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[導讀] 家庭照明系統(tǒng)與人民的生活密切相關,大部分家庭依然采用普通開關,開關只能控制一組燈具,且現(xiàn)有的無線遙控開關使用壽命比較短,一般2~3年。設計一種新的無線遙控開關,可以實現(xiàn)對照明系統(tǒng)進行控制,

 

家庭照明系統(tǒng)與人民的生活密切相關,大部分家庭依然采用普通開關,開關只能控制一組燈具,且現(xiàn)有的無線遙控開關使用壽命比較短,一般2~3年。設計一種新的無線遙控開關,可以實現(xiàn)對照明系統(tǒng)進行控制,同時有效提高使用壽命便于人們放心安全使用是非常有必要的。文中以日常電燈的無線控制為研究對象,采用SILICon Laboratories研制的Si1000無線收發(fā)芯片,設計一種可靠性高、節(jié)電便捷的無線遙控開關。Si1000其內(nèi)部集成C8051f9xx低功耗單片機以及Si4432射頻模塊,利用此芯片設計了頻率為433.92 MHz的無線電燈遙控開關,結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,以實現(xiàn)電燈多路控制的功能,亦可應用于其他應用場合。

1 無線遙控開關工作原理

無線遙控多路開關由手持遙控器和接收控制實現(xiàn)單元組成,系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

無線遙控多路開關工作原理如下:首先通過按鍵電路輸入對應功能按鍵信號,內(nèi)部單片機對所輸入按鍵信號進行信息編碼,同時加入地址編碼信息,這樣就形成帶有地址編碼信息和相應的電燈開關控制狀態(tài)信息的編碼脈沖信號,然后進行調(diào)制,調(diào)制后的信號再經(jīng)過放大和調(diào)諧處理后由射頻發(fā)射電路發(fā)射出去;無線電接收電路接收到手持遙控器發(fā)射出來的載波調(diào)制信號對其進行解調(diào),對其地址碼進行驗證確認,如果遙控地址碼相匹配,則對編碼脈沖信號進行解碼得到數(shù)據(jù),由Si1000內(nèi)部的單片機對開關電路進行控制,由管腳輸出相應的高低電平控制電路,從而實現(xiàn)無線電燈控制。否則,不進行解碼,單片機控制電路無反應。

2 系統(tǒng)設計

2.1 芯片介紹

Silicon Labs公司推出的Si1000芯片系列,集成了超低功耗C8051f9xx單片機及無線射頻模塊,當處理器進行數(shù)據(jù)的有關操作時,可以提供非常低的工作電流,從而降低功耗,Si1000低功耗的特性使得其工作電壓為0.9~3.6 V,完全可以用電池進行供電。Si1000系列無線微控制器內(nèi)部集成了25 MHz的8051內(nèi)核、EZRadioPRO系列略低于1 GHz的RF收發(fā)器件、最大64 kB的Flash以及最高12 bit分辨率的ADC。同時Si1000內(nèi)部的FLASH存儲器具再在編程能力,便于用戶進一步開發(fā)使用,采用C2接口進行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試,方便快捷。

 

2.2 硬件電路設計

如圖2所示為無線遙控發(fā)射單元電路原理圖。整個電路以Si1000為核心,無線遙控器可劃分為供電單元、信號處理單元、編程單元和天線。手持遙控器采用電池供電,無線遙控發(fā)射單元的主要功能是在Si1000內(nèi)部MCU的控制下采集按鍵電路的狀態(tài)信息,對狀態(tài)信息進行編碼,同時內(nèi)部模塊再按照相應的數(shù)據(jù)包格式加入相應前導碼、同步字、數(shù)據(jù)長度和校驗位,然后進行FSK調(diào)制,調(diào)制后信號經(jīng)放大調(diào)諧,由發(fā)射天線發(fā)射出去。

 

 


如圖3所示為無線遙控接收單元電路原理圖。無線遙控接收單元可劃分為供電單元、無線接收單元、信號處理單元、編程單元和控制實現(xiàn)單元。接收單路供電單元采用變壓器穩(wěn)壓芯片組成,Si1000供電電壓為1.8~3.6 V,無線接收單元采用匹配濾波網(wǎng)絡,接收433.92 MHz的諧波,并將接收到的信號送入單片機進行處理;信號處理和編程單元以Si1000內(nèi)置單片機進行處理,Si1000內(nèi)部集成的C8051f9xx低功耗單片機,通過軟件設置對接收單元送來的信號進行解調(diào),核對地址碼信息是否匹配,如匹配則進行譯碼,由單片機對所得信息進行處理,由端口輸出對控制單元發(fā)送信號,從而最終實現(xiàn)無線控制;否則電路無響應。

 

2.3 軟件設計

系統(tǒng)的軟件采用模塊化設計,功能模塊主要包括:芯片參數(shù)初始模塊,無線發(fā)射模塊,無線接收模塊等。系統(tǒng)采用C2接口編程,Si1000的C2DATA、C2CLK端口、VCC和GND與JTAG接口的4個端口相連。

無線收發(fā)模塊之間的通信是以數(shù)據(jù)包的形式進行的,本無線遙控系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)包格式如表1所示。一個數(shù)據(jù)包由前導碼、同步字、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)和校驗位等組成。前導碼用于將發(fā)射和接收單元進行很好的同步,即找到一幀數(shù)據(jù)的起始位置,由幾組10101010組成的,共有8n位,n的大小由用戶編程決定;同步字是為了更好的進行同步以便找到幀頭,同步模式的標志碼就是設定好的同步字。數(shù)據(jù)攜帶的是按鍵信息,即每個按鍵的編碼。最后是校驗位,用于對幀數(shù)據(jù)進行檢驗來檢測數(shù)據(jù)的正確,在實際應用中可根據(jù)實際情況進行取舍。無線發(fā)射模塊采用這樣的數(shù)據(jù)包將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

Si1000內(nèi)部含有C8051FXX和射頻模塊,故其內(nèi)部可以完成信號調(diào)制、信號解調(diào)、數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)解碼等,硬件自動添加前導碼、同步字、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)校驗位。上電后程序完成Si1000的參數(shù)初始化以及SPI接口和射頻的初始化后,配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字,系統(tǒng)初始化及參數(shù)配置完畢之后,檢測引腳nIRQ的電平,若為低電平則表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮漳J讲⒁呀?jīng)檢測到數(shù)據(jù)包,通過寄存器4BH讀取數(shù)據(jù)包長度信息,打開“有效包中斷”和“數(shù)據(jù)包中斷”,禁止將其他的中斷,系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)并處理。

本無線電控制系統(tǒng)設置同步模式的標志碼為0x2DD4,接收模塊一旦檢測到這個同步字就進行同步接收數(shù)據(jù)。等待中斷產(chǎn)生,nIRQ引腳變?yōu)榈碗娖?,接收?shù)據(jù)包,同時讀取中斷標志位復位nIRQ引腳,使nIRQ引腳變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)以準備下一次中斷觸發(fā)的檢測;通過接收到的數(shù)據(jù),首先確認地址信息,若匹配則對其進行譯碼,從碼字判斷電燈控制狀態(tài),再南Si1000內(nèi)置單片機進行相應處理并輸出對應控制信號,從而實現(xiàn)控制功能,否則電路無反應。

3 結(jié)束語

文中根據(jù)現(xiàn)在存在的問題及設計要求,采用Si1000這一集成芯片,設計了一套無線通信控制系統(tǒng),具有方便、快捷、低功耗和使用壽命長等優(yōu)點,并進行了軟硬件調(diào)試,在有限的條件下,證明了設計的可行性,同時文中僅以日常照明控制為例,但是此系列芯片未來可以在工業(yè)生產(chǎn)、門禁系統(tǒng)、智能家居等方面進一步推廣應用。

 

 

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