基于單片機(jī)控制技術(shù)的無線電遙控多通道開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計

　　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。由于無線電波的自身技術(shù)特點(diǎn)可以在很大區(qū)域和空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，成為遙控的主要方式，并在生產(chǎn)、建設(shè)和日常生活中具有廣泛的應(yīng)用價值。

　　為此，在前人研究的基礎(chǔ)上探索出了一種基于單片機(jī)控制技術(shù)的可編程無線電遙控多通道開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計方法。研究表明，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，可實(shí)現(xiàn)多路多功能控制。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 系統(tǒng)分析

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由天線接收部分，信號發(fā)射部分，單片機(jī)控制部分和驅(qū)動部分。由于無線電信號容易受環(huán)境因素的干擾，在沒有專業(yè)設(shè)備的前提下，很難制作成功。無線數(shù)據(jù)傳輸和有線不同，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只在短時間內(nèi)是穩(wěn)定的，時間稍長便會受到干擾，因此在對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時必須采用編碼進(jìn)行傳送，在設(shè)計中，高頻部分選用了專用發(fā)射和接收模塊，同時數(shù)據(jù)的編碼和解碼也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率;控制部分是系統(tǒng)的核心，為了增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性，并且使電路簡單清晰、節(jié)約硬件設(shè)計成本，將成熟單片機(jī)控制技術(shù)引入系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)。系統(tǒng)具體組成如圖1。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　2.2 系統(tǒng)主要電路

　　2.2.1 發(fā)射系統(tǒng)電路

　　發(fā)射系統(tǒng)主要由按鍵編址電路、編碼電路、遙控發(fā)射電路組成。完成按鍵編址電路的主要元器件是優(yōu)先編碼器CD74HC147.CD74HC147 有九個輸入端，四個輸出端，輸入輸出均是低電平有效，并且編碼帶有優(yōu)先級限制，即當(dāng)有大于或者等于2 個輸入時，僅有優(yōu)先級高的那個輸入有效;完成編碼電路的主要元器件是PT2262，它是基于CMOS 工藝制造的一種低功耗低價位通用編碼電路，有l(wèi)2 位三態(tài)地址端管腳，任意組合可提供531441 種地址碼，最多可有6 位數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從l7 腳串行輸出， 用于無線遙控發(fā)射電路; 遙控發(fā)射電路采用315MHz 的無線發(fā)射模塊，它有3 個引腳：電源正極腳、接地腳和串行信號輸入腳。此模塊具有較寬的工作電壓范圍3V~12V，因此當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。這套模塊的特點(diǎn)是發(fā)射功率比較大，傳輸距離比較遠(yuǎn)，適合惡劣條件下進(jìn)行通訊。

　　發(fā)射系統(tǒng)電路示意圖如圖2。

　　圖2 發(fā)射系統(tǒng)電路示意圖

2.2.2 接收系統(tǒng)電路

　　接收系統(tǒng)主要由接收電路、解碼電路、單片機(jī)電路、開關(guān)電路組成。

　　接收系統(tǒng)主要完成的功能是首先對接收進(jìn)來的信號解調(diào)后進(jìn)行解碼，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。

　　無線電接收電路采用與射頻發(fā)射模塊F05C 相配套的射頻接收模塊J04E.J04E 具有較寬的接收帶寬，極低功耗，可長期處于守機(jī)狀態(tài)。J04E 輸出端口直接與PT2272 的數(shù)據(jù)輸入端口連接。

　　解碼電路采用編解碼芯片組PT2262/2272 中的解碼芯片PT2272.該芯片內(nèi)部有地址解碼、振蕩和系統(tǒng)定時、數(shù)據(jù)檢測、同步檢測、控制邏輯、譯碼邏輯電路。PT2272 的A0~A7 端是芯片的地址碼設(shè)置端口，只有接收端的地址碼和發(fā)射端的地址碼設(shè)置完全相同，輸出端才有輸出信號。解碼芯片PT2272 將數(shù)據(jù)輸入端接收到的信號，經(jīng)內(nèi)部電路解碼辨識確認(rèn)。如果所接收到的信號地址碼與本機(jī)地址編碼相同，D0~D3 輸出與無線電發(fā)射系統(tǒng)所發(fā)射的相對應(yīng)的開關(guān)信息給單片機(jī)電路，由單片機(jī)控制相應(yīng)的開關(guān)電路動作。

　　否則，解碼芯片不解碼，單片機(jī)電路不響應(yīng)，開關(guān)電路保持原有的工作狀態(tài)不變。

　　單片機(jī)電路采用AT89C2051 來實(shí)現(xiàn)對輸入信號的處理和開關(guān)電路的控制。AT89C2051 的P1.0~P1.3 端作為數(shù)據(jù)輸入端口，分別和解碼芯片PT2272 的數(shù)據(jù)輸出D3~D0 端連接。PT2272 的有效輸出端輸出的信號作為單片機(jī)外部中斷觸發(fā)信號。當(dāng)外部中斷采樣到有效觸發(fā)信號時，它對P 1.0~P1.3 腳的信號進(jìn)行中斷處理，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電路的狀態(tài)進(jìn)行控制。AT89C2051 的P3.7 腳外接蜂鳴器，對有效的開關(guān)動作進(jìn)行提示。

　　開關(guān)電路由8550 三極管、4007 二極管和繼電器組組成。開關(guān)電路中繼電器屬于強(qiáng)電電路，直接用集成電路芯片不能驅(qū)動，為此在單片機(jī)與繼電器之間必需設(shè)置一個驅(qū)動繼電器的電路。本系統(tǒng)利用三極管的截止和飽和兩個狀態(tài)來關(guān)閉或打開繼電器開關(guān)。圖3中只給出了P1.7 口的開關(guān)控制電路原理圖，對于圖3 中未給出的I/O 口和P1.7 口的連接方法相同，這樣本設(shè)計可以遙控9 路電路。

　　接收系統(tǒng)電路的如圖3 所示。

　　圖3 接收系統(tǒng)電路示意圖

　　3 系統(tǒng)應(yīng)用

　　3.1 系統(tǒng)控制原理

　　系統(tǒng)主要是通過編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對開關(guān)電路的狀態(tài)進(jìn)行控制。充分利用其軟硬件資源，可以實(shí)現(xiàn)對受控電路的多種狀態(tài)進(jìn)行控制，還可以實(shí)現(xiàn)單鍵控制多路電路，利用單片機(jī)控制電路對開關(guān)電路進(jìn)行控制還使得控制電路擴(kuò)展方便，控制靈活。基于單片機(jī)AT89C2051 的軟件解碼主程序流程圖與中斷控制流程圖， 見圖4所示。

　　圖4 單片機(jī)控制流程與中斷處理程序流程圖

　　3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

　　發(fā)射系統(tǒng)通過編碼器對受控電路的開關(guān)進(jìn)行編址，接收系統(tǒng)通過單片機(jī)對受控電路的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，系統(tǒng)擴(kuò)展比較方便，適用于含有較多受控電器的場合，可實(shí)現(xiàn)多路多功能控制（例如，可實(shí)現(xiàn)定時、延時等操作）。采用射頻發(fā)射、接收模塊，安裝調(diào)試方便，電路簡潔，可靠性好，穩(wěn)定性高。采用專用編碼、解碼集成電路，電路內(nèi)部的重復(fù)辨識確認(rèn)提高了系統(tǒng)的可靠性，避免了多個同一結(jié)構(gòu)的無線電遙控開關(guān)系統(tǒng)在有效距離內(nèi)相互干擾問題。

　　4 小結(jié)

　　本文介紹了一種可編程無線遙控多通道開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計方法，詳述了其組成結(jié)構(gòu)和工作原理。該系統(tǒng)采用單片機(jī)對接收到的信號進(jìn)行軟件解碼，避免了采用專用解碼芯片的有關(guān)限制，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性，經(jīng)試驗(yàn)證明是一種可行方案。

　　綜上所述，本文所討論的基于單片機(jī)的多路無線遙控開關(guān)的設(shè)計由于采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)上專用的解碼芯片PT 2272 對接收到的信號進(jìn)行軟件解碼，突破了傳統(tǒng)意義上專用芯片的嚴(yán)格要求與配對使用的限制，在很大程度上擴(kuò)展了該芯片的使用范圍。并且這種方法大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性，并且使電路簡單清晰、節(jié)約了硬件設(shè)計的成本。發(fā)射電路采用特殊的設(shè)計，提高了發(fā)射效率，降低了功耗。本設(shè)計不僅為一種較好的設(shè)計思想，也有非常好的使用和推廣價值。