無(wú)線遙控電燈開(kāi)關(guān)

曹樹(shù)偉，鮑曉娟

（1.赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院；2.赤峰學(xué)院 遠(yuǎn)程教育學(xué)院.，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

在現(xiàn)代家庭居室中，大多是三室兩廳式的布局，每個(gè)房間都要有電燈，這就為電燈開(kāi)關(guān)的控制帶來(lái)了許多不便，例如黑暗環(huán)境下開(kāi)燈時(shí)摸黑找開(kāi)關(guān)的不便；晚上休息時(shí)，關(guān)燈回臥室時(shí)摸黑行走的不便，忘記關(guān)閉其他房間的電燈，來(lái)回走動(dòng)關(guān)燈的不便；黑暗環(huán)境下走動(dòng)容易觸碰到障礙物造成摔跤等意外，對(duì)于老人、小孩、行動(dòng)不便者尤其如此.為了解決這些不便，遙控開(kāi)關(guān)的使用就有了價(jià)值.遙控開(kāi)關(guān)可以讓你在家中隨時(shí)隨地地控制任意房間的電燈開(kāi)關(guān).

無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)是采用射頻識(shí)別技術(shù)，用無(wú)線遙控器控制各類(lèi)燈具的一種新型智能開(kāi)關(guān)，可對(duì)室內(nèi)一個(gè)或者多個(gè)燈具的控制.無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)滿足了對(duì)家用燈具進(jìn)行便捷開(kāi)關(guān)控制的需要，具有以下功能：能夠在室內(nèi)任意位置進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，通過(guò)不同的遙控按鍵控制多個(gè)家用電器開(kāi)關(guān)；保留了墻壁開(kāi)關(guān)功能，既可以用墻壁開(kāi)關(guān)控制，又可以用遙控器控制；安裝方便，直接替換原有墻壁開(kāi)關(guān)即可，無(wú)須更改線路；可以按照需求自由設(shè)定遙控按鍵所控制的電燈，可以是一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)居室的電燈開(kāi)關(guān)，同時(shí)也可以設(shè)定一個(gè)按鍵控制多個(gè)電燈的開(kāi)和關(guān)；具有一鍵關(guān)閉所有電燈開(kāi)關(guān)的功能.

2 工作原理流程圖及相關(guān)器件參數(shù)

遙控按鍵操作編碼并發(fā)送接收并解碼鎖存指令并驅(qū)動(dòng)繼電開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)按鍵復(fù)位.

工作原理簡(jiǎn)介：用戶按下無(wú)線遙控器按鍵，由無(wú)線開(kāi)關(guān)遙控器進(jìn)行編碼并轉(zhuǎn)換成無(wú)線電波發(fā)送至墻壁上的遙控開(kāi)關(guān)，再由墻壁上的遙控開(kāi)關(guān)解碼，輸出高低電平來(lái)控制繼電器開(kāi)關(guān)通斷動(dòng)作，從而進(jìn)行亮燈滅燈控制.同時(shí)，在墻壁遙控開(kāi)關(guān)上留有開(kāi)關(guān)按鈕，以供用作普通機(jī)械開(kāi)關(guān)作用（即圖中的開(kāi)關(guān)按鍵復(fù)位框）.

圖1

相關(guān)器件簡(jiǎn)介

器件清單：

PT2262 1個(gè)、PT2272 3個(gè)、DF發(fā)送模塊1個(gè)、DF接收模塊3個(gè)、JK觸發(fā)器1個(gè)、按鍵開(kāi)關(guān)5個(gè)、LED燈2個(gè)、繼電開(kāi)關(guān)（每開(kāi)關(guān)配1個(gè)）、1.2M電阻1個(gè)、200K電阻1個(gè).

T2262/2272編解碼芯片

編碼芯片T2262/2272及管腳說(shuō)明管腳.

圖2

PT2262管腳說(shuō)明（見(jiàn)表1）

PT2272管腳說(shuō)明（見(jiàn)表2）

表1

圖3

PT2262/2272地址碼的設(shè)定:

發(fā)射端PT2262芯片地址引腳A0～A11和接收端PT2272地址引腳A0～A11引腳的編碼完全相同，兩芯片才能配對(duì)使用.當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收芯片PT2272對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)端輸出約4V互鎖高電平控制信號(hào)，同時(shí)VT端也輸出解碼有效高電平信號(hào).輸出信號(hào)接入JK觸發(fā)器作為控制信號(hào).

振蕩電阻:

PT2262和PT2272外接振蕩電阻必須匹配，否則接收距離會(huì)變近或無(wú)法接收，阻值越大振蕩頻率越低，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時(shí)間越長(zhǎng).相對(duì)來(lái)說(shuō)PT2262用1.2M，PT2272用200K配套發(fā)射效果比較好.

表2

工作電壓在3-5V比較可靠，最低工作電壓2.4V沒(méi)有問(wèn)題，最高工作電壓超過(guò)5V易燒毀.2272的地址端高電平不得超過(guò)18腳的工作電壓.

配套參考表：

表3

DF無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊

DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，頻率穩(wěn)定度極高.DF發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而采用了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管Q1，用PT2262編碼集成電路配接時(shí)，直接將它們的數(shù)據(jù)輸出端第17腳接至DF數(shù)據(jù)模塊的輸入端即可.

圖4 無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

DF數(shù)據(jù)模塊工作電壓范圍較寬，約為3～12V，當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無(wú)需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收.當(dāng)電壓5V時(shí)約100～180米，當(dāng)電壓9V時(shí)約280～450米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時(shí)，為最佳工作電壓，發(fā)射效果較好，發(fā)射電流約60毫安，空曠地傳輸距離700～800米.當(dāng)電壓大于l2V時(shí)功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高.天線最好選用25厘米長(zhǎng)的導(dǎo)線，因?yàn)闊o(wú)線電信號(hào)傳輸時(shí)受很多因素的影響.數(shù)據(jù)信號(hào)與DF發(fā)射模塊輸入端可以用電阻或者直接連接而不能用電容耦合，否則DF發(fā)射模塊將不能正常工作.數(shù)據(jù)電平應(yīng)接近DF數(shù)據(jù)模塊的實(shí)際工作電壓，以獲得較好的調(diào)制效果.

DF發(fā)射發(fā)射模塊最好能垂直安裝在主板的邊緣，應(yīng)離開(kāi)周?chē)骷?mm以上，以免受分布參數(shù)影晌.

DF超再生式接收模塊

圖5 DF超再生接收模塊的電路圖

DF接收模塊的工作電壓為5伏.接收模塊本身不帶解碼集成電路，接收電路僅是一種組件.電路優(yōu)點(diǎn)：（1）天線輸入端有選頻電路，而不依賴(lài)1/4波長(zhǎng)天線的選頻作用，控制距離較近時(shí)可以去掉外接天線.（2）抗干擾能力較強(qiáng).（3）自身輻射極小，減少了自身振蕩的泄漏和外界干擾信號(hào)的影響.（4）溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機(jī)械振動(dòng)性能優(yōu)良.DF無(wú)線數(shù)傳輸模塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：DF數(shù)據(jù)模塊的最大傳輸數(shù)據(jù)速率為9.6KB/s，一般控制在2.5KB/s左右.2、碼組格式推薦方案：前導(dǎo)碼＋同步碼＋數(shù)據(jù)幀DF接收模塊工作時(shí)一般輸出的是高電平脈沖，不是直流電平，調(diào)試時(shí)可用一個(gè)發(fā)光二極管串一個(gè)3KΩ的電阻來(lái)監(jiān)測(cè)DF模塊的輸出狀態(tài)，亮則有輸出，不亮則無(wú)輸出.DF無(wú)線數(shù)據(jù)模塊和PT2262/PT2272專(zhuān)用編解碼芯片使用時(shí)，直接連接即可正常工作，一般實(shí)用距離在200米以?xún)?nèi).

JK觸發(fā)器

JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單元.JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能.由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成T觸發(fā)器.邊沿JK觸發(fā)器具有以下特點(diǎn)：（1）邊沿JK觸發(fā)器具有置位、復(fù)位、保持（記憶）和計(jì)數(shù)功能；（2）邊沿JK觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)只在時(shí)鐘脈沖的負(fù)跳變沿發(fā)生；（3）由于接收輸入信號(hào)的工作在CP下降沿前完成，在下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，在下降沿后觸發(fā)器被封鎖，所以不存在一次變化的現(xiàn)象,抗干擾性能好，工作速度快.J、K觸發(fā)器接成T觸發(fā)器使用（即將J和K相連后接至高電平），則最高時(shí)鐘頻率還要低一些.因?yàn)閺腃P的下降沿開(kāi)始到輸出端的新?tīng)顟B(tài)穩(wěn)定建立所需要的時(shí)間為tPHL≥4tpd，如果CP信號(hào)的占空比為50%，那么CP信號(hào)的最高頻率只能達(dá)到fc(max)=1/2tPHL=1/8tpd

3 電路原理圖

圖6 遙控器電路原理圖

圖7 開(kāi)關(guān)電路原理圖

4 模塊及其功能

遙控器主要由按鍵、編碼模塊及發(fā)送模塊組成；遙控開(kāi)關(guān)主要由接收模塊、解碼模塊、鎖存電路、開(kāi)關(guān)按鍵及繼電開(kāi)關(guān)組成.

遙控器和開(kāi)關(guān)是配對(duì)使用，不同的用戶可以通過(guò)編碼解碼芯片PT2262/2272分配不同的地址來(lái)區(qū)別使用,PT2262/2272最多可有12位(A0～A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合，PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，接入無(wú)線遙控發(fā)射電路.高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控調(diào)制.

本設(shè)計(jì)采用A0～A5共6位地址編碼，可使用730種編碼，足以滿足單獨(dú)住宅樓的分配；D0～D5共六位為數(shù)據(jù)位，可單獨(dú)控制5個(gè)燈具開(kāi)關(guān)及獨(dú)立總關(guān)閉控制,同樣可以滿足普通三室兩廳的開(kāi)關(guān)控制需求.

遙控器：

按鍵信息經(jīng)過(guò)PT2262編碼后編碼信號(hào)是由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，從17腳輸出到DF無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，然后調(diào)制再發(fā)射出去.PT2262的D0端口指定為總關(guān)閉按鍵輸入端口；D1～D5為通常開(kāi)關(guān)按鍵輸入端口.

開(kāi)關(guān)：

DF無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊接收遙控器發(fā)出信號(hào)后送到解碼芯片PT2272，其地址碼經(jīng)過(guò)三次比較核對(duì)后，PT2272的VT腳輸出高電平，表示解碼有效，與此同時(shí)PT2272與PT2262相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，由T觸發(fā)器鎖存用以控制繼電開(kāi)關(guān).如果PT2262連續(xù)發(fā)送編碼信號(hào)，PT2272第17腳和相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳便連續(xù)輸出高電平.PT2262停止發(fā)送編碼信號(hào)，PT2272的VT端便恢復(fù)為低電平狀態(tài)；PT2272的D0端口為總關(guān)閉信號(hào)輸出端口，下接T觸發(fā)器異步置零端，直接控制繼電開(kāi)關(guān)打開(kāi)；D1～D5端口為通常開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出端口，通過(guò)遞次觸發(fā)T觸發(fā)器控制繼電開(kāi)關(guān)打開(kāi)閉合；按鍵為通常開(kāi)關(guān)，直接控制高電平遞次觸發(fā)T觸發(fā)器控制繼電開(kāi)關(guān)打開(kāi)閉合.

D1～D5中的一個(gè)端口與T觸發(fā)器的輸入端相連即可，實(shí)際焊接中采用D1～D5依次連接于導(dǎo)線，導(dǎo)線連接于T觸發(fā)器輸入端，使用時(shí)將不用的D端口與導(dǎo)線斷開(kāi)即可，這樣便于量化生產(chǎn)及使用中單個(gè)開(kāi)關(guān)的維護(hù)替換.電源使用電池電源（5V），配套電阻PT2262用1.2M，PT2272用200K.

5 工作過(guò)程

如圖6、圖7所示，遙控器與開(kāi)關(guān)通過(guò)編碼電路對(duì)PT2262/2272進(jìn)行地址碼配對(duì).遙控器中Pt2262產(chǎn)生一個(gè)以32個(gè)315MHz（α）為1bit的數(shù)字信號(hào)，共有有6位地址碼+6位數(shù)據(jù)碼12bit數(shù)據(jù)；地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同的脈沖來(lái)表示，兩個(gè)窄脈沖表示“0”；兩個(gè)寬脈沖表示“1”；一個(gè)窄脈沖和一個(gè)寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空”，具體如圖8.PT2262每次發(fā)射時(shí)至少發(fā)射4組字碼，PT2272只有在連續(xù)三次檢測(cè)到相同的地址碼加數(shù)據(jù)碼才會(huì)把數(shù)據(jù)碼中的“1”驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動(dòng)VT端同步為高電平.

當(dāng)遙控器的按鍵開(kāi)關(guān)按下，PT2262對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口輸入5V高電平，Dout端口輸出4組以上由地址碼+數(shù)據(jù)組成的12bit字碼組，經(jīng)過(guò)專(zhuān)用DF發(fā)送模塊生成100%幅度調(diào)制的調(diào)幅波并由ANT端發(fā)射，專(zhuān)用DF發(fā)送模塊輸出端接發(fā)光二極管串接一個(gè)3K的電阻作為指示開(kāi)關(guān).

圖8 無(wú)線編碼

已調(diào)信號(hào)通過(guò)天線ANT被開(kāi)關(guān)的專(zhuān)用DF接收模塊接收，解調(diào)出原編碼信號(hào)經(jīng)DATA端送入PT2272的DIN端解碼，三次確定數(shù)據(jù)端口為同一電平時(shí)，置位輸出端電平，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口輸出5V高電平脈沖，脈沖輸入T觸發(fā)器，脈沖下降沿觸發(fā)T觸發(fā)器，Q輸出電平翻轉(zhuǎn)；Q端為低電平時(shí)，三極管關(guān)閉，繼電開(kāi)關(guān)關(guān)閉，電燈關(guān)閉；Q端為高電平時(shí)，三極管正常工作將輸入電流放大驅(qū)動(dòng)繼電開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電燈打開(kāi).T觸發(fā)器反向輸出端接發(fā)光二極管作指示燈，當(dāng)電燈打開(kāi)時(shí)，指示燈關(guān)閉，當(dāng)電燈關(guān)閉時(shí)指示燈打開(kāi)用于指示開(kāi)關(guān)位置及工作狀態(tài).開(kāi)關(guān)按鍵按下，T觸發(fā)器輸入高電平，松開(kāi)按鍵時(shí)，T觸發(fā)器觸發(fā)，Q端電平翻轉(zhuǎn)控制電燈開(kāi)關(guān).當(dāng)遙控按鍵1按下時(shí)，開(kāi)關(guān)PT2272的D1端輸出高電平脈沖，輸入T觸發(fā)器異步置零端，直接控制電燈關(guān)閉.

6 結(jié)論

無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)由發(fā)射電路、接收開(kāi)關(guān)電路、電源三部分構(gòu)成.分為遙控器和開(kāi)關(guān)器件，主要功能是通過(guò)遙控器進(jìn)行按鍵數(shù)據(jù)的編碼信號(hào)發(fā)送，在開(kāi)關(guān)處接收解碼信號(hào)遙控控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)閉，及發(fā)出各個(gè)開(kāi)關(guān)部件通斷信號(hào).

開(kāi)關(guān)部件實(shí)現(xiàn)獨(dú)立部件開(kāi)關(guān)，接收遙控開(kāi)關(guān)信號(hào)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立開(kāi)關(guān)及總關(guān)閉信號(hào).

通過(guò)地址編碼電路來(lái)配對(duì)遙控器和開(kāi)關(guān)部件，實(shí)現(xiàn)遙控開(kāi)關(guān)的批量生產(chǎn).通過(guò)總關(guān)閉功能可以在睡覺(jué)前關(guān)閉家庭中還在運(yùn)行、待機(jī)的電器，從而節(jié)省了電力資源.使用開(kāi)關(guān)部件上的獨(dú)立開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)法使用遙控器時(shí)的通常開(kāi)關(guān)操作，開(kāi)關(guān)部件上的指示燈為開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)常亮，方便確認(rèn)開(kāi)關(guān)的位置及狀態(tài).使用相關(guān)的高性能低功耗模塊保證了信號(hào)有效傳輸，同時(shí)可以在電池電源的情況長(zhǎng)期工作，開(kāi)關(guān)部件及遙控部件均可獨(dú)立更換，方便調(diào)試維修.

〔1〕閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2006.5.

〔2〕童詩(shī)白，華成英.模電電子技術(shù).高等教育出版社，2006.5.

〔3〕胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路.高等教育出版社，2009.1.

〔4〕彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社.