遠(yuǎn)程六路遙控編解碼收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計

0 引言
    近年來，遙控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領(lǐng)域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波是由發(fā)射點向四面八方傳播，可以穿過阻擋物，而且可以傳播到很遠(yuǎn)的距離，因此，它的控制可以在很大區(qū)域和空間內(nèi)實現(xiàn)，故已成為遙控的主要方式，在國防、軍事、生產(chǎn)、建設(shè)和日常生活中有著極廣泛的應(yīng)用。遠(yuǎn)距離遙控編解碼發(fā)射接收組件是利用數(shù)字編碼芯片作調(diào)制信號的大功率發(fā)射機(jī)(發(fā)射功率2～5 W)，再配以高靈敏度接收機(jī)(接收靈敏度不劣于1．5μV)和與編碼芯片配對的解碼電路，可完成遠(yuǎn)距離的無線遙控、信號傳輸、報警等。采用該方法設(shè)計的遙控開關(guān)系統(tǒng)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)芯片選型
    本系統(tǒng)主要選用的芯片是射頻發(fā)射芯片MI－CRF102和射頻接收芯片MICRF022，同時還有編碼芯片PT2262、譯碼芯片PT2272、主控芯片AT89C2051等。本文主要介紹MICRF102和MCRF022。
1．1 MICRF102芯片的功能特點
    芯片MICRF102采用Micrel公司最新的快速無線傳輸技術(shù)，可實現(xiàn)真正的“數(shù)據(jù)輸入，無線輸出”功能。MICRF102采用新型結(jié)構(gòu)，將外部天線環(huán)路全部調(diào)諧到內(nèi)部UHF合成器中。它的所有調(diào)諧都可在IC中自動實現(xiàn)，因此，可以消除手動調(diào)諧的麻煩。MICRF102結(jié)構(gòu)簡單，僅需極少的外圍元器件，使用十分方便。
    MICRF102的主要電氣參數(shù)如下：
    ◇工作電壓4．75~5．25 V：
    ◇工作電流4．7 mA；
    ◇頻率范圍為300～470 MHz；
    ◇數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)20 kbps；
    ◇待機(jī)電流不大于1μA。
    MICRF102采用8引腳SOIC封裝，圖1所示是其引腳排列圖。

    圖2為MOCRF102的內(nèi)部功能原理框圖，它主要由UHF合成器、緩沖器、天線調(diào)諧器、功率放大器、TX偏置控制、偏置參考以及調(diào)節(jié)電路等組成。

1．2 MICRF022芯片的特點功能
    射頻接收芯片MICRF022是芯片MICRF001的增強(qiáng)型接收器，它在MICRF001的基礎(chǔ)上增加了待機(jī)和喚醒功能。MICRF022有2種操作方式：固定模式(FIX)和掃描方式(SWP)。固定方式即常規(guī)的超外差接收方式，這種方式可以提供較好的選擇性和靈敏度；掃描方式使用寬RF頻譜專利技術(shù)，能夠接收低成本、不精確的發(fā)射信號。
    MICRF022的電氣參數(shù)如下：
    ◇工作頻率為300～440 MHz；
    ◇采用ASK／OOK解調(diào)方式；
    ◇接收靈敏度為－95 dBm (433．92 MHz)；
    ◇數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Kb／s(固定方式)；
    ◇工作電壓為4．75～．5．5 V；
    ◇工作電流為2．2 mA (315 MHz)，待機(jī)電流為0．9μA。
    MICRF022采用8引腳SOIC封裝，圖3所示為MICRF022的引腳排列圖。

2 系統(tǒng)組成及工作原理
    整個系統(tǒng)由發(fā)射系統(tǒng)和接收控制系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)的組成及工作原理如圖4所示。

    系統(tǒng)工作時，首先通過按鍵編址電路輸入所需控制電路的位號，同時啟動編碼電路，指令編碼電路在內(nèi)部電路的控制下將產(chǎn)生帶有地址編碼信息和開關(guān)狀態(tài)信息的編碼脈沖信號，該信號對無線電發(fā)射電路進(jìn)行調(diào)制，再通過無線電發(fā)射電路將該信號發(fā)射出去。無線電接收電路則可將接(b)接收控制系統(tǒng)收到的編碼脈沖信號通過解碼電路進(jìn)行編碼地址確認(rèn)，以確認(rèn)是否為本遙控開關(guān)系統(tǒng)的地址。如果是，則對接收到的信號進(jìn)行譯碼，同時指令譯碼電路輸出有效數(shù)據(jù)信號，并經(jīng)過信號處理控制電路和控制邏輯發(fā)出對應(yīng)的控制指令。如果不是，解碼電路則不解碼，指令譯碼電路也不譯碼，信號處理控制電路不響應(yīng)，開關(guān)電路無任何動作。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
3．1 發(fā)射模塊電路
    發(fā)射系統(tǒng)主要由按鍵編址電路、編碼電路和無線電發(fā)射電路組成。發(fā)射系統(tǒng)模塊電路的原理圖如圖5所示。發(fā)射系統(tǒng)的主要功能首先是對受控電路的開關(guān)進(jìn)行編址，再將編址信息進(jìn)行編碼后得到一編碼脈沖信號，由此信號再調(diào)制無線電發(fā)射電路并發(fā)射出去。

    按鍵編碼電路采用二極管組合邏輯開關(guān)陣列來實現(xiàn)對受控電路開關(guān)進(jìn)行編址，其中指令編碼電路采用編譯碼芯片組PT2262。PT2262的A口是地址碼設(shè)置口，D口是數(shù)據(jù)碼設(shè)置端，分別和二極管組合邏輯開關(guān)陣列的邏輯輸出相連，數(shù)據(jù)從000～101有6種狀態(tài)。發(fā)射模塊電路中采用的射頻芯片為MICRF1020當(dāng)編碼芯片PT2262的數(shù)據(jù)輸出端無信號輸出時，MICRF102不工作，發(fā)射電流為零，而當(dāng)PT2262的控制端有效時，輸出的串行脈沖信號對MICRF102進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，通過調(diào)制電阻R2可調(diào)整發(fā)射電流，從而調(diào)整發(fā)射距離，較小的R2取值可提高發(fā)射距離，而增加二極管開關(guān)陣列則可將系統(tǒng)擴(kuò)展成為多路遙控發(fā)射模塊。
3．2 接收控制電路
    接收控制系統(tǒng)主要由無線電接收電路、解碼電路、單片機(jī)電路、開關(guān)電路組成。接收控制系統(tǒng)的電路原理圖如圖6所示。接收控制系統(tǒng)主要完成的功能是對接收進(jìn)來的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)送單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)此數(shù)據(jù)去控制相應(yīng)的開關(guān)進(jìn)行動作。

    接收控制電路主要由無線電接收電路、指令譯碼電路、信號處理與控制電路和開關(guān)電路組成。無線電接收電路采用與射頻發(fā)射模塊MI-CRF102相配套的射頻接收模塊MICRF022來實現(xiàn)，MICRF022具有較寬的接收帶寬，功耗極低，可長期處于待機(jī)狀態(tài)。MICRF022的輸出端口直接與譯碼芯片PT2272的數(shù)據(jù)輸入端口相連接，當(dāng)接收端的地址碼和發(fā)射端的地址碼設(shè)置完全相同時，譯碼芯片輸出端才有輸出信號，以將輸出信號與無線電發(fā)射電路相對應(yīng)的開關(guān)信息送給信號處理控制電路，由控制電路控制相應(yīng)的開關(guān)動作，否則，譯碼芯片不譯碼，信號處理控制電路不響應(yīng)，開關(guān)電路也無任何開關(guān)動作。信號處理控制電路采用AT89C2051單片機(jī)來實現(xiàn)對輸入信號的處理和對開關(guān)電路的控制。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    本系統(tǒng)中的單片機(jī)主程序流程圖如圖7所示。系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要是通過編程實現(xiàn)單片機(jī)AT89C2051對開關(guān)電路狀態(tài)和控制。單片機(jī)采樣到有效中斷請求信號，便執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，單片機(jī)將根據(jù)I／O口獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的子程序，從而實現(xiàn)對受控電路的控制。充分利用單片機(jī)的軟硬件資源，可以實現(xiàn)對受控電路的多種狀態(tài)的控制，還可以用單鍵來控制多路電路。

5 結(jié)束語
    本系統(tǒng)主要是對遠(yuǎn)程六路遙控編解碼收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)目前已在實驗室全面通過調(diào)試，經(jīng)過數(shù)百次操作實驗的結(jié)果表明，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確無誤，性能穩(wěn)定。本設(shè)計適合開發(fā)各種低成本遙控報警器及各種遙控系統(tǒng)，如家用電器遙控、文教娛樂場館的電器設(shè)備遙控和辦公場所電器遙控等。此系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以給人們的工作和生活帶來很多便利，同時具有較好的推廣應(yīng)用價值。