无线电遥控多通道开关系统的设计

随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。为此，我们在前人研究的基础上探索出了一种可编程无线电遥控多通道开关系统的设计方法。研究表明，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。2系统的组成结构原理与设计整个开关系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。系统组成结构框图如图1所示。开关系统的工作原理是首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址。如果是，则单片机电路产生相应的控制信号控制开关电路动作；如果不是，则解码电路不解码，单片机电路不响应，开关电路无任何动作。2.1系统硬件电路的设计2.1.1发射系统发射系统主要由按键编址电路、编码电路、无线电发射电路组成。发射系统的电路原理图见图2。发射系统主要完成的功能是首先将受控电路的开关进行编址，再将编址信息进行编码后得到一编码脉冲信号，此信号调制无线电发射电路并发射出去。编码电路采用编解码芯片组sn8p2262/2272中的编码芯片sn8p2262。该芯片内部有振荡器、系统定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路。sn8p2262的A0~A7端是芯片的地址码设置端口，每一端口可以编为0(接地)、1(接VCC)和开路三种状态，利用A0~A7这8位地址线可提供38＝6561种不同寻址。D0~D3端是数据码输入端，分别和十进制至8421码编码器CD40147的输出端A、B、C、D相连。编码芯片sn8p2262数据码输入端可以是高电平1或者是低电平0，一共有4个通道，数据码在无线电遥控开关系统中的主要作用是区别不同的开关电路。在本设计中D0~D3可取值从0001～1001，共9种状态，即可控制9路开关电路。当编码芯片sn8p2262的发送控制端（）有效时，数据输出端输出带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号。按键编址电路中开关按键与编码芯片sn8p2262数据输入的对应关系如表1。表中所示，按下相应发射键时编码芯片sn8p2262的对应数据通道输入高电平为1，输入低电平为0。无线电发射电路中采用一种新型射频发射模块F05C，它具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，内含隔离调制电路消除对射频电路的影响，信号直接耦合，性能稳定。按键编址电路中的核心元件是十进制至8421码编码器的CD40147，它可将输入的十进制码编为输出的BCD码。CD40147有9个输入端，IN1~IN9，输入的是十进制码（高电平有效）；四个输出端A、B、C、D输出的是BCD码，其中A为20位、B为21位、C为22位、D为23位。按键编址电路可实现对受控电路的开关进行编址，将编址信号输出作为编码电路的数据输入信号。采用十进制至8421码编码器对受控电路的开关进行编址可使编址电路简洁，控制方便。F05C输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过F05C的工作电压。如需更远的可靠距离，可在F05C的输出端增加一级射频功率放大器。编码芯片sn8p2262的数据输出端无信号输出时，F05C不工作，发射电流为零。sn8p2262的发送控制端（）有效时，17脚输出的编码脉冲信号对F05C进行调制发射。本设计中编码芯片sn8p2262的发送控制端（）直接接有效电平（低电平），这样当按下K1～K9任何一键时，电路发送1～9通道相应的控制数据，当松开发射键时，电路中CD40147的IN1～IN9均为0，故电路发送0数据。由于不按任何键时，电路总是不停地发送0信号，将造成电池浪费，因此在电路中采用二极管D1～D9使得按键编址电路中的按键开关还作为发射系统的电源开关，降低了发射系统的功耗。2.1.2接收控制系统接收控制系统主要由无线电接收电路、解码电路、单片机电路、开关电路组成。接收控制系统的电路原理图如图3所示。接收控制系统主要完成的功能是首先对接收进来的信号解调后进行解码，解码后的数据送单片机，由单片机根据此数据去控制相应的开关进行动作。无线电接收电路采用与射频发射模块F05C相图3接收控制系统电路原理图配套的射频接收模块J04E。J04E具有较宽的接收带宽，极低功耗，可长期处于守机状态。J04E输出端口直接与sn8p2272的数据输入端口连接。解码电路采用编解码芯片组sn8p2262/2272中的解码芯片sn8p2272。该芯片内部有地址解码、振荡和系统定时、数据检测、同步检测、控制逻辑、译码逻辑电路。sn8p2272的A0~A7端是芯片的地址码设置端口，地址码就好比是一张身份识别的证书，只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。解码芯片sn8p2272将数据输入端接收到的信号，经内部电路解码辨识确认。如果所接收到的信号地址码与本机地址编码相同，D0~D3输出与无线电发射系统所发射的相对应的开关信息给单片机电路，由单片机控制相应的开关电路动作。否则，解码芯片不解码，单片机电路不响应，开关电路保持原有的工作状态不变。单片机电路采用AT89C2051来实现对输入信号的处理和开关电路的控制。AT89C2051的P1.0~P1.3端作为数据输入端口，分别和解码芯片sn8p2272的数据输出D3~D0端连接。sn8p2272的有效输出端输出的信号作为单片机外部中断的触发信号。当外部中断采样到有效触发信号时，它对P1.0~P1.3脚的信号进行中断处理，实现对开关电路的状态进行控制。AT89C2051的P3.7脚外接一蜂鸣器，对有效的开关动作进行提示。开关电路由8550三极管、4007二极管和继电器组组成。开关电路中继电器属于强电电路，直接用集成电路芯片不能驱动，为此在单片机与继电器之间必需设置一个驱动继电器的电路。本系统利用三极管的截至和饱和两个状态，来关闭或打开继电器开关。图3中只给出了P1.7口的开关控制电路原理图，对于图3中未给出的I/O口和P1.7口的连接方法相同，这样本设计可以遥控9路电路。2.2系统软件的设计系统软件的设计主要是通过编程实现单片机对开关电路的状态进行控制。充分利用其软硬件资源，可以实现对受控电路的多种状态进行控制，还可以实现单键控制多路电路（例如，可按下一个遥控按键关掉所有的受控电器）。利用单片机对开关电路进行控制还使得控制电路扩展方便，控制灵活。软件设计框图：单片机主程序流程图见图4(a)，接收中断服务子程序流程图见图4(b)。图4.软件设计框图3系统的特点（1）发射系统中采用十进制至8421码编码器对受控电路的开关进行编址，接收电路中用单片机对受控电路的开关状态进行控制，系统扩展比较方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制（例如，可实现定时、延时等操作）。（2）发射系统中电源开关的设计，使得只有在按下指令键时发射系统才上电，指令键松开时发射系统掉电，大大降低了发射系统的功耗，延长了电池的使用寿命。（3）采用射频发射、接收模块，安装调试方便，电路简洁，可靠性好，稳定性高。采用专用编码、解码集成电路，电路内部的重复辨识确认提高了系统的可靠性，避免了多个同一结构的无线电遥控开关系统在有效距离内相互干扰问题。