采用Silicon Laboratories 研制的無線發(fā)射芯片Si4010、無線接收芯片Si4313和C8051F920 單片機設計并制作的頻率為433.92 MHz 的無線電遙控多路開關系統(tǒng),，結構簡單,，性能穩(wěn)定,，控制方便，適用于含有較多受控電器的場合,，并可實現(xiàn)多路多功能控制,。

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　無線電遙控多路開關系統(tǒng)由無線電發(fā)射電路和無線電接收控制電路兩大部分組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示,。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

　　開關系統(tǒng)工作原理是首先通過按鍵電路輸入所需控制開關電路的位號,，同時啟動指令編碼電路，指令編碼電路在內(nèi)部電路的控制下產(chǎn)生帶有地址編碼信息和開關狀態(tài)信息的編碼脈沖信號,，該脈沖信號對載波信號進行調(diào)制,，調(diào)制后載波信號經(jīng)放大和調(diào)諧由射頻發(fā)射電路發(fā)射出去。無線電接收電路接收到載波調(diào)制信號后,，由解調(diào)解碼電路對載波調(diào)制信號進行解調(diào)得到編碼脈沖信號,， 再進行編碼地址確認，確認是否為本遙控開關系統(tǒng)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行譯碼并輸出數(shù)據(jù)，由單片機電路控制相應的開關電路動作,。否則,，不進行譯碼,，單片機控制電路不響應,，開關電路無任何動作。

　　2 硬件介紹

　　2.1 Si4010 簡介

　　Silicon Laboratories 的Si4010 射頻發(fā)射器為單芯片遙控IC,，僅需一個外部旁路電容,、一塊印制電路板、電池和一個帶按鍵的外殼便能構成完整的無線電遙控器,。采用專利高可靠性的無晶體振蕩器架構,，無需外部時鐘源，也不受沖擊和震動影響,。其載波頻率精確度在商業(yè)溫度范圍內(nèi)為±150 ppm,，在工業(yè)溫度范圍內(nèi)則可達±250 ppm， 它的精確度比傳統(tǒng)的（SAW）發(fā)射器高出兩倍,，且無需使用外部晶體振蕩器,。具備自動天線調(diào)諧，該功能可最大化發(fā)射距離,，提供穩(wěn)定的輸出功率,，有效減少對遙控器的不利影響。包含一個嵌入式兼容8051 微控制器,，內(nèi)具1 個4 kB 的RAM,、1 個8 kB 的一次性編程（OTP）非易失性內(nèi)存,、1 個128 位EEPROM 以及用于函數(shù)庫（library）功能的12 kB ROM，該微控制器上的數(shù)字外圍功能包括觸控喚醒GPIO,、1 個專利技術的可提供100 萬次讀寫壽命的20 位EEPROM,、1 個LED 驅(qū)動器、1 個休眠定時器,、1 個調(diào)試器,， 以及1 個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(diào)制模式,， 支持PCB 環(huán)形天線,， 工作頻帶為27～960 MHz，芯片內(nèi)部還包含LDO,、溫度傳感器及低電壓檢測報警等,。

　　2.2 Si4313 簡介

　　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(shù)據(jù)速率為0.2～128 kb/s,，采用FSK,、GFSK 和OOK 調(diào)制方案，支持調(diào)頻,、單電容調(diào)諧網(wǎng)絡,，支持PCB 環(huán)形天線，工作電源電壓為1.8～3.6 V,，具備超低功耗,、高靈活低關機模式。內(nèi)部功能包括：喚醒計時器,、自動頻率校準,、前端碼偵測、無線電信號強度檢測,、集成電壓調(diào)節(jié)器,、片內(nèi)振蕩器、64 kB FIFO 等,。

　　3.1 無線電發(fā)射系統(tǒng)

　　無線電發(fā)射系統(tǒng)主要由按鍵電路,、編碼調(diào)制電路、無線電發(fā)射電路組成。無線電發(fā)射系統(tǒng)的電路原理圖如圖2 所示,。

圖2 發(fā)射系統(tǒng)電路原理圖

　　無線電發(fā)射系統(tǒng)是以Si4010 為核心來設計,。Si4010 的4 個輸入輸出端口與按鍵直接相連， 內(nèi)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)形天線的兩端連接， 環(huán)形天線直接印制在PCB 板上,，減少了發(fā)射系統(tǒng)體積,。采用C2 接口編程，Si4010 的C2DATA,、C2CLK 端口與JTAG 接口的4 個端口相連,。C3、C4,、C5組成電源濾波電路,。發(fā)光二極管提供按鍵動作指示，當有按鍵按下時,，放光二極管亮,，沒有按鍵按下，放光二極管滅,。無線電發(fā)射系統(tǒng)的主要功能是在Si4010 內(nèi)部MCU的控制下采集按鍵電路的狀態(tài)信息,， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密和編碼，再進行FSK 調(diào)制,，調(diào)制后信號經(jīng)放大調(diào)諧,，由環(huán)形天線發(fā)射出去。

3.2 無線電接收系統(tǒng)

　　無線電接收系統(tǒng)主要由無線電接收電路,、解調(diào)解碼,、單片機控制電路及開關電路組成,。無線電接收系統(tǒng)電路原理如圖3 所示,。

圖3 接收系統(tǒng)電路原理圖

　　接收解調(diào)電路采用與射頻發(fā)射模塊相配套的無線接收芯片Si4313 來實現(xiàn)?？刂茊卧捎肅8051F920 單片機,。

　　Si4313 的RX 端口經(jīng)電容C1與天線相連， 接收遙控調(diào)制載波信號,。Si4313 與單片機之間的通信是通過SPI 總線實現(xiàn),，SPI 總線讀寫操作由以下幾部分組成：讀寫標志（1 bit），地址（7 bits）和數(shù)據(jù)（8 bits）,。讀寫標志位指示當前操作是讀還是寫,；7 位地址指示操作對象， 可尋址128 個8 位控制寄存器中的任意一個； 數(shù)據(jù)域包含寫入或讀出的Si4313 內(nèi)部寄存器的內(nèi)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 為時鐘接口,；SDI為串行數(shù)據(jù)寫入端口,， 由單片機對Si4313 進行數(shù)據(jù)寫入；SDO 為串行數(shù)據(jù)輸出端口,， 解調(diào)后數(shù)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，與開關電路相連,。

　　無線電接收系統(tǒng)的主要功能是接收遙控載波調(diào)制信號,，經(jīng)解調(diào)解碼電路對調(diào)制信號解調(diào)和解碼，串行輸出至單片機,，由單片機進行數(shù)據(jù)處理,， 再通過控制端口控制開關電路相應的開關動作。

　　4 系統(tǒng)軟件介紹

　　軟件編程采用模塊化設計思想,，系統(tǒng)中各主要功能模塊均編成獨立的應用函數(shù)由主程序調(diào)用,。

　　4.1 發(fā)射系統(tǒng)軟件

　　無線電發(fā)射系統(tǒng)的軟件設計主要通過C2 接口編程實現(xiàn)Si4010 內(nèi)部集成的8051MCU 對無線發(fā)射電路的狀態(tài)進行控制。包括芯片初始化程序,，鍵盤掃描及讀取程序,，射頻參數(shù)設置程序，無線發(fā)射程序等,。發(fā)射系統(tǒng)軟件流程如圖4 所示,。

圖4 發(fā)射系統(tǒng)軟件流程圖

　　4.2 接收系統(tǒng)軟件

　　無線電接收控制系統(tǒng)的軟件基于C8051F920 單片機設計，通過C2 編程實現(xiàn)單片機對開關電路的狀態(tài)控制,。單片機采樣到有效中斷請求信號,，便執(zhí)行中斷服務子程序，在中斷服務子程序中,， 單片機將根據(jù)I/O 端口獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應的子程序,，從而實現(xiàn)對開關電路的控制。接收系統(tǒng)軟件流程如圖5 所示,。

圖5 接收系統(tǒng)軟件流程圖

　　5 結束語

　　本文采用低價位,、超低功耗單芯片無線遙控IC 及單片機設計可編程無線電遙控多路開關系統(tǒng)，具有成本低,、體積小,、功耗低、抗干擾能力強、遙控距離遠,、可靠性高等特點,。經(jīng)在實驗室軟、硬件綜合測試,，接收解調(diào)電路對發(fā)射電路遙控信號接收解調(diào)正常,，開關電路動作到位，無線電遙控開關系統(tǒng)的多路多功能控制正常,?？蛇M一步推廣應用，在工業(yè)生產(chǎn),、安防監(jiān)控,、智能家居等領域應用前景廣闊。