基于ST20P18的433MHz無線通用遙控設(shè)備

簡介

在現(xiàn)代家庭中，各種各樣的家用電器都配置有遙控器，以致遙控器泛濫成災(zāi)。桌面上擺上七八個(gè)遙控器（電視機(jī)、錄像機(jī)、DVD播放機(jī)、MD唱機(jī)、功放機(jī)等）已司空見慣，尋找、辨認(rèn)起來都很困難，更不要說操作。由此，人們即希望：能不能有一種通用遙控器，用它控制家庭中所有的電器。這樣就誕生以433MHz為頻率的無線通用遙控設(shè)備，為短距離無線通信提供了非常簡單的解決方案，它是開發(fā)低成本、低功耗無線通信系統(tǒng)的理想方案。一般由單片機(jī)控制電路、LCD顯示電路、無線發(fā)碼電路等構(gòu)成。按照節(jié)點(diǎn)的多少可以分為單節(jié)點(diǎn)和多節(jié)點(diǎn)模式。單節(jié)點(diǎn)也稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式，結(jié)構(gòu)簡單、體積小，便于隨身攜帶，用于控制單個(gè)家電的通信；而多節(jié)點(diǎn)又稱為點(diǎn)對(duì)多式，它可以根據(jù)用戶的要求而設(shè)計(jì)不同的路數(shù)，也可以很方便地進(jìn)行擴(kuò)展，可以同時(shí)控制多個(gè)家電，功能齊全。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為16路，在接收部分可以根據(jù)接收到的信息控制多個(gè)家用電器。

系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)簡介

通用型遙控設(shè)備主要由開/關(guān)鍵、液晶顯示屏、置位鍵、確認(rèn)鍵、返回鍵、數(shù)字鍵盤等部分組成,其外形與手機(jī)相仿。它的操作也很簡單,以遙控電風(fēng)扇為例,打開遙控器后,首先顯示主菜單,是各種電器的名稱,用上下鍵選中所要操作的家用電器。例如選中“電風(fēng)扇”,按確認(rèn)鍵后就可進(jìn)入其子菜單,再選擇所操作的項(xiàng)目,如風(fēng)力擋位的大小、風(fēng)扇的方向等,再按確認(rèn)鍵進(jìn)入下級(jí)子菜單,進(jìn)行具體的操作,如調(diào)整風(fēng)力和風(fēng)向等，其余家用電器類似操作。

硬件電路是由1個(gè)4位的撥碼開關(guān)電路、無線發(fā)射電路、ST20P18單片機(jī)主控制電路、鍵盤掃描電路、液晶（LCD）顯示電路等組成。

2 無線發(fā)碼電路

其中單片機(jī)采用的是 ST20P18，它是由臺(tái)灣矽創(chuàng)公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位的8位單片機(jī)，芯片內(nèi)部帶有振蕩器、系統(tǒng)定時(shí)器、看門狗定時(shí)計(jì)數(shù)器、LCD控制器和16Kb的ROM以及192B的RAM。ST20P18控制的發(fā)碼電路原理圖如圖1所示，其發(fā)碼的基本原理為：系統(tǒng)利用撥碼開關(guān)來控制地址位和數(shù)據(jù)位（二進(jìn)制）信息的設(shè)置，再通過單片機(jī)運(yùn)行發(fā)碼程序進(jìn)行編碼并把地址位和數(shù)據(jù)位信息變換成一串脈沖信號(hào)，最后由無線發(fā)射電路發(fā)射出去。具體實(shí)現(xiàn)為：單片機(jī)PB0口為發(fā)碼電路的數(shù)據(jù)輸出口和控制口，當(dāng)需要發(fā)碼的時(shí)候該口設(shè)置為輸出口，然后以脈沖的形式，按照相關(guān)的通信協(xié)議，輸出當(dāng)前所要發(fā)出的正確數(shù)據(jù)。反之，PB0口可復(fù)用為其他功能。PB0口的脈沖數(shù)據(jù)經(jīng)發(fā)碼電路調(diào)制并發(fā)射出433MHz的無線電波。

圖1  無線發(fā)碼電路

在無線發(fā)射電路中使用聲表面濾波器搭建的模擬發(fā)射模塊電路，其工作頻率是433MHz，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在  －25～＋85℃之間變化時(shí)，頻漂僅為10-6/℃，特別適合一發(fā)多收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。但因無線電信號(hào)傳輸時(shí)受到很多因素的影響，所以一般實(shí)用距離只有標(biāo)準(zhǔn)理想距離的一半甚至更少，這點(diǎn)在開發(fā)時(shí)需要注意，如果需要更遠(yuǎn)一點(diǎn)的發(fā)射距離，可以在發(fā)射模塊的輸出端增加一級(jí)射頻功率放大器。

經(jīng)過對(duì)電路的研究得到以下結(jié)論：

● 為了得到穩(wěn)定且正確的頻率，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試得出無線電波頻率取決于R3，當(dāng)R3=15kΩ時(shí)，發(fā)射的無線電頻率為433MHz。
● 由于該模塊是由模擬電路搭建，所以決定了其性能不如相關(guān)的其他類型的數(shù)字射頻芯片，但是其成本相當(dāng)?shù)牡土?！考慮到尺寸和成本因素且射頻波長短，在設(shè)計(jì)中選用50Ω的1/4波長偶極子微帶印制板天線，即在接地層由電介質(zhì)隔開的印制電導(dǎo)線。故在該電路中天線的形狀以及長短具有至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)實(shí)踐表明：天線的形狀和長短如選取不滿足50Ω的1/4波長偶極子天線，該電路發(fā)射不穩(wěn)定，更嚴(yán)重直接導(dǎo)致該電路不能起振。

3 鍵盤掃描電路

由于ST20P18的I/O口有限，故在鍵盤電路中采用掃描的方式來實(shí)現(xiàn)。該電路的實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。其工作的基本原理是：單片機(jī)初始化后先設(shè)置PA0至PA5、6個(gè)I/O口均為輸入方式。以K1為研究對(duì)象，先設(shè)置PA0口為高電平，設(shè)置PA5口為低電平，當(dāng)K1按鍵按下后，PA0則由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，并產(chǎn)生中斷。單片機(jī)響應(yīng)該中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。同理，其他6個(gè)按鍵也是按照該方式工作的。單片機(jī)掃描原則是自上而下，自左而右的。

圖2  鍵盤掃描電路

4 LCD顯示電路

本設(shè)計(jì)采用的ST20P18單片機(jī)，其內(nèi)核中自帶控制/驅(qū)動(dòng)液晶模塊，該LCD（圖3）顯示模塊是8