控。相對于超聲波遙控和紅外線(xiàn)遙控，無(wú)線(xiàn)電遙控是利用無(wú)線(xiàn)電信號在空氣中傳播，根據無(wú)線(xiàn)電波的頻率來(lái)遙控，可穿透一定的障礙物，傳播距離較遠，因此成為無(wú)線(xiàn)遙控領(lǐng)域的首選，在國防、軍事、科研和日常工作生活領(lǐng)域應用越來(lái)越廣。

采用SiliconLaboratories研制的無(wú)線(xiàn)發(fā)射芯片Si4010、無(wú)線(xiàn)接收芯片Si4313和C8051F920單片機設計并制作的頻率為433.92MHz的無(wú)線(xiàn)電遙控多路開(kāi)關(guān)系統，結構簡(jiǎn)單，性能穩定，控制方便，適用于含有較多受控電器的場(chǎng)合，并可實(shí)現多路多功能控制。

1系統工作原理

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

圖1系統組成框圖

開(kāi)關(guān)系統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，同時(shí)啟動(dòng)指令編碼電路，指令編碼電路在內部電路的控制下產(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，該脈沖信號對載波信號進(jìn)行調制，調制后載波信號經(jīng)放大和調諧由射頻發(fā)射電路發(fā)射出去。無(wú)線(xiàn)電接收電路接收到載波調制信號后，由解調解碼電路對載波調制信號進(jìn)行解調得到編碼脈沖信號，再進(jìn)行編碼地址確認，確認是否為本遙控開(kāi)關(guān)系統地址。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(jìn)行譯碼并輸出數據，由單片機電路控制相應的開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作。否則，不進(jìn)行譯碼，單片機控制電路不響應，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成完整的無(wú)線(xiàn)電遙控器。采用專(zhuān)利高可靠性的無(wú)晶體振蕩器架構，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)溫度范圍內為±150ppm，在工業(yè)溫度范圍內則可達±250ppm，它的精確度比傳統的(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(xiàn)調諧，該功能可最大化發(fā)射距離，提供穩定的輸出功率，有效減少對遙控器的不利影響。包含一個(gè)嵌入式兼容8051微控制器，內具1個(gè)4kB的RAM、1個(gè)8kB的一次性編程(OTP)非易失性?xún)却妗?個(gè)128位EEPROM以及用于函數庫(library)功能的12kBROM，該微控制器上的數字外圍功能包括觸控喚醒GPIO、1個(gè)專(zhuān)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驅動(dòng)器、1個(gè)休眠定時(shí)器、1個(gè)調試器，以及1個(gè)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調制模式，支持PCB環(huán)形天線(xiàn)，工作頻帶為27～960MHz，芯片內部還包含LDO、溫度傳感器及低電壓檢測報警等。

4系統軟件介紹

軟件編程采用模塊化設計思想，系統中各主要功能模塊均編成獨立的應用函數由主程序調用。

4.1發(fā)射系統軟件

無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統的軟件設計主要通過(guò)C2接口編程實(shí)現Si4010內部集成的8051MCU對無(wú)線(xiàn)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(pán)掃描及讀取程序，射頻參數設置程序，無(wú)線(xiàn)發(fā)射程序等。發(fā)射系統軟件流程如圖4所示。

圖4發(fā)射系統軟件流程圖

4.2接收系統軟件

無(wú)線(xiàn)電接收控制系統的軟件基于C8051F920單片機設計，通過(guò)C2編程實(shí)現單片機對開(kāi)關(guān)電路的狀態(tài)控制。單片機采樣到有效中斷請求信號，便執行中斷服務(wù)子程序，在中斷服務(wù)子程序中，單片機將根據I/O端口獲得的數據執行相應的子程序，從而實(shí)現對開(kāi)關(guān)電路的控制。接收系統軟件流程如圖5所示。

圖5接收系統軟件流程圖

5結束語(yǔ)

本文采用低價(jià)位、超低功耗單芯片無(wú)線(xiàn)遙控IC及單片機設計可編程無(wú)線(xiàn)電遙控多路開(kāi)關(guān)系統，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(diǎn)。經(jīng)在實(shí)驗室軟、硬件綜合測試，接收解調電路對發(fā)射電路遙控信號接收解調正常，開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作到位，無(wú)線(xiàn)電遙控開(kāi)關(guān)系統的多路多功能控制正常?？蛇M(jìn)一步推廣應用，在工業(yè)生產(chǎn)、安防監控、智能家居等領(lǐng)域應用前景廣闊。