2018年04月03日 | 一种新的可编程无线遥控多路开关设计

    家庭照明系统与人民的生活密切相关，大部分家庭依然采用普通开关，开关只能控制一组灯具，且现有的无线遥控开关使用寿命比较短，一般2～3年。设计一种新的无线遥控开关，可以实现对照明系统进行控制，同时有效提高使用寿命便于人们放心安全使用是非常有必要的。文中以日常电灯的无线控制为研究对象，采用SILICon Laboratories研制的Si1000无线收发芯片，设计一种可靠性高、节电便捷的无线遥控开关。Si1000其内部集成C8051f9xx低功耗单片机以及Si4432射频模块，利用此芯片设计了频率为433．92 MHz的无线电灯遥控开关，结构简单，性能稳定，以实现电灯多路控制的功能，亦可应用于其他应用场合。

    1 无线遥控开关工作原理

    无线遥控多路开关由手持遥控器和接收控制实现单元组成，系统组成框图如图1所示。

    无线遥控多路开关工作原理如下：首先通过按键电路输入对应功能按键信号，内部单片机对所输入按键信号进行信息编码，同时加入地址编码信息，这样就形成带有地址编码信息和相应的电灯开关控制状态信息的编码脉冲信号，然后进行调制，调制后的信号再经过放大和调谐处理后由射频发射电路发射出去；无线电接收电路接收到手持遥控器发射出来的载波调制信号对其进行解调，对其地址码进行验证确认，如果遥控地址码相匹配，则对编码脉冲信号进行解码得到数据，由Si1000内部的单片机对开关电路进行控制，由管脚输出相应的高低电平控制电路，从而实现无线电灯控制。否则，不进行解码，单片机控制电路无反应。

    2 系统设计

    2．1 芯片介绍

    Silicon Labs公司推出的Si1000芯片系列，集成了超低功耗C8051f9xx单片机及无线射频模块，当处理器进行数据的有关操作时，可以提供非常低的工作电流，从而降低功耗，Si1000低功耗的特性使得其工作电压为0．9～3．6 V，完全可以用电池进行供电。Si1000系列无线微控制器内部集成了25 MHz的8051内核、EZRadioPRO系列略低于1 GHz的RF收发器件、最大64 kB的Flash以及最高12 bit分辨率的ADC。同时Si1000内部的FLASH存储器具再在编程能力，便于用户进一步开发使用，采用C2接口进行软硬件的联合调试，方便快捷。

    2．2 硬件电路设计

    如图2所示为无线遥控发射单元电路原理图。整个电路以Si1000为核心，无线遥控器可划分为供电单元、信号处理单元、编程单元和天线。手持遥控器采用电池供电，无线遥控发射单元的主要功能是在Si1000内部MCU的控制下采集按键电路的状态信息，对状态信息进行编码，同时内部模块再按照相应的数据包格式加入相应前导码、同步字、数据长度和校验位，然后进行FSK调制，调制后信号经放大调谐，由发射天线发射出去。

    
    如图3所示为无线遥控接收单元电路原理图。无线遥控接收单元可划分为供电单元、无线接收单元、信号处理单元、编程单元和控制实现单元。接收单路供电单元采用变压器稳压芯片组成，Si1000供电电压为1．8～3．6 V，无线接收单元采用匹配滤波网络，接收433．92 MHz的谐波，并将接收到的信号送入单片机进行处理；信号处理和编程单元以Si1000内置单片机进行处理，Si1000内部集成的C8051f9xx低功耗单片机，通过软件设置对接收单元送来的信号进行解调，核对地址码信息是否匹配，如匹配则进行译码，由单片机对所得信息进行处理，由端口输出对控制单元发送信号，从而最终实现无线控制；否则电路无响应。

    2．3 软件设计

    系统的软件采用模块化设计，功能模块主要包括：芯片参数初始模块，无线发射模块，无线接收模块等。系统采用C2接口编程，Si1000的C2DATA、C2CLK端口、VCC和GND与JTAG接口的4个端口相连。

    无线收发模块之间的通信是以数据包的形式进行的，本无线遥控系统采用的数据包格式如表1所示。一个数据包由前导码、同步字、数据长度、数据和校验位等组成。前导码用于将发射和接收单元进行很好的同步，即找到一帧数据的起始位置，由几组10101010组成的，共有8n位，n的大小由用户编程决定；同步字是为了更好的进行同步以便找到帧头，同步模式的标志码就是设定好的同步字。数据携带的是按键信息，即每个按键的编码。最后是校验位，用于对帧数据进行检验来检测数据的正确，在实际应用中可根据实际情况进行取舍。无线发射模块采用这样的数据包将数据发送出去。

    Si1000内部含有C8051FXX和射频模块，故其内部可以完成信号调制、信号解调、数据编码和数据解码等，硬件自动添加前导码、同步字、数据长度和数据校验位。上电后程序完成Si1000的参数初始化以及SPI接口和射频的初始化后，配置寄存器写入相应的初始化RF控制字，系统初始化及参数配置完毕之后，检测引脚nIRQ的电平，若为低电平则表示系统转变为接收模式并已经检测到数据包，通过寄存器4BH读取数据包长度信息，打开“有效包中断”和“数据包中断”，禁止将其他的中断，系统接收数据并处理。

    本无线电控制系统设置同步模式的标志码为0x2DD4，接收模块一旦检测到这个同步字就进行同步接收数据。等待中断产生，nIRQ引脚变为低电平，接收数据包，同时读取中断标志位复位nIRQ引脚，使nIRQ引脚变为高电平状态以准备下一次中断触发的检测；通过接收到的数据，首先确认地址信息，若匹配则对其进行译码，从码字判断电灯控制状态，再南Si1000内置单片机进行相应处理并输出对应控制信号，从而实现控制功能，否则电路无反应。

    3 结束语

    文中根据现在存在的问题及设计要求，采用Si1000这一集成芯片，设计了一套无线通信控制系统，具有方便、快捷、低功耗和使用寿命长等优点，并进行了软硬件调试，在有限的条件下，证明了设计的可行性，同时文中仅以日常照明控制为例，但是此系列芯片未来可以在工业生产、门禁系统、智能家居等方面进一步推广应用。