近程實用無線遙控裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：文中介紹了一種實用的近距離無線RF遙控方式，發(fā)射電路部分采用集成芯片EV1527進行預(yù)編碼，并通過聲表諧振器穩(wěn)頻，發(fā)射天線為PCB銅線，接收電路采用單片機進行軟件解碼。該裝置的無線發(fā)射模塊和無線接收模塊振蕩頻率可根據(jù)實際情況調(diào)整，目前主要使用的是315MHz和433MHz。且該遙控裝置不存在方向性的限制，信號發(fā)射天線采用PCB印制銅線走線，比彈簧天線功耗更低，結(jié)構(gòu)簡單，是一種功耗低、系統(tǒng)穩(wěn)定的近距離無線遙控裝置。

關(guān)鍵詞：遙控；無線RF；EV1527；聲表諧振器

目前無線遙控領(lǐng)域常用的低成本遙控器，多是采用紅外遙控編碼，或使用組合邏輯開關(guān)陣列實現(xiàn)開關(guān)按健編址。此類控制方式成本低，但是前者只能直線傳播，有很強的方向性要求；后者編址內(nèi)碼組合很少，編碼重復(fù)的機率較高，安全性不足。

本設(shè)計中采用美國EV公司的集成編碼芯片EV1527，與聲表諧振器SAW電路組成信號發(fā)射電路，接收電路采用STM8系列單片機進行軟件解碼。發(fā)射端天線直接印制在PCB上，與普通天線相比，發(fā)送距離降低了幾個數(shù)量級，保證信號接收在有效距離內(nèi)安全可靠，且功耗較低。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

整個系統(tǒng)主要由信號發(fā)射電路和信號接收電路組成，信號發(fā)射電路采用集成芯片EV1527進行預(yù)編碼，聲表諧振器發(fā)射信號，信號接收電路采用STM8單片機進行軟件解碼。

1.1 聲表諧振器原理

SAW是聲表面波簡稱（Surface Acoustic Wave），聲表諧振器中的SAW傳感器是采用具有壓電效應(yīng)的材料制成的，利用材料的壓電效應(yīng)和聲特性來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，具有壓電效應(yīng)的晶體在受到電信號的作用時，會產(chǎn)生形變而發(fā)出機械波，電信號頻率與聲表諧振器同步時才發(fā)生共振，因此可以過濾無關(guān)信號，實現(xiàn)穩(wěn)頻。

1.2 信號發(fā)射電路設(shè)計

信號發(fā)射電路中使用的EV1527是一款較新的無線編碼芯片，由CMOS設(shè)計制造，可預(yù)燒內(nèi)碼，內(nèi)碼有20個位元預(yù)燒100萬組內(nèi)碼組合，降低了使用時編碼重復(fù)的機率。

圖1為信號發(fā)射電路原理圖，采用聲表諧振器SAW進行穩(wěn)頻，圖中Q3及其外圍元件L2、C2組成LC振蕩電路，聲表諧振器SAW為選頻反饋電路，決定電路的諧振頻率，L2、C2主諧振回路的頻率應(yīng)與聲表諧振器的頻率接近。發(fā)射天線L2采用PCB銅線走線，如圖2所示，天線線路獨立走線在PCB底層，避免信號干擾。EV1527共有四個按鍵輸入，最多可組合至15個按鍵，圖1中設(shè)計了3個按鍵輸功能。

1.3 信號接收電路設(shè)計

信號接收電路采用STM8單片機進行軟件解碼，為增強接收電路靈敏度，接收天線一般設(shè)計為20—30mm的金屬彈簧，信號接收電路中接收模塊不帶解碼集成電路，只有電子組件，與單片機配合完成信號接收。接收模塊的天線輸入端有選頻電路，接收到的信號經(jīng)放大后輸入到單片機進行解碼。圖3為信號接收電路原理圖。

2 系統(tǒng)軟件解碼設(shè)計

進行軟件解碼，首先要了解EV1527的信號發(fā)送方式。EV1527發(fā)出一幀編碼的順序為：同步碼、地址碼和數(shù)據(jù)碼，且每次發(fā)送四組相同的編碼。進行軟件編碼時，設(shè)定定時器，首先判斷出頭碼同步碼，然后計數(shù)識別后面的地址和數(shù)據(jù)的脈沖寬度，即可得到接收的數(shù)據(jù)。軟件解碼部分的流程圖如下圖4所示。

3 系統(tǒng)信號調(diào)試

3.1 發(fā)射電路信號調(diào)試

接通電源，用頻譜分析儀測試時，發(fā)現(xiàn)電路可以發(fā)射射頻信號，只是發(fā)射頻率小于315MHz，說明L2C2的諧振頻率過小，必須提高諧振頻率。根據(jù) ，調(diào)整電容C2的大小和電感L2的銅線長度，再進行測試，從頻譜分析圖可以確認(rèn)，無線發(fā)射板上已向空間發(fā)射出了315MHz的射頻信號，無線發(fā)射模塊工作正常。

3.2 數(shù)據(jù)波形檢測

測試EV1527芯片輸出的編碼波形與接收模塊輸出的波形，發(fā)現(xiàn)兩模塊輸出波形不符。根據(jù)經(jīng)驗：一是無線接收模塊有問題，二是無線發(fā)射板有問題。用一個好的無線發(fā)射器測試，無線發(fā)射波形與無線接收的波形正常，說明問題在無線發(fā)射板。將電容C1的容值減小，微調(diào)發(fā)射端諧振頻率后，無線接收模塊輸出波形正常。

3.3 接收電路軟件解碼測試

通電后，用示波器觀察無線接收模塊輸出的信號，從波形上觀察到，無線接收模塊在沒有信號時輸出的是沒有規(guī)律的噪聲信號，如果設(shè)置成每一個噪聲邊沿都觸發(fā)中斷，1秒種內(nèi)單片機會幾萬次進入中斷，嚴(yán)重拖累其它進程的運行。

因此可以每隔10mS開啟中斷檢測，若檢測到脈沖信號符合要求，保持中斷使能，直到解碼完畢為止。否則關(guān)閉中斷，直到下一個10ms標(biāo)志位到來再開啟中斷檢測。這樣大大減少了由于不規(guī)律的噪聲信號觸發(fā)中斷的次數(shù)，保證信號傳輸準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述測試，該系統(tǒng)可實現(xiàn)10M內(nèi)近距離無線遙控，有效安全空間內(nèi)實現(xiàn)可靠遙控。由于使用PCB銅線制作發(fā)射天線，實測遙控器發(fā)射電流可控制在10mA內(nèi)，功耗很低，延長了遙控器的電池使用壽命。采用軟件解碼方式，減小接收電路的設(shè)計復(fù)雜程度，且解碼正確率完全滿足實用標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)在家用電器的遙控中可實現(xiàn)近程準(zhǔn)確控制，且具有一定的抗電磁干擾能力，成本低廉。

[參考文獻]

[1]張慶雙.實用電子電路200例[M].北京：機械工業(yè)出版社.2003.

[2]周景遷.EV1527編碼芯片的應(yīng)用及其解碼方法[J].國外電子測量技術(shù).2007，26（6）：35-38.

[3]趙路明.聲表面諧波型氣體傳感器的研究[J].南開大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.2010，43（1）：66-70.

[4]潘永雄.STM8S系列單片機原理與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2011.

[5]文光俊.無線通信射頻電路技術(shù)與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2010.