无线射频遥控器的内部结构原理(基于单片机的射频遥控控制)

      摘要：本论文以保健床遥控器为例，提出了一种多数据传送的射频无线遥控器设计方法。本遥控器以AT89S52单片机为核心处理器，配合无线发射/接收模块和编码/解码芯片（PT2262/PT2272），达到无线遥控的目的。通过实验验证，本遥控器传输数据安全可靠，可应用于多数据传送的遥控系统。

0 引言

      随着社会的发展与科学技术的不断进步，无线遥控器已经广泛应用于人们的日常生活中。本论文研究的是与保健床配套使用的射频无线遥控器。保健床是采用电子加热温控技术，利用玉石受热后释放出多种元素，形成天然的磁场，推出的新一代健康产品。现在市场上大部分保健床控制器多为主板控制，没有遥控器与之配套使用。

      本论文以保健床遥控器为例，研制开发了一种基于AT89S52单片机的多数据传送的射频无线遥控器系统，通过无线发射/接收模块和编码/解码芯片进行无线通讯，实现对保健床温度的控制。本系统使用方便、灵活，操作安全，可靠。

1 系统总体结构设计

      常见的无线遥控器模式有两种，一种是家电常用的红外遥控模式，另一种是防盗报警设备、汽车遥控等常用的射频无线遥控模式。两者各有不同的优势，应用的领域也有所区别。为了增加本系统遥控的灵活性，同时兼顾不会影响其他遥控电器，本系统选择了射频无线遥控模式。

      本系统通过射频无线传输方式实现对目标主板的温度控制。按键“ON/OFF”控制遥控器的开、关；按键“+”、“-”分别实现对温度增、减的设定，设定温度实时保存到EEPROM AT24C02中，掉电不丢失。设定之后，单片机会把设定温度显示在段码式LCD上，并通过射频无线传输方式把设定温度数值传送给主板控制器，主板控制器根据实际温度与设定温度的差值对加热输出进行控制，以实现恒温效果。射频无线温度遥控器是保健床控制器的重要组成部分，具有体积小、成本低、传输距离远和使用方便等优点[1]。

      本系统以AT89S52单片机为核心处理器，以无线发射/接收模块配合无线编码/解码芯片（PT2262/PT2272）进行无线通讯，增强了无线通讯的抗干扰能力。本系统的发射电路结构图如图1所示：

接收电路结构图如图2所示：

2 系统硬件设计

      2.1  编码/解码芯片PT2262/PT2272

      PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编/解码芯片，PT2262/2272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种地址码，PT2262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，可用于无线遥控发射电路。

      PT2262外形与引脚如图3所示：

      PT2262引脚说明如表1所示：

表 1 PT2262引脚说明
Tab.1 PT2262 Pin Description

      编码芯片PT2262编码信号是由地址码、数据码、同步码组成的一个完整码字，从17脚输出到射频发射模块的数据输入端，然后通过射频发射模块输出端发射出去。射频接收模块接收信号后，将接收信号送到解码芯片PT2272，其地址码经过三次比较核对后，PT2272的VT脚才输出高电平，与此同时与PT2262相应的数据脚也输出相同电平，如果PT2262连续发送编码信号，PT2272第17脚便连续输出高电平。PT2262停止发送编码信号，PT2272的VT端便恢复为低电平状态[2]。

      PT2272外形与引脚如图4所示：

     PT2272管脚说明如表2所示：

表 2 PT2272引脚说明
Tab.2 PT2272 Pin Description

      解码芯片PT2272用不同的后缀表示不同的功能，分为L4/M4/L6/M6，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就会一直保持对应的电平状态，在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表示有几路并行的数据通道，本系统采用具有6路锁存输出并行数据功能的PT2272-L6，对应的地址编码是6位。这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第1～6脚为地址设定引脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地，3的6次方为729，所以地址编码不重复度为729组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用[3]。

      PT2262和PT2272的振荡电阻必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收，在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。经试验证明：PT2262用1.2M，2272用200K配套效果比较好，安全控制距离可达十米。

      2.2 射频发射/接收模块

      射频无线通信就是借助高频电磁波而实现的一种通信方式，射频无线模块常用的频率有315MHz和433MHz。本实例选用的射频无线收发模块的频率为433MHz。发射模块（接收模块）一般有四个外部接口，“VCC”接电源正极，“DATA”接数据输入端，“GND”接电源负极，“ANT”接天线。在收发模块接上长12cm直径1mm的天线，并且保持天线是直的，以达到最佳的接收效果。发射头对电源的要求比较高，如果电源容量不足，发射头发射距离很近甚至不发射[4]。

      2.3 EEPROM与显示器

      根据存储数据量的大小，本实例选择的EEPROM为AT24C02，串行EEPROM是基于I2C总线的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。AT24C02引脚如图5所示：

      AT24C02引脚功能如表3所示：

表 3 AT24C02引脚功能
Tab.3 AT24C02 pin function

      SCL为串行时钟输入管脚，用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。

      SDA为双向串行数据/地址管脚，用于器件所有数据的发送或接收。

      A0、A1、A2为器件地址输入端，用于多个器件级联时设置器件地址。当这些脚悬空时默认值为0，当使用AT24C02时最大可级联8个器件,如果只有一个AT24C02被总线寻址,这三个地址输入脚A0、A1、A2可悬空或连接到GND。

      WP为写保护，如果WP管脚连接到VCC，则所有的内容都被写保护，只能读。当WP管脚连接到GND或悬空时允许对器件进行正常的读/写操作[5]。

      遥控器具有温度显示功能，本系统选择了SMS0301C3标准段型液晶显示模块(LCM)，为段型液晶显示器(LCD)，可显示3位数字及6段提示符及2个小数点，微功耗，可与单片机采用三线式串口连接，广泛应用于手持式仪器仪表。SMS0301C3结构如图6所示：

      2.4  电路原理图

      本系统遥控电路原理图如图7所示，主控制板电路原理图如图8所示，无线发射数据十位与设定温度对应表如表4所示，无线发射数据个位与设定温度对应表如表5所示：

表 4 发射数据与温度对应表（十位）
Tab.4 Emission data and the corresponding temperature(ten)

表 5 发射数据与温度对应表（个位）
Tab.5 Emission data and the corresponding temperature(abit)

      PT2262的供电电源VC由单片机提供，单片机输出引脚D0～D5输出的高电平经过二极管1N4148为PT2262供电。当没有无线发射信号时，D0～D5为低电平，VC也为低电平，PT2262不工作；当有无线发射信号时，D0～D5会产生高电平，D0～D5之中任何一个产生高电平都会使VC变为高电平，PT2262才会工作。D0～D5为无线发射数据位，通过单片机引脚输出给PT2262，然后通过无线模块发射出去。

      LEDJIA为按键“JIA”指示灯，当按键“JIA”按下则LEDJIA闪烁一次；LEDJIAN为按键“JIAN”指示灯，当按键“JIAN”按下则LEDJIAN闪烁一次；LEDON为按键“ON_OFF”指示灯，当按键“ON_OFF”按下则LEDON闪烁一次。

      PT2272L6通过射频接收模块接收无线信号，并把解码得到的6位数据信号通过P2口低6位送给单片机。然后单片机对此信号进行解码，计算出设定温度，然后根据实际温度与设定温度的比较，由单片机输出相应的控制信号，实现恒温控制功能。

3 系统软件设计

      接收程序软件流程图如图9所示，发射程序软件流程图如图10所示：

4 结  论

      本论文研究的射频无线遥控器与普通的汽车、家电遥控器相比，可以传输更多的数据，具有更高的可靠性和稳定性。具体结论如下：

      (1) 采用编码/解码芯片进行数据传输，可以有效控制由无线信道噪声或干扰造成的差错，提高系统数据传输精度。

      (2) 本遥控器适用于需要较多数据传送的遥控器系统，通过实验证明，本遥控器安全可靠，操作方便。

参  考  文  献

[1]     宝金. 基于单片机设计实用型无线遥控器原理[J]. 阴山学刊(自然科学版), 2007, (01).

[2]     王晓利. 无线遥控系统在火灾报警方面的应用[J] .宝鸡文理学院学报(自然科学版), 2003,(02).

[3]       张迎. 单片机在实训群组总控台的应用[J] .自动化与仪表, 2005,(05).

[4]     赵娜. 无线火灾报警控制器的研制[D] .哈尔滨工业大学, 2006.

[5]     N. Plopyls, P. Kawka, and A. Alleyne. Closed-loop control over wireless networks. IEEE Control Systems magazine, June 2004.