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无线遥控开关的设计


实习设计论文


2013

) 届

论文题目:

无线遥控开关的设计
学 专 学 姓 院: 电子工程学院 业: 通信工程 号: 名:

指导老师姓名及职称:

2012 年 12 月 20 日


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介绍了一种四路无线遥控开关系统的设计方法, 并对该系统的组成结构和工 作原理进行了详细的说明。主要介绍 315 无线发射模块和无线接收模块,涉及芯 片有 PT2262/PT2272(SC2262/SC2272 本设计采用的是这两个功能及引脚一样)。 该系统采用解码芯片对接收到的信号进行处理,本设计采用 315M 稳频无线电遥 控组件及其他外围设备。 该无线遥控开关电路可控制 4 路开关, 可在中短距离 (≤ 50 米)内,输去有两路通过单片机 C52 控制延迟。 关键词:无线电;遥控;PT2262/PT2272;315MHZ;单片机





近十几年信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而无 线通信技术又有着集成化,低功耗,易操作的发展趋势。目前,一些只由微控制 器和集成射频芯片构成的无线通信模块不断推出, 这种微功率短距离无线数据传 输技术在工业、 民用等领域得到应用广泛。无线射频技术作为本世纪最有发展前 景的信息技术之一, 已经得到业界的高度重视。该技术利用射频方式进行非接触 双向通信,可以自动识别目标对象并获取相关数据,具有精度高、适应环境能力 强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。

设计要求
1、距离至少 20 米 2、通过不同的按键控制开关通断 3、可实现开关通、断、延时关、延时开等功能 (开关用 LED 指示灯代替)

1.1 无线遥控概述
无线遥控器顾名思义,就是一种用来远程控制机器的装置。现代的遥控器, 主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。时至今日,无线遥控 器已经在生活中得到了越来越多的应用,给人们带来了极大的便利。随着科技的 进步无线遥控器也扩展到了许多种类,简单来说常见的有两种,一种是红外遥控 模式, 另一种是防盗报警设备、 门窗遥控、 汽车遥控等等常用的无线电遥控模式。 两者各有不同的优势, 应用的领域也有所区别,本课题要研究的是无线电遥控模 式。

1.2 无线遥控的发展史
无线电遥控技术发展只有几十年的历史:本世纪 20 年代才刚刚出现无线电 遥控的雏形。那时,人们试图将遥控技术应用于无人驾驶飞机和舰船上,但由于 技术不够完善而未能成功。二次世界大战以后,无线电遥控技术发展迅速,并逐 渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。到现今,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,在前人研究的 基础上设计出了一种集成芯片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。 无线电遥控器是利用无线电信号对远方的各种机构进行 控制的遥控设备。 这些信号被远方的接收设备接收后,可以指令或驱动其它各种 相应的机械或者电子设备, 去完成各种操作, 如闭合电路、 移动手柄、 开动电机, 之后再由这些机械进行需要的操作。 作为一种性能良好的遥控器种类, 在车库门、 电动门、道闸遥控控制,防盗报警器,工业控制以及无线智能家居领域得到了广 泛的应用。无线电遥控常用的载波频率为 315mHz 或者 433mHz,遥控器使用的 是国家规定的开放频段,在这一频段内,发射功率小于 10mW、覆盖范围小于 100m 或不超过本单位范围的,可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使 用。我国的开放频段规定为 315mHz 和 433mHz。无线数据传输广泛地运用在车 辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数 据采集系统、无线标签、身份识别、非接触 RF 智能卡、小型无线数据终端、安 全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线 232 数据通信、无线 485/422 数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。

2、本设计主要由发射部分、接收部分及单片机 C52 构成,该电路使 用 DF 无线数据收发模块和编解码集成 PT2262/PT2272(SC2262) 。

2.1 发射部分
发射部分电路图

315M 无线发射接收模块参数介绍 主要技术指标: 1。通讯方式:调幅 AM 2。工作频率:315MHZ/433MHZ

315M 发射模块

3。频率稳定度:±75KHZ 4、发射功率:≤500MW 5、静态电流:≤0.1UA 6、发射电流:3~50MA 7、工作电压:DC 3~12V

数据发射模块的工作频率为 315M,采用声表谐振器 SAW 稳频,频率稳定 度极高,当环境温度在-25~+85 度之间变化时,频飘仅为 3ppm/度。特 别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次 于晶体,而一般的 LC 振荡器频率稳定度及一致性较差,即使采用高品质微 调电容,温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。 发射模块未设编码集成电路, 而增加了一只数据调制三极管 Q1,这种结 构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口,而 不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用 PT2262 或 者 SM5262 等编码集成电路配接时,直接将它们的数据输出端第 17 脚接至 数据模块的输入端即可。 数据模块具有较宽的工作电压范围 3~12V,当电压变化时发射频率基 本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。数据模 块采用 ASK 方式调制,以降低功耗,当数据信号停止时发射电流降为零, 数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合, 否则发射模块将不能正常工作。数据电平应接近数据模块的实际工作电压, 以获得较高的调制效果。 发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘,应离开周围器件 5mm 以 上,以免受分布参数影晌。模块的传输距离与调制信号频率及幅度,发射 电压及电池容量,发射天线,接收机的灵敏度,收发环境有关。一般在开 阔区最大发射距离约 800 米,在有障碍的情况下,距离会缩短,由于无线 电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域,不同的收 发环境会有不同的收发距离。 编码芯片 PT2262 是台湾普城公司生产的 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用 编码电路。PT2262 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平, 接低电平), 任意组合可提供 531441 地址码,最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚, 设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出。图 3 为编码集成 PT2262 引脚图。

PT2262 工作电压范围宽(2.6V~15V),其中 A0-A11 为地址管脚,用于进行地 址编码,可置为“0”,“1”或“f”(悬空) 。D0-D5 为数据输入端,有一个为 “1”即有编码发出,内部下拉。TE 为编码启动端,低电平有效。OSC1、OSC2 分别为振荡电阻的输入和输出端,外接电阻决定振荡频率。Dout 为编码输出端, 平时为低电平,可以直接调制发射模块发射信号。 平时没有按按钮时,编码集成 SC2262 处于断电状态,无线数据发射模块没 有发射信号。当按钮 S1~S4 任何一个按下时,三极管 Q1 导通,编码集成 SC2262 开始工作,它根据数据输入端 D0~D4 的电平进行编码,编码信号由:地址码、数 据码、 同步码组成一个完整的码字。该编码信号经无线数据发射模块进行调制后 经天线发射到周围的空间。 如果按钮一直按住则发射模块连续发射无线信号。当 编码集成 SC2262 第 17 脚为低电平期间 315MHz 的高频发射电路停止振荡,所以 高频发射电路完全受控于 SC2262 的 17 脚输出的数字信号, 从而对高频电路完成 幅度键控(ASK 调制)相当于调制度为 100%的调幅。

2.2 接收模块
接收模块电路图

该部分电路主要由 315MHz 无线数据接收模块解码集成 PT2272。当无线接收模块 收到空间的 315MHz 信号时,经放大、变频、滤波等处理后输出控制信号,送到 解码集成 IC1 第 14 脚进行处理。 315M 接收模块技术指标

315M 超再生接收模块

超再生接收模块的体积:30x13x8 毫米 主要技术指标: 1、通讯方式:调幅 AM 2、工作频率:315MHZ/433MHZ 3、频率稳定度:±200KHZ 4、接收灵敏度:-106DBM 5、静态电流:≤5MA 6、工作电流:≤5MA 7、工作电压:DC 5V 8、输出方式:TTL 电平 接收模块的工作电压为 5 伏,静态电流 4 毫安,它为超再生接收电路, 接收灵敏度为-105dbm,接收天线最好为 25~30 厘米的导线,最好能竖立 起来。接收模块本身不带解码集成电路,因此接收电路仅是一种组件,只 有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用,这种设计有很多 优点,它可以和各种解码电路或者单片机配合,设计电路灵活方便。 接收 模块采用 SMD 贴片工艺制造生产,为超再生接收方式,它内含放大整形及解码 电路,使用极为方便,这种电路的优点在于: 1、天线输入端有选频电路,而不依赖 1/4 波长天线的选频作用,控制 距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线 2、输出端的波形在没有信号比较干净,干扰信号为短暂的针状脉冲, 而不象其它超再生接收电路会产生密集的噪声波形,所以抗干扰能力较强。 3、模块自身辐射极小,加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用, 可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。 4、采用带骨架的铜芯电感将频率调整到 315M 后封固,这与采用可调 电容调整接收频率的电路相比,温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有 极大改善。可调电容调整精度较低,只有 3/4 圈的调整范围,而可调电感可 以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固,因为无论导体还是绝缘 体,各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化,进而影响接收频

率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移;温 度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变;湿度变化因介质变化改变 容量;长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量,这些都 会严重影响接收频率的稳定性,而采用可调电感就可解决这些问题,因为 电感可以在调整完毕后进行封固,绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。 超再生接收模块有七个引出端,分别为 VCC、D1、D2、D3、D4、VT、GND, 其中 VCC 为 5V 供电端,GND 为接地端, VT 端为解码有效输出端,D1、D2、 D2、D4 是解码芯片 PT2272(SC2272)集成电路的输出脚,为四位数据锁存输出端, 有信号时能输出 5V 左右的高电平,驱动电流约 2mA,与发射器上的四为个按键 一一相对应。 实物图

315MHz 无线数据接收模块有超再生式接收模块和超外差式接收模块两种,超再 生和超外差电路性能各有优缺点。超再生式接收模块接收灵敏度为-105dBm,抗 干扰能力差,频率受温度漂移大,采用带骨架的铜芯电感将频率调整到 315MHz 后封固,这与采用可调电容调整接收频率的电路相比,温度、湿度稳定性及抗机 械振动性能都有极大改善。超外差式接收模块抗干扰能力较强,自身辐射极小, 背面有网状接地铜箔屏蔽, 可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入;输 出端的波形在没有信号时比较干净,干扰信号为短暂的针状脉冲,不象超再生式 接收电路会产生密集的噪声波形,但近距离强信号时可能有阻塞现象。 本制作因工作环境不是非常恶劣,为了降低成本而采用了超再生式接收模 块。超再生式接收模块的工作电压为 5 伏,静态电流 4 毫安,使用时最好接上 25~30 厘米的导线作为天线。

解码集成 PT2272 也是台湾普城公司生产的 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通 用解码电路, 它与编码集成 PT2262 配对使用。 下图为解码集成 PT2272 的引脚图。

PT2272 解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有 L4/M4/L6/M6 之分, 其中 L 表示锁存输出, 数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下 次遥控数据发生变化时改变。M 表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而 且和发射端是否发射相对应, 可以用于类似点动的控制。后缀的 6 和 4 表示有几 路并行的控制通道,当采用 4 路并行数据时(PT2272-M4),对应的地址编码应该 是 8 位, 如果采用 6 路的并行数据时(PT2272-M6),对应的地址编码应该是 6 位。 本制作使用后缀为 L4 的 PT2272 解码芯片(SC2272-T4) 。 PT2272 工作电压为 5V,其中 A0-A11 为地址管脚,用于进行地址编码,可置 为“0”,“1”或“f”(悬空) ,但必须与 PT2262 一致,否则不解码。D0-D3 为数据管脚, 当地址码与 PT2262 一致时,数据管脚输出与 PT2262 数据端对应的 高电平,锁存型只有在接收到下一数据时才能转换。DIN 为数据信号输入端,来 自接收模块输出端。OSC1、OSC2 分别为振荡电阻的输入和输出端,外接电阻决 定振荡频率(PT2262/ PT2272 发射和接受的电阻匹配一般有,4.7M 820K,3.3M 680K,2.2M 470K,1.5M 220K,1.2M 200K) 。VT 为解码有效确认端,高电平有 效。 平时无线接收模块 D1 没有接收到空间的 315MHz 信号时,输出的只是干扰信 号,解码集成 SC2272-T4(IC1)输出端 D0~D3 均为低电平。当无线接收模块收 到空间的 315MHz 信号时,经放大、变频、滤波等处理后输出控制信号,送到解 码集成 IC1 第 14 脚进行解码。只有 SC2272 的地址端的电平状态与发射部分的 SC2262 的地址端一致时,对应的数据端才有高电平输出。 放大部分由 LM358 完成 LM358 里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放,适用于电 压范围很宽的单电源, 而且也适用于双电源工作方式,它的应用范围包括传感放 大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。

3.1 机延迟控制
延迟部分主要由单片机 STC89C52RC 控制 LED4,LED5 延迟开、关。 电路图如下

上电路图中 LED1、LED2、LED3 分别接接受模块的 D0、D1、VT。LED4、LED5 分别接单片机的 P0.0 和 P0.1。 而接收模块的 D2/D3 分别接单片机的 P1.2 和 P1.4。

3.2 延迟程序如下;
#include <reg52.h> sbit led4=P0^0; sbit led5=P0^1; sbit sky1=P1^2;

sbit sky2=P1^4; void delay_5s(unsigned int x); void main() { while(1) { int i; if(sky1==0) { for(i=0;i<20;i++)delay_5s(500000); led4=0; } else led4=1; if(sky2==0) led5=0; else { for(i=0;i<20;i++)delay_5s(500000); led5=1; } } } void delay_5s(unsigned int x) { while(x--); }

4、结论
在本次实习设计课题的研究中,我大有收获。首先在选择实习设计课题时, 我本着巩固所学理论知识, 加强实际动手能力,增加对现代科技特别是通信方面 的了解, 圆满完成大学本科学业的想法,选了无线遥控开关的设计这一实际而又 有挑战性的课题。 经过三年学习的积累, 在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情 况下,我认真严肃的完成了我的实习设计。这次实习设计历时 2 月,从一开始的 确定课题,到后来的资料查找、理论学习,再有就是近来的调试和测试过程,这

一切都使我的理论知识和动手能力得到很大的加强, 可以说是对电路知识的一次 全面综合。 在通信理论的学习和实际电路的识别、分析以及后来的测试过程中不 可避免地遇到各种问题, 这要求保持沉着冷静积极地思考,实在解决不了可以请 教同学或指导老师。这次毕业设计还是对我的钻研精神,面对困难的心态,做事 的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做实习设计的意义所在, 和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。 为完成这次实习设计, 我复习巩固了所学的电子电路等课程知识为深入认识 当今无线通信的技术及发展,我在图书馆、互连网上查阅了大量的相关知识。在 对无线遥控开关电路的分析与研究中, 我对现在通信类设备的工业制造有了较实 际的认识, 并对部分流行的通信类芯片有了一定的了解。并且制作了一套无线遥 控开关板,通过近几次的测试与调试后,测试了无线遥控开关的实际通信距离, 得到了部分合理数据,并进行认真的分析,得出结论,基本完成了本次实习设计 任务。通过理论的系统学习和实际电路的学习、研究,我系统的掌握了无线遥控 开关的工作原理, 特别是无线遥控射频接收部分电路原理;结合射频技术和现代 通信科技的发展,我具体分析了无线遥控电路的设计。

5、参考文献
[1] 孙江宏 ,李良玉. Protel 99 电路设计与应用[M].北京:机械工业出版 社,2006 [2] [3] [4] [5] 胡宴如,耿苏燕. 高频电子线路. 杨素行. 高等教育出版社. 2008 高等教育出版社. 2005 人民邮电出版社. 2007 模拟电子技术基础简明教程.

田希晖,薛亮儒. C51 单片机技术教程.

康华光, 电子技术基础数字部分(第五版). 高等教育出版社. 2005


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