智能家居MCU與RF遙控器電路設(shè)計(jì)

智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、 安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

原理分析

本文采用IAI公司的無線系列芯片結(jié)合MICROCHIP的PIC系列單片機(jī)開發(fā)出一系列的智能家居方案。IAI公司的無線芯片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，芯片內(nèi)部集成了FSK無線收發(fā)必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI、數(shù)據(jù)質(zhì)量偵測(cè)DQD、電池電壓偵測(cè)、AFC和微控制器等，同時(shí) MICROCHIP的PIC系列芯片單片機(jī)具有低功耗、高穩(wěn)定性、抗干擾性好等特點(diǎn)。

接口電路如下：

圖1 無線燈光控制電路

圖2 非隔離電源電路圖

非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，如圖2所示，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個(gè)IC當(dāng)中，設(shè)計(jì)過程可得到極大地簡化。電路路中所用元件數(shù)目很少，無需變壓器，即可以利用設(shè)計(jì)速成部分，使用標(biāo)準(zhǔn)元件完成常用輸出電壓和電流的設(shè)計(jì)。

圖3 無線模塊連接電路

無線模塊連接電路如圖3所示，PHY只需使用5個(gè)I/O口即可工作，同時(shí)采用SPI兼容的控制接口作為數(shù)據(jù)通訊接口，我們測(cè)試板也正是使用這種方式與 PHY模塊進(jìn)行連接的。各個(gè)接口功能如下：SCK：SPI串口時(shí)鐘輸入;SDI：SPI串口數(shù)據(jù)輸入;NSEL：SPI片選輸入(低電平有效);SDO：SPI串口數(shù)據(jù)輸出;NIRQ：中斷請(qǐng)求輸出(低電平有效);PHY模塊用作數(shù)據(jù)。該模塊具有體積小、功耗底等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于無線設(shè)備上。

RF60無線模塊遙控器

遙控器有許多不同的尺寸和形狀，而且選擇的無線技術(shù)也不盡相同。作為產(chǎn)品配件，其廣泛用于消費(fèi)類電子領(lǐng)域。

RF遙控器有其共有的特性，如圖4結(jié)構(gòu)簡圖所示。RF遙控器的基本組件包括：為用戶提供輸入命令的按鍵;把用戶命令轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息的MCU;用于調(diào)制和發(fā)射消息的RF發(fā)射器;天線;為遙控器提供動(dòng)力的電池。制造商在設(shè)計(jì)RF遙控器時(shí)所面臨的共同挑戰(zhàn)，是如何提供穩(wěn)定的最大傳輸距離、確保更長的電池壽命和維持較低的系統(tǒng)成本。

圖4：RF遙控器結(jié)構(gòu)簡圖

最大化傳輸距離涉及使用盡可能大的功率，同時(shí)提供一個(gè)高靈敏度的接收器，因?yàn)榭偘l(fā)射距離是發(fā)射器輸出功率和接收器靈敏度共同作用的結(jié)果。從遙控器端來說，設(shè)計(jì)目標(biāo)是構(gòu)建符合法規(guī)限制的最大輸出功率，這也意味著所有遙控器應(yīng)具有相同的輸出性能，因?yàn)樗鼈兌家舷嗤ㄒ?guī)限制。

RF60發(fā)射器是業(yè)界第一款單芯片(RF+MCU)遙控器IC，只需要一個(gè)外部旁路電容、一塊PCB、電池和一塊帶按鍵的外殼，即可構(gòu)成一個(gè)完整的遙控器。圖5是RF60功率放大器和天線調(diào)諧電路的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖5：RF60天線調(diào)諧框圖

通過調(diào)整片上與天線自感產(chǎn)生共振的可變電容器，RF60可以最大化發(fā)射天線效率。這些自動(dòng)的電容器調(diào)整通過補(bǔ)償天線匹配電路的失諧使遙控器的發(fā)射功率最大化，并通過允許放寬PCB天線制造公差來降低設(shè)計(jì)成本。