无线可编码开关本科毕业设计.doc

可编码无线开关（河南大学物理与电子学院，河南 开封，475004）摘要：可编码无线开关其主要意义在于可以让普通人改变接收端和发送端的配套使用，可以灵活的运用在家庭工厂等地，为了扩大控制，发送端和接收端都配套了8个编码开关用于用户方便的转换接收端和发送端的配套情况。根据调查，市面上还没有可以编码的无线遥控开关。遥控还可多编码以一控多，多控一，在替换单个发送端或者接收端不用需要配套更新，降低了使用成本。同时还可拓展入其他领域。根据淘宝上的调查，整套原件价格不超过30元，价格适中。同时搜索过网络，没有发现类似的可以灵活编码的并且可以一个开关控制多个动作的遥控开关。整套设计理论上能按预期目的工作。关键词：无线开关、继电器、可编码Encoded wireless switch(School of Physics and Electronics, Henan University, Henan Kaifeng 475004, China)Summary: The main significance of coded wireless switch is that it allows ordinary people to change the receiver and transmitter supporting the use of the flexibility the use of plants in the home and other places, in order to expand the control of the sender and receiver are supporting the eight coding switches the user to facilitate conversion receiver and transmitter matching situation. According to the survey, the market has not can encode wireless remote control switch. Remote control can also be multi-coded to a much more controlled one, replacing a single sender or the receiver without the need to support updates, reducing the cost. While also expanding into other areas. According to the survey Taobao, the entire original price of not more than 30 yuan, the price is moderate. Also searched for the network, did not find similar code can be flexible and can move a switch to control multiple remote switches. Whole purpose of the design theory can work as expected. Keywords: wireless switches, relays,encoded1. 前言随着社会的进步，人们的生活水平不断在提高。生活中有很多细节虽然小，但是确实给人们造成不便，比如说冬天脱了衣服后上床后关灯，开关距离较远，但又不得不爬起去关，我所设计的基于2262/2272收发模块的无线开关就可以轻松解决类似问题，遥控还可多编码以一控多，多控一，在替换单个发送端或者接收端不用需要配套更新，降低了使用成本。同时还可拓展入其他领域。可编码无线开关其主要意义在于可以让普通人改变接收端和发送端的配套使用，可以灵活的运用在家庭工厂等地，为了扩大控制，发送端和接收端都配套了8个编码开关用于用户方便的转换接收端和发送端的配套情况。根据调查，市面上还没有可以编码的无线遥控开关。2. 设计方案及部分模拟所涉及材料：1.2262/2272 集成电路 2.f05p/j05p 无线收发模块 3.继电器、电容、电阻、导线、变压器等2.1无线接收部分设计及仿真：由于接收端是和给负载供电的电源连接在一起的，所以决定使用交流电供电，这样可以节约成本。通过单相桥式整流电容滤波电路获得5V的直流电供电2272电路，通过J05P把接收的信号传送给2272电路，然后由2272解码，通过放大电路使继电器操纵直流电开关。模型如图1图1multisim电路设计如图2图2图2中：V1:家用220v50hz交流电。 电压转换部分：采用了单相桥式整流电容滤波电路。 控制端：即控制负载开关的信号发送端，一共4个，其余3个用黑点表示。与发射端的4个输入对应。 可编码部分：采用单向开关，2272编码支持0、1和悬空，编码很多，在设计中并不用这么多，所以只采用1和悬空编码。 X1:图中的X1为继电器。 负载：可以是灯管、插座等家用电器。表1所使用的PT2272管脚说明 名称 管脚 说 明 A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不 解码 D0-D5 7-8、10-13 地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc 18 电源正端（） Vss 9 电源负端（） DIN 14 数据信号输入端，来自接收模块输出端 OSC1 16 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率； OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端； VT 17 解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）设计中使用的PT2272引脚图（图3）图3注：根据资料显示，各种品牌的2272工作电压在3-5V比较可靠，最低工作电压2.4V没有问题，最高工作电压超过5V易烧毁。特别需要注意2272的地址端高电平不得超过18脚的工作电压。需要注意，连端连接在2272上的2K欧电阻为决定发射频率的震荡电阻，发射端需与接收端对应。2.1.1振荡电阻:PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，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。相对来说PT2262用1.2M，2272用200K配套发射效果比较好。目前2262和2272品牌比较多，振荡电阻配套也比较混乱。还有2272解码芯片的工作电压的最小值和最大值也标注不同，有的标注在2.4-6V有的是2.4-15V有的是4-18V使用还需查阅各厂家提供的技术资料。表2部分震荡电阻对应频率编码芯片解码芯片PT2262PT2260SC2260SC2262CS5211PT2272/SC2272/CS52121.2M无3.3M1.1M1.3M200K1.5M无4.3M1.4M1.6M270K2.2M无6.2M2M2.4M390K3.3M无9.1M3M3.6M680K4.7M1.2M12M4.3M5.1M820K注：经过multisim仿真，电流转换部分能稳定输出5V电压，由于multisim中不含2272电路，所以用底座代替，根据实训期实际操作，该设计能够正常解码并发出信号。2272采用锁存型可以方便继电器控制。由于2272输出电压为4v，可以满足继电器工作，所以设计电路中并未加入功放电路。应当注意，PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到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表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。在设计中，由于继电器要持续供电，所以采用锁存型2272电路。2.1.27805稳压电路（外观如图4）：用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。7805则表示输出电压为5V。图4表37805各项参数参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输出电压VoTj=255.0mAIo1.0A,Po15W Vi=7.5v to 20v4.85.05.2V线性调整率VoTj=25,Vi=7.5V to 25V4.0100mVTj=25,Vi=8V to 12V1.650mV负载调整率VoTj=25,lo=5.0mA to 1.5A9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV静态电流IQTj=255.08mA静态电流变化率IQlo=5mA to 1.0A0.030.5mAVi=8V to 25V0.30.8mA输出电压温漂Vo/Tlo=5mA0.8mV/ 输出噪音电压VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=252V输出阻抗Rof=1KHz15m短路电流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值电流1PKTj=252.2A2.1.3J05P无线接收模块：J05P是超高频无线数据传送超外差接收模块。该模块采用超高频RF 集成芯片,具有极高灵敏度及性价比,可靠性高，是滚动码遥控/电动门控系统及远距离传输理想的低价位高品质超外差接收模块，可以应用于遥控车库门、伸缩门、道闸等，广泛应用与工业控制，通讯及遥控安防等领域。可过FCC、CE 各项指标认证。选用j05p的原因：（1）接收灵敏度高ASK 调制（315M -114dBm ; 433M -112dBm ）。（2）有中频滤波器，接收距离比一般超外差模块远。（3）采用晶振稳频,性能稳定一致性好。（4）适用温度范围广。（5）具有休眠功能，小于1uA。（6）工作电压范围宽，3-5V 体积小，应用方便。表4J05P引脚说明名称功能说明VCC 模块电源+5VGND接天线地DATA 数据输出端CE 休眠控制GND 地ANT 外接天线J05p使用特点：（1） VCC 接收主板供电电压和模块工作电压一致。（2）电源VCC 和GND 脚之间就近接一个0.01uF 瓷片电容。（3）接收模块对电源纹波很敏感，比如纹波系数大的开关电源，晶振，接收主板上的各种信号源等通过电源串入接收模块的放大整形电路便会在数据端输出干扰，影响到单片机对数据的正确判断。接收模块对外界干扰虽然无法抗拒，但接收主板上产生的干扰是可以通过滤波电路来改善。（4）天线对接收效果影响很大，最好接1/4 波长单振子天线。天线的直径大于0.8mm，要拉直，弯曲的天线效果很差，没有天线距离会很近。天线直接焊在模块的ANT 接口，也可以用50线连接到50天线。天线尽可能远离金属屏蔽体，高压，及干扰源的地方。（5）接收模块的地要焊到接收主板的大面积敷铜面，不要用连接线接地。（6）J05P 是采用ASK 的传输方式，ASK 的方式在传输中会产生数据信号脉宽的变移，因此，在编写无线数据时应做如下处理：例如接收解码时的约定。1 高电平大于200us 即可判为1，0 高电平小于200us 即可判为0引导码可采用1码或0码，起始码采用1ms 的低电平。（7）需要注意：ASK 传输方式的发射模块数据输入端平时都处于低电平休眠状态，因此，在编写无线数据时也应做如下处理：数据发送完毕需要维持低电平休眠状态。否则发射模块一直处于高电平发射状态，发送数据时第一位脉冲会丢失。如果不考虑功耗，可以考虑丢弃第一个字节。（8）PT2262 的编码格式代码位是编码波形的基本成分分为AD(地址/数据)位和SYNC(同步)位两种地址/数据AD)位波形,一个AD 位能被设置为0 1 或f 分别对应低电平，高电平和浮空状态，一位波形由2 个脉冲周期组成，每个脉冲周期持续时间为16 个OSC 主频周期。同步(Sync.)位波形：同步位波形是宽度为1/8 位4 个主频周期持续时间为4 位128 个主频周期的正脉冲。代码字一组代码位称为代码字一个代码字由12 个AD 位跟一个同步位组成。参见图5图52.2无线发送部分设计及部分仿真：发送部分对电压的稳定要求比较高，如果电压不稳定会造成信号失真无法解码或者产生误码。虽然市面上电池多为1.5V电池，但是根据实训期间使用2262模块的经验，需要电压达到10V-15V，输出信号才比较清晰稳定。而直流升压电路DC/DC会造成很大的功率浪费，而且电压不稳定，对于发射器长时间使用的初衷不符，所以决定采用不常见的12V充电电池来作为发射端的电源。无线发送模型如图6。图6无线发送端设计电路如图7：图7图7中编码开关：同2272一样，只采用1和悬空编码。控制开关：因为发送信号只需很短的脉冲，所以采用触发式开关。F05p：无线发送模块，详见上F05P的介绍。其中1.2M欧电阻为2262震荡电阻，需要与2272震荡电阻对应，详见表2.2.2.1设计中使用的PT2262引脚图(图8): 图8表5PT2262管脚说明 名称 管脚说 明 A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空), D0-D5 7-8、10-13 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc 18 电源正端（） Vss 9 电源负端（） TE 14 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效； OSC1 16 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率； OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端； Dout 17 编码输出端（正常时为低电平）PT2262性能参数（表6、7）表6PT2262性能参数参数符号参数范围单位电源电压Vcc-0.315V输入电压Vi-0.3Vcc+0.3V输出电压Vo-0.3Vcc+0.3V最大功率（Vcc=10V）Pa300mW工作温度Topr-20+70储存温度Tstg-40+125表7PT2262性能参数参数符号测试条件最小值典型值最大值单位电源电压Vcc215V电源电流IccVcc=10V振荡器停振A0A11开路0.020.3ADout输出 驱动电流IOHVcc=5V,VOH=3V-3mAVcc=8V,VOH=4V-6mAVcc=10V,VOH=6V-10mADout输出陷电流IOLVcc=5V,VOL=3V2mAVcc=8V,VOL=4V5mAVcc=10V,VOL=6V9mA输出高电平VIH0.7VccVccV输出低电平VIL00.3VccVPT2262编码格式:地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。每组字码之间有同步码隔开，如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。一个字码由12位AD码（地址码加数据码，比如8位地址码加4位数据码）组成，每个AD位用两个脉冲来代表：两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。(参图9) 图 9PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续三次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。(参图10、11)图10 图11因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。2.2.2F05P无线发射模块:是一款低成本、小体积、低功耗ASK无线发射模块；采用SMT工艺，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，无数据时休眠，并具有较宽的工作电压范围。适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。（外形如图12） F05P在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路J04V、J04T为第2脚）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路J04V、J04T为第3脚）。表8F05P性能参数发射频率：315MHz 433MHz工作电压：DC+3V-12V发射电流：2-10mA发射功率：10mW传输速率：10Kbps频率稳定度：10-5声表稳频调制方式：ASK 外形尺寸：9215mm(宽X长X厚)工作温度：-40-+60表9引脚功能F05P引脚功能：F05P+引脚功能：1-正电源3-12V 2-地 3-数据信号输入 平时为低电平 4-外接天线 1-正电源3-12V 2-地 3-数据信号输入 平时为高电平4-外接天线 图12选用F05P是因为：F05P采用SMT工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK方式调制。F05P不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入F05P的数据输入端。F05P在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路J04V、J04T为第2脚）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路J04V、J04T为第3脚）。使用时要注意：F05P需要输入数据才能发射，数据信号停止，发射电流为零。F05P对0.1-1ms的数据脉冲发射效果较理想，过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降，过调制或调制不足使收发距离变近。F05P对直流电平及模拟信号不能发射。如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰。若采用通用编码器2262，发射效果比单片机好，因为2262的数据无论怎么变但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。而单片机则会出现数据错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。 F05P有4个功能引脚，因为体积小，功耗底无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用，天线能否匹配也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度应取发射频率的1/4波长，可以用一根直径0.5-1毫米，长度（433M）18厘米；（315M）24厘米的漆包线代替。但天线必须拉直，指向无所谓。短于1/4波长或弯曲的天线效果会很差。F05P应垂直安装在印板边部，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌而停振。FO5P发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及发射环境有关。在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离，F05P最佳有效工作距离为100M左右。 F05P对应接收电路根据需求可选用J04V J04T J04P 3400 3100等同频率接收模块配套。2.3关于2262/2272集成电路的编码：PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，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。编码芯片PT2262编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从17脚输出到射频发射模块的数据输入端发射出去。射频接收模块接收后送到解码芯片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高电平，如果PT2262连续发送编码信号，PT2272第17脚和相应的数据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。高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。PT2262/2272地址码的设定：在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三