基于单片机系统的无线遥控技术的设计原理

介绍了一种可编程无线遥控多通道开关系统的设计方法，详述了其组成结构和工作原理。该系统采用单片机对接收到的信号进行软件解码，避免了采用专用解码芯片的有关限制，可以增强系统的扩展性和灵活性，经试验证明是一种可行方案。

1 引言

随着集成电路技术的飞速发展，基于各类芯片新型遥控的不断出现。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。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。由于无线电波的自身技术特点可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，并在生产、建设和日常生活中具有广泛的应用价值。为此，在前人研究的基础上探索出了一种基于单片机控制技术的可编程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。

2 系统设计

2.1 系统分析

系统结构主要由天线接收部分，信号发射部分，单片机控制部分和驱动部分。由于无线电信号容易受环境因素的干扰，在没有专业设备的前提下，很难制作成功。无线数据传输和有线不同，传输的数据只在短时间内是稳定的，时间稍长便会受到干扰，因此在对数据进行传输时必须采用编码进行传送，在设计中，高频部分选用了专用发射和接收模块，同时数据的编码和解码也用了硬件完成，因此大大提高了制作的成功率；控制部分是系统的核心，为了增强了系统的扩展性和灵活性，并且使电路简单清晰、节约硬件设计成本，将成熟单片机控制技术引入系统控制环节。系统具体组成如图1。

图1 系统结构框图

2.2 系统主要电路

2.2.1 发射系统电路

发射系统主要由按键编址电路、编码电路、遥控发射电路组成。完成按键编址电路的主要元器件是优先编码器CD74HC147.CD74HC147 有九个输入端，四个输出端，输入输出均是低电平有效，并且编码带有优先级限制，即当有大于或者等于2 个输入时，仅有优先级高的那个输入有效；完成编码电路的主要元器件是PT2262,它是基于CMOS 工艺制造的一种低功耗低价位通用编码电路，有l2 位三态地址端管脚，任意组合可提供531441 种地址码，最多可有6 位数据端管脚，设定的地址码和数据码从l7 脚串行输出， 用于无线遥控发射电路； 遥控发射电路采用315MHz 的无线发射模块，它有3 个引脚：电源正极脚、接地脚和串行信号输入脚。此模块具有较宽的工作电压范围3V~12V,因此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。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，适合恶劣条件下进行通讯。

发射系统电路示意图如图2。

图2 发射系统电路示意图

2.2.2 接收系统电路

接收系统主要由接收电路、解码电路、单片机电路、开关电路组成。

接收系统主要完成的功能是首先对接收进来的信号解调后进行解码，解码后的数据送单片机，由单片机根据此数据去控制相应的开关进行动作。

无线电接收电路采用与射频发射模块F05C 相配套的射频接收模块J04E.J04E 具有较宽的接收带宽，极低功耗，可长期处于守机状态。J04E 输出端口直接与PT2272 的数据输入端口连接。

解码电路采用编解码芯片组PT2262/2272 中的解码芯片PT2272.该芯片内部有地址解码、振荡和系统定时、数据检测、同步检测、控制逻辑、译码逻辑电路。PT2272 的A0~A7 端是芯片的地址码设置端口，只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。解码芯片PT2272 将数据输入端接收到的信号，经内部电路解码辨识确认。如果所接收到的信号地址码与本机地址编码相同，D0~D3 输出与无线电发射系统所发射的相对应的开关信息给单片机电路，由单片机控制相应的开关电路动作。

否则，解码芯片不解码，单片机电路不响应，开关电路保持原有的工作状态不变。

单片机电路采用AT89C2051 来实现对输入信号的处理和开关电路的控制。AT89C2051 的P1.0~P1.3 端作为数据输入端口，分别和解码芯片PT2272 的数据输出D3~D0 端连接。PT2272 的有效输出端输出的信号作为单片机外部中断触发信号。当外部中断采样到有效触发信号时，它对P 1.0~P1.3 脚的信号进行中断处理，实现对开关电路的状态进行控制。AT89C2051 的P3.7 脚外接蜂鸣器，对有效的开关动作进行提示。

开关电路由8550 三极管、4007 二极管和继电器组组成。开关电路中继电器属于强电电路，直接用集成电路芯片不能驱动，为此在单片机与继电器之间必需设置一个驱动继电器的电路。本系统利用三极管的截止和饱和两个状态来关闭或打开继电器开关。图3中只给出了P1.7 口的开关控制电路原理图，对于图3 中未给出的I/O 口和P1.7 口的连接方法相同，这样本设计可以遥控9 路电路。

接收系统电路的如图3 所示。

图3 接收系统电路示意图

3 系统应用

3.1 系统控制原理

系统主要是通过编程实现单片机对开关电路的状态进行控制。充分利用其软硬件资源，可以实现对受控电路的多种状态进行控制，还可以实现单键控制多路电路，利用单片机控制电路对开关电路进行控制还使得控制电路扩展方便，控制灵活。基于单片机AT89C2051 的软件解码主程序流程图与中断控制流程图， 见图4所示。

图4 单片机控制流程与中断处理程序流程图

3.2 系统结构分析

发射系统通过编码器对受控电路的开关进行编址，接收系统通过单片机对受控电路的开关状态进行控制，系统扩展比较方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制（例如，可实现定时、延时等操作）。采用射频发射、接收模块，安装调试方便，电路简洁，可靠性好，稳定性高。采用专用编码、解码集成电路，电路内部的重复辨识确认提高了系统的可靠性，避免了多个同一结构的无线电遥控开关系统在有效距离内相互干扰问题。

4 小结

综上所述，本文所讨论的基于单片机的多路无线遥控开关的设计由于采用单片机代替传统上专用的解码芯片PT 2272 对接收到的信号进行软件解码，突破了传统意义上专用芯片的严格要求与配对使用的限制，在很大程度上扩展了该芯片的使用范围。并且这种方法大大增强了系统的扩展性和灵活性，并且使电路简单清晰、节约了硬件设计的成本。发射电路采用特殊的设计，提高了发射效率，降低了功耗。本设计不仅为一种较好的设计思想，也有非常好的使用和推广价值。