楊仕偉，曾　臣(貴州師范學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550004)

一種無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)電路的分析和設(shè)計(jì)

楊仕偉，曾臣
(貴州師范學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550004)

采用CC1101設(shè)計(jì)了一套能夠控制多路家用電器的無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)。該設(shè)計(jì)采用433 MHz穩(wěn)頻無(wú)線電遙控組件及其他外圍設(shè)備來(lái)組裝遙控開(kāi)關(guān)，以STC89C52單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電路的基本功能。該無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)電路可控制8路開(kāi)關(guān)，可在小于30 m的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多路遙控電源電路的接通與斷開(kāi)，具有適應(yīng)環(huán)境能力、抗干擾能力強(qiáng)、操作靈活的優(yōu)點(diǎn)。

多路開(kāi)關(guān)；無(wú)線射頻；開(kāi)關(guān)電路

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種家用電器成為大多數(shù)人生活中必不可少的組成部分，而這些家用電器無(wú)一例外都會(huì)使用到電源開(kāi)關(guān)，會(huì)使家庭出現(xiàn)線路復(fù)雜、開(kāi)關(guān)眾多的情況[1]。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一些微功率的短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)逐漸成熟。這些技術(shù)利用射頻的方式進(jìn)行非接觸式的雙向通信，可以自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、操作快捷的優(yōu)勢(shì)。

將無(wú)線射頻技術(shù)與電源開(kāi)關(guān)電路相結(jié)合，在微控制器的作用下，就可以形成以無(wú)線遙控方式為主體的開(kāi)關(guān)形式，不僅適用于一般家庭，而且也可用于各種室內(nèi)外的場(chǎng)合，為生產(chǎn)生活創(chuàng)造更為舒適便利的條件。

1 無(wú)線遙控技術(shù)的分析和選擇

無(wú)線遙控技術(shù)的發(fā)展過(guò)程并不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速，尤其是第二次世界大戰(zhàn)之后，無(wú)線電遙控技術(shù)逐漸在軍事、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，隨著微控制器及大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，無(wú)線遙控技術(shù)更是在智能化與集成化方面大大提高。

在無(wú)線遙控領(lǐng)域中，超聲波、紅外線、無(wú)線電都是其可以利用的主要方式，對(duì)于家用電器來(lái)說(shuō)，紅外線和無(wú)線射頻是比

無(wú)線電射頻是利用無(wú)線電信號(hào)在相對(duì)短距離的機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)與控制命令傳輸?shù)囊环N方式。在這種方式中，需要用無(wú)線電波的發(fā)射和接收裝置來(lái)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能。圖1及圖2分別是無(wú)線電射頻方式的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的主要工作原理圖。

圖1　無(wú)線電波射頻發(fā)射電路

圖2　無(wú)線電波射頻接收電路

無(wú)線電波的發(fā)射距離受信號(hào)功率、頻率及衰減程度的影響，一般來(lái)說(shuō)，室內(nèi)條件下，頻率在400 MHz左右的無(wú)線電波，有效通信距離可達(dá)30 m，對(duì)于一個(gè)家庭是足夠用的。

利用波長(zhǎng)為0.76～1.5 μm的紅外線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)與控制信號(hào)的方式為紅外遙感方式，在我們目前的家庭中應(yīng)用很廣泛。紅外遙控方式具有電路簡(jiǎn)單、受周邊環(huán)境影響小的特點(diǎn)，但是由于其穿透能力差，所以對(duì)于處在其他房間的開(kāi)關(guān)無(wú)法用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，在本設(shè)計(jì)中，選用無(wú)線電波的射頻方式作為開(kāi)關(guān)電路的遙控電路的主要實(shí)現(xiàn)方式。

2 無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)

國(guó)家對(duì)于無(wú)線電有明確的管理規(guī)定，相對(duì)于家用無(wú)線電而言，315 MHz或者433 MHz是國(guó)家規(guī)定的開(kāi)放頻段，其使用可以不經(jīng)過(guò)無(wú)線電管理委員會(huì)的審批，因此，本設(shè)計(jì)采用433 MHz的頻段。

在433 MHz頻段工作的無(wú)線電設(shè)備，其發(fā)射功能不能大于10 mW，距離不能大于100 m或者不能超出家庭范圍或單位范圍，均可以自由使用。根據(jù)這個(gè)條件，本設(shè)計(jì)選用了CC1101作為無(wú)線收發(fā)芯片，STC89C52作為微控制器，8路繼電器用為控制開(kāi)關(guān)。

CC1101是一款Chipcon公司開(kāi)發(fā)的低于1GHz的極低功耗的UHF收發(fā)器，主要針對(duì)工業(yè)、科研和醫(yī)療(ISM)以及短距離無(wú)線通信設(shè)備()，具有低功耗、低電壓、體積小、靈敏度高等特點(diǎn)。CC1101可提供對(duì)數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、空閑信道評(píng)估(CCA)、鏈路質(zhì)量指示以及無(wú)線喚醒(WOR)的廣泛硬件支持，并且集成了一個(gè)高度可配置的調(diào)制解調(diào)器，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)500 kb/s。

2.1微處理器與CC1101接口電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所選用的微控制器為STC89C52RC，STC89系列單片機(jī)具有高速、高可靠、在線編程的功能。在本設(shè)計(jì)中，STC89C52RC使用P0口與CC1101相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)CC1101的控制和數(shù)據(jù)的傳輸，具體的端口連接電路如圖3所示。

圖3　STC89C52與CC1101接口電路

2.2電源電路設(shè)計(jì)

電源電路需要實(shí)現(xiàn)的功能主要為CC1101及微處理器等提供穩(wěn)定的3.3 V電壓，同時(shí)為繼電器模塊等提供5 V或者3 V電壓。此外在該模塊中還包括了重啟功能。其中給CC1101供電的電源模塊原理如圖4所示。

圖4　電源模塊接口電路設(shè)計(jì)

在供電方式上支持USB供電、調(diào)試接口供電和4節(jié)干電池供電，只要將電源接入相應(yīng)的引出的接口即可相對(duì)比較靈活。該模塊中起核心作用的是REG1117-3.3穩(wěn)壓芯片，其主要功能是將輸入的電壓(5 V左右)轉(zhuǎn)成穩(wěn)定的3.3 V電壓，輸出電流為800 mA，周圍的電容主要起去耦作用。

2.3繼電器設(shè)計(jì)

繼電器是一種電控制器件，是利用小電流去驅(qū)動(dòng)大電流的一種互動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)中，起到根據(jù)指令進(jìn)行電流通斷的作用。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用8路開(kāi)關(guān)，因此選用8個(gè)繼電器接在STC89C52RC的P1的IO口上，根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的指令來(lái)決定繼電器的狀態(tài)，在本設(shè)計(jì)中，繼電器選用SRD—05VDC—SL—C小型中功率電磁繼電器，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸入量(激勵(lì)量)的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的功能。它具有體型小、功耗低、觸點(diǎn)負(fù)載大、靈敏度高的特點(diǎn)，產(chǎn)品實(shí)物如圖5所示。

圖5　　繼電器實(shí)物

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)利用微處理器STC89C52RC、無(wú)線電收發(fā)芯片CC1101及繼電器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)8路的無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)電路，利用STC89C52RC編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)各路開(kāi)關(guān)控制。該開(kāi)關(guān)電路可以在30 m的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控功能，具有靈敏度高、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

[1]夏路易.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程Protel99SE[M].北京：希望電子工業(yè)出版社，2002.

Analysis and design of kind of wireless remote control switch circuit

YANG Shi-wei,ZENG Chen
(Guizhou Normal College,Guiyang Guizhou 550004,China)

CC1101 was adopted to design a set of can control multiple appliances,wireless remote control switch.The 433 MHZ frequency stabilization wireless remote control components and other peripheral equipment were adopted to assemble remote control switch,with STC89C52 single-chip computer as the core,and the basic function of the switching circuit was realized.The 8-way switch could be controlled by the wireless remote control switch circuit,and the function was realized that turned on or turned off the multiple remote power circuit in the range of less than 30 meters.The ability to adapt to the environment,anti-jamming capability and flexible operating were the advantages.

multiway switch;RF;switch circuit

TM 764

A

1002-087 X(2016)01-0209-02

2015-08-14

楊仕偉(1983—)，男，福建省人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)槲㈦娮优c固體電子學(xué)。較合適的技術(shù)選擇。