相對于有線(xiàn)遙控，無(wú)線(xiàn)遙控不受距離的影響，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來(lái)的故障隱患，給人們的日常工作和生活帶來(lái)了更多的便利。隨著(zhù)數字處理技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)數字通信技術(shù)日趨成熟，其抗干擾能力強和易于對數字信號進(jìn)行各種處理等優(yōu)點(diǎn)，使得無(wú)線(xiàn)遙控系統的抗干擾性能逐步提高，安全性能大大改善。目前的無(wú)線(xiàn)遙控領(lǐng)域主要有超聲波遙控、紅外線(xiàn)遙控及無(wú)線(xiàn)電遙控。相對于超聲波遙控和紅外線(xiàn)遙控， 無(wú)線(xiàn)電遙控是利用無(wú)線(xiàn)電信號在空氣中傳播，根據無(wú)線(xiàn)電波的頻率來(lái)遙控，可穿透一定的障礙物，傳播距離較遠，因此成為無(wú)線(xiàn)遙控領(lǐng)域的首選，在國防、軍事、科研和日常工作生活領(lǐng)域應用越來(lái)越廣。
采用Silicon Laboratories 研制的無(wú)線(xiàn)發(fā)射芯片Si4010、無(wú)線(xiàn)接收芯片Si4313和C8051F920 單片機設計并制作的頻率為433.92 MHz 的無(wú)線(xiàn)電遙控多路開(kāi)關(guān)系統，結構簡(jiǎn)單，性能穩定，控制方便，適用于含有較多受控電器的場(chǎng)合，并可實(shí)現多路多功能控制。
1 系統工作原理
無(wú)線(xiàn)電遙控多路開(kāi)關(guān)系統由無(wú)線(xiàn)電發(fā)射電路和無(wú)線(xiàn)電接收控制電路兩大部分組成。系統組成框圖如圖1 所示。
圖1 系統組成框圖
開(kāi)關(guān)系統工作原理是首先通過(guò)按鍵電路輸入所需控制開(kāi)關(guān)電路的位號，同時(shí)啟動(dòng)指令編碼電路，指令編碼電路在內部電路的控制下產(chǎn)生帶有地址編碼信息和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息的編碼脈沖信號，該脈沖信號對載波信號進(jìn)行調制，調制后載波信號經(jīng)放大和調諧由射頻發(fā)射電路發(fā)射出去。無(wú)線(xiàn)電接收電路接收到載波調制信號后，由解調解碼電路對載波調制信號進(jìn)行解調得到編碼脈沖信號， 再進(jìn)行編碼地址確認，確認是否為本遙控開(kāi)關(guān)系統地址。如果所接收到的信號地址碼與本機地址編碼相同，則對編碼脈沖信號進(jìn)行譯碼并輸出數據，由單片機電路控制相應的開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作。否則，不進(jìn)行譯碼，單片機控制電路不響應，開(kāi)關(guān)電路無(wú)任何動(dòng)作。
2 硬件介紹
2.1 Si4010 簡(jiǎn)介
Silicon Laboratories 的Si4010 射頻發(fā)射器為單芯片遙控IC，僅需一個(gè)外部旁路電容、一塊印制電路板、電池和一個(gè)帶按鍵的外殼便能構成完整的無(wú)線(xiàn)電遙控器。采用專(zhuān)利高可靠性的無(wú)晶體振蕩器架構，無(wú)需外部時(shí)鐘源，也不受沖擊和震動(dòng)影響。其載波頻率精確度在商業(yè)溫度范圍內為±150 ppm，在工業(yè)溫度范圍內則可達±250 ppm， 它的精確度比傳統的(SAW)發(fā)射器高出兩倍，且無(wú)需使用外部晶體振蕩器。具備自動(dòng)天線(xiàn)調諧，該功能可最大化發(fā)射距離，提供穩定的輸出功率，有效減少對遙控器的不利影響。包含一個(gè)嵌入式兼容8051 微控制器，內具1 個(gè)4 kB 的RAM、1 個(gè)8 kB 的一次性編程(OTP)非易失性?xún)却妗? 個(gè)128 位EEPROM 以及用于函數庫(library)功能的12 kB ROM，該微控制器上的數字外圍功能包括觸控喚醒GPIO、1 個(gè)專(zhuān)利技術(shù)的可提供100 萬(wàn)次讀寫(xiě)壽命的20 位EEPROM、1 個(gè)LED 驅動(dòng)器、1 個(gè)休眠定時(shí)器、1 個(gè)調試器， 以及1 個(gè)可提供安全單向鏈路的高速128位高級加密標準(AES)加速器。Si4010 的工作電壓范圍為1.8～3.6 V，可提供超低的電流消耗(小于10nA 的待機電流和小于20 mA 的峰值電流)以及低功耗觸控喚醒模式。支持FSK、OOK 調制模式， 支持PCB 環(huán)形天線(xiàn)， 工作頻帶為27～960 MHz，芯片內部還包含LDO、溫度傳感器及低電壓檢測報警等。
2.2 Si4313 簡(jiǎn)介
Silicon Laboratories 的Si4313 芯片是單端通用ISM 頻段接收器， 工作頻率為240～960 MHz， 可編程接收頻率帶寬為2.6～260 kHz， 接收靈敏度為-118 dBm， 數據速率為0.2～128 kb/s，采用FSK、GFSK 和OOK 調制方案，支持調頻、單電容調諧網(wǎng)絡(luò )，支持PCB 環(huán)形天線(xiàn)，工作電源電壓為1.8～3.6 V，具備超低功耗、高靈活低關(guān)機模式。內部功能包括：?jiǎn)拘延嫊r(shí)器、自動(dòng)頻率校準、前端碼偵測、無(wú)線(xiàn)電信號強度檢測、集成電壓調節器、片內振蕩器、64 kB FIFO 等。
3 系統硬件電路設計
3.1 無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統
無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統主要由按鍵電路、編碼調制電路、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射電路組成。無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統的電路原理圖如圖2 所示。
圖2 發(fā)射系統電路原理圖
無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統是以Si4010 為核心來(lái)設計。Si4010 的4 個(gè)輸入輸出端口與按鍵直接相連， 內部電路可直接采集按鍵狀態(tài)信息。Si4010 的信號差分輸出端TXM、TXP 分別與環(huán)形天線(xiàn)的兩端連接， 環(huán)形天線(xiàn)直接印制在PCB 板上，減少了發(fā)射系統體積。采用C2 接口編程，Si4010 的C2DATA、C2CLK 端口與JTAG 接口的4 個(gè)端口相連。C3、C4、C5組成電源濾波電路。發(fā)光二極管提供按鍵動(dòng)作指示，當有按鍵按下時(shí)，放光二極管亮，沒(méi)有按鍵按下，放光二極管滅。無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統的主要功能是在Si4010 內部MCU的控制下采集按鍵電路的狀態(tài)信息， 實(shí)現數據加密和編碼，再進(jìn)行FSK 調制，調制后信號經(jīng)放大調諧，由環(huán)形天線(xiàn)發(fā)射出去。
3.2 無(wú)線(xiàn)電接收系統
無(wú)線(xiàn)電接收系統主要由無(wú)線(xiàn)電接收電路、解調解碼、單片機控制電路及開(kāi)關(guān)電路組成。無(wú)線(xiàn)電接收系統電路原理如圖3 所示。
圖3 接收系統電路原理圖
接收解調電路采用與射頻發(fā)射模塊相配套的無(wú)線(xiàn)接收芯片Si4313 來(lái)實(shí)現�？刂茊卧捎肅8051F920 單片機。
Si4313 的RX 端口經(jīng)電容C1與天線(xiàn)相連， 接收遙控調制載波信號。Si4313 與單片機之間的通信是通過(guò)SPI 總線(xiàn)實(shí)現，SPI 總線(xiàn)讀寫(xiě)操作由以下幾部分組成：讀寫(xiě)標志(1 bit)，地址(7 bits)和數據(8 bits)。讀寫(xiě)標志位指示當前操作是讀還是寫(xiě);7 位地址指示操作對象， 可尋址128 個(gè)8 位控制寄存器中的任意一個(gè); 數據域包含寫(xiě)入或讀出的Si4313 內部寄存器的內容。Si4313 的SCLK、SDI、SDO、nSEL、nIRQ 端口分別與單片機的P0.0～P0.4 端口相連。SCLK 為時(shí)鐘接口;SDI為串行數據寫(xiě)入端口， 由單片機對Si4313 進(jìn)行數據寫(xiě)入;SDO 為串行數據輸出端口， 解調后數字信號由此端口輸出至單片機。單片機P1.0～P1.3 為控制端口，與開(kāi)關(guān)電路相連。
無(wú)線(xiàn)電接收系統的主要功能是接收遙控載波調制信號，經(jīng)解調解碼電路對調制信號解調和解碼，串行輸出至單片機，由單片機進(jìn)行數據處理， 再通過(guò)控制端口控制開(kāi)關(guān)電路相應的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
