基于单片机的多路无线遥控开关设计-

第3期2008年6月微处理机MICROPROCESSSORS基于单片机的多路无线遥控开关设计周计文,王立新,王辉(南京工业大学信息科学与工程学院,南京210009No.3Jun.,2008摘要:介绍了一种新颖的多路无线遥控开关系统的设计方法,并对该系统的组成结构和工作原理进行了详细说明。该系统采用单片机对接收到的信号进行软件解码,而传统方法是采用专用解码芯片来进行解码。这种方案避免了采用专用解码芯片的有关限制,可以增强系统的扩展性和灵活性,经试验证明是一种可行方案。关键词:无线遥控;开关系统;软件解码中图分类号:TN99文献标识码:A文章编号:1002-2279(200803-0159-03DesignofMulti-channelWirelessRemoteControlSwitchBasedonSingleChipMicrocomputerZHOUJi-wen,WANGLi-xin,WANGHui(ColegeofInformationScienceandEngineeering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,ChinaAbstract:Anoveldesigningmethodofmulti-channelwirelessremotecontrolswitchsystemisintroducedinthispaperandthebasicframeandoperatingprincipleofthesystemisdiscussedindetail.ThissystemusesSingleChipMicrocomputertodecodethesignal,asconventionaldesigningmethodadoptsspecialdecodingchip.Thismethodcanavoidsomelimitationofspecialdecodingchip,strengthentheexpansibilityandflexibilityofthesystem,andproveditisakindoffeasiblescheme.Keywords:Wirelessremotecontrol;Switchsystem;Softwaredecoding按键编址电路把按键的开关信息转化为逻辑电平1引言随着科学技术的迅速发展,人类社会发生了翻天覆地的变化。使我们的生产生活更加丰富多彩。在这些变化中,遥控技术已经广泛地渗透到电视、航天、军事、体育等生产、生活各方面。从最广泛的意义上来说,一切装有电动运转设备或电气开关的场所,如果感觉有某种必要,都可考虑加装遥控设备来改善现有定点开关的操作,即用遥控器的操作来实现原有设备的开、停、变向、变速等功能。但是如果要在一定范围内达到多个开关量的控制就要通过开关系统的设计来实现。基于此,我们设计了此系统,来实现多路无线遥控开关量的控制。2系统硬件电路的设计整个多路无线遥控开关系统由发射和接收控制两部分组成。发射部分主要由按键编址电路、编码电路和发射模块组成。接收部分主要由接收模块和单片机电路及控制电路组成。开关系统首先是通过“0”或“1”,而编码电路把这些信息再转换为串行编码脉冲信号送入发射电路,由发射电路进行发射。接收电路接收此串行编码脉冲信号,然后送入单片机进行解码并且根据解码的结果完成对控制电路的控制。1发射电路发射电路的原理图如图1所示。主要由按键编址电路、数据编码电路及无线发射电路组成。图1发射系统电路原理图作者简介:周计文(1981-,男,安徽省灵璧县人,硕士研究生,主研方向:信号与信息处理。收稿日期:2006-04-20·160·微处理机2008年完成按键编址电路的主要元器件是10线-4线优先编码器CD74HC147。CD74HC147有九个输入端(IN1-IN9,四个输出端(Y0-Y3,输入输出均是低电平有效。并且编码带有优先级限制,即当有大于或者等于2个输入时,仅有优先级高的那个输入有效。此器件的IN9输入端有最高的优先级。完成编码电路的主要元器件是PT2262。它是基于CMOS工艺制造的一种低功耗低价位通用编码电路,最多可有12位(A0-A11三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平,任意组合可提供531441种地址码,最多可有6位(D0-D5数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚(Dout串行输出,用于无线遥控发射电路。本系统中采用8位地址码(A0-A7,4位数据码(A8-A11,此时记为D0-D3;故共有6561种编址方式。PT2262的D0-D3端分别跟10线-4线优先编码器CD74HC147输出端的A、B、C、D相连,编码后的串行编码脉冲信号(带有地址编码信息和开关状态信息由17脚输出。但是其输入只有9种组合是有效的(0001-1001。另外编码芯片PT2262的发送控制端(14脚,TE作为编码启动端,用于多数据的编码发射,低电平有效,本设计中直接接地。遥控发射电路采用315MHz的无线发射模块:500米发射头。它有3个管脚:电源正极脚、接地脚和串行信号输入脚。此模块具有较宽的工作电压范围3V~12V,因此当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时,发射功率较小,空旷地传输距离约20米~50米,当发射电压5V时约100米~200米,当发射电压9V时约300米,当发射电压为最佳工作电压12V时,具有较好的发射效果,空旷地传输距离500米,此时发射电流约30毫安,发射功率约300毫瓦。当发射电压大于l2V时功耗增大,有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大,传输距离比较远,适合恶劣条件下进行通讯。如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续输出,发射电路也会连续发射,造成电源的浪费。本电路采用特殊设计(见图1:当发射机没有按键按下时,红外发光二极管D1不发光,红外接收三极管Q1截止,PT2262和发射模块不接通电源,所以315MHz的高频发射电路不工作;当有按键按下时,红外发光二极管D1发光,红外接收三极管Q1导通,PT2262工作,其第17脚(Dout输出经调制的串行数据信号。当17脚(Dout为高电平期间,315MHz的高频发射电路起振并且发射等幅高频信号,当17脚(Dout为低电平期间,315MHz的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚(Dout输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制相当于调制度为100%的调幅。此种设计主要是达到电路有需要发射的有效信号时才发射,否则就不发射,从而可以提高电路的发射效率,降低其功耗。这对于由电池供电的系统来说是非常重要的,也是非常具有实用价值的。2接收电路解码电路原理图如图2所示。主要由接收模块、单片机电路及控制电路组成。图2接收及控制系统电路原理图接收模块使用的是与发射模块相配套的产品:超再生接收头。接收模块的工作电压为5V,静态电流5毫安,接收灵敏度为-105dbm,其主要特点是低电压、小体积、高性价比。接收天线最好为25厘米~30厘米的导线,最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路。在本设计中,接收模块接收3期周计文等:基于单片机的多路无线遥控开关设计·161·3系统软件的设计1PT2262编码原理PT2262的编码原理如图3所示。分析PT2262的编码原理我们可以发现,其输出的每个“0”位或“1”位编码信号均由二组脉冲组成,两个窄脉冲表示“0”;两个宽脉冲表示“1”;一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”,也就是地址码的“悬空”。因此可使用单片机进行解码。有了以上具体的波形,我们就可以进行软件解码了。图3PT2262编码原理图2单片机解码原理基于单片机AT89C2051的软件解码主程序流程图如图4所示。中断控制流程图如图5所示。图4单片机主程序流程图5中断程序流程图编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。PT2262每次至少发送4次编码,首先我们可以通过检测一定宽度的同步码头,PT2262的SYNC同步编码信号如图3(c所示。由于该位脉冲的低电平时间长达124个机器周期,因此只需判断其脉宽时间是否大于8倍的“0”位或“1”位脉宽即可测出其同步信号。有码头才开始进行编码解码,无码头则继续等待。当收到码头时,还要检测是否已经收到过码头,若无,则丢弃第一次编码的信号,以防止误码。然后就可以接收地址码。把接收到的地址码与预先设定的地址码相比较,相等就接收数据码,不相等就不接收数据码。接收数据码后就进入中断程序,进而完成相应的开关量控制。软件解码有两种方法。方法一:从第一个下降沿开始延时8a(a为振荡周期,见图3中标注左右,检测电平高低,记为A1,再检测第二个下降沿,延时8a左右,检测电平高低,记为A2,这样一个码位就可以译出来了,连续检测12个码位。方法二:从第一个下降沿开始记时,并不断检测电平变化,一有电平变化,立即记录电平宽度B1,再继续记时直至出现第二个下降沿,记录两个下降沿的间隔B2,重复以上步骤,得到B3,B4,判断B1,B2,B3,B4是否在各自允许的误差范围内,是则保存B1,B3,译出一个码位,否则认为误码,丢弃。连续正确检测12个码位。两种解码方式各有优缺点如表1所示。表1软件解码优缺点解码方式优点缺点1程序简单CPU开销少解码精度差2程序复杂CPU开销大解码精度较高为了获得较高的解码精度,推荐使用方式2,以避免大量干扰信号的误解码。4结束语综上所述,本文所讨论的基于单片机的多路无线遥控开关的设计由于采用单片机代替传统上专用的解码芯片PT2272对接收到的信号进行软件解码,突破了传统意义上PT2262/2272芯片要求严格配对使用的限制,在很大程度上扩展了该芯片的使用范围。并且这种方法大大增强了系统的扩展性和灵活性,并且使电路简单清晰、节约了硬件设计的成本。发射电路采用特殊的设计,提高了发射效率,降低了功耗。本设计不仅为一种较好的设计思想,也有非常好的使用和推广价值。参考文献:[1]肖景和,赵健.无线电遥控组件其应用电路[M].北京:人民邮电出版社,2004.[2]蔡美琴,张为民,何金儿,等.MCS-51系统单片机系统及其应用[M].第二版.北京:高等教育出版社,2004.[3]陈龙,秦会