基于AVR单片机的无线通道控制系统的设计

2009 03JOURNAL OF SHENYANG UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY Mar 2009 收稿日期 2008 04 17 作者简介 安然然 1980 男 辽宁沈阳人 讲师 硕士 主要从事嵌入式系统与智能控制的研究 文章编号 1004 4639 2009 01 0076 04 基于 AVR 单片机的无线通道控制系统的设计 安然然 冯 露 沈阳化工学院计算机科学与技术学院 辽宁沈阳 110142 摘 要 介绍一种新型可编程无线电遥控多通道开关系统的设计与实现方法 详细阐述其组 成 结构和工作原理 该方法采用芯片组 PT2262 2272 进行编解码 并通过无线电遥控方式传送指 令键 码给 AVR 单片机 AT90S2313 实现了多通道控制 在发射电路中采用十进制至 8421 码编码 器 实 现对开关按键编址 从而对受控电路进行选择控制 在接收控制系统中引入单片机 通过充分 利用 其软 硬件资源 为无线电遥控提供合理 廉价的解决方案 使系统具有控制灵活 扩展方便 可实现 多通道多功能控制等特点 关键词 无线电控制 十进制至 8421 码编码器 编解码芯片组 单片机 中图分类号 TP368 文献标识码 A 在无线遥控领域 目前常用的遥控方式主要 有超声波遥控 红外线遥控和无线电遥控等 前 2 种方式遥控的距离比较短 一般为几米至几十 米 具有方向性 不具有像无线电遥控那样可以 穿过阻挡物对受控对象进行遥控的能力 无线电 遥控技术就是利用无线电波传送控制信号 实现 对物体或各种过程进行远距离控制的专门技术 遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件 集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机 智 能化程度大大提高 近年来 遥控技术在工业生 产 家用电器 安全保卫以及人们的日常生活中 使用越来越广泛 由于无线电波是由发射点向四 面八方传播 可以穿过阻挡物 而且可以传播到 很远的距离 因此 它的控制可以在很大区域和 空间内实现 成为遥控的主要方式 在国防 军 事 生产 建设和日常生活中有极广泛的应用 为 此 本文在前人研究的基础上探索一种通过单片 机控制无线芯片 PT2262 PT2272 从而实现对多 通道开关进行管理 研究表明 采用该方法设计 的遥控开关系统控制方便 适用于含有较多受控 电器的场合 可实现多路多功能控制 1 PT2262 PT2272 简介 1 1 PT2262 PT2272 的特点 PT2262 2272 两款单片机是台湾普城公司 生产的一种 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 如图 1 所示 可用于无线遥控发射电路 1 编码芯片 PT2262 发出的编码信号由地址 码 数据码 同步码共同组成一个完整的码字 解 码芯片 PT2272 接收到信号后 其地址码经过 2 次比较核对后 VT 脚才输出高电平 与此同时相 应的数据脚也输出高电平 如果发送端一直按住 按键 编码芯片也会连续发射 当发射机没有按 键按下时 PT2262 不接通电源 其 17 脚为低电 平 所以 315MHz 的高频发射电路不工作 当有 按键按下时 PT2262 得电工作 其第 17 脚输出 经调制的串行数据信号 当 17 脚为高电平期间 第 1 期 安然然 等 基于 AVR 单片机的无线通道控制系统的设计 77 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频 信号 当 17 脚为低电平期间 315MHz 的高频发 射电路停止振荡 所以 高频发射电路完全受控 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 2 图 1 PT2262 PT2272 引脚及原理图 Fig 1 PT2262 PT2272 pin diagrams and inter configuration schematic sheet 1 2 PT2262 PT2272 发射接收原理 PT2262 IR 发射芯片地址编码输入有 1 0 和 开路 3 种状态 数据输入有 1 和 0 2 种状态 3 由各地址 数据的不同接脚状态决定 编码从输出端 Dout 输出 通过红外 发射管发射出去 其编码时序波形如图 2 所示 PT2262 每次发射时至少发射 4 组字码 PT2272 只有在连续 2 次检测到相同的地址码加数据码时 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 因为无线发射的特点 第 1 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 如图 2 所示 振荡频率与码位波形 的对应关系 当引脚为高阻时 输出波形为一个窄脉冲 一个宽脉冲 为高电平时 输出 2 个宽脉 冲 为低电平时 输出 2 个窄脉冲 若 PT2262 的一个振荡周期为 a 时 则窄脉冲的宽度是 4a 其 后的间隔是 12a 宽脉冲的宽度是 12a 后面的间隔是 4a 从而一个完整的位发射脉冲宽是 32a 图 2 振荡频率与码位波形的对应关系 Fig 2 Relationship of oscillation frequency and codingwaves 2 系统硬件电路的设计 2 1 发射系统 发射系统主要由按键编址电路 编码电路 无线电发射电路组成 发射系统的电路原理 图见图 3 发射系统主要功能是首先将受控电路的开关进行编址 再将编址信息进行编码后得 到一组编码脉冲信号 此信号调制无线电发射电路并发射出去 按键编址电路中的核心元件是 十进制至 8421 码编码器的 CD40147 它可将输入的十进制码编为输出的 BCD 码 CD40147 有 9 个输入端 IN1 IN9 输入的是十进制码 高电平有效 4 个输出端 A B C D 输出的 是 BCD 码 其中 A 为 20 位 B 为 21 位 C 为 22 位 D 为 23 位 按键编址电路可实现对受控电 路的开关进行编址 将编址信号输出作为编码电路的数据输入信号 采用十进制至 8421 码编 码器对受控电路的开关进行编址 可使编址电路简洁 控制方便 图 3 发射系统的电路原理图 Fig 3 Schematic sheet of sending system 编码芯片 PT2262 该芯片内部有振荡器 系统定时器 地址解码器 编码脉冲发生器 和控制逻辑电路 PT2262 的 A0 A7 端是芯片的地址码设置端口 每一端口可以编为 0 接 地 1 接 VCC 和 开路 3 种状态 利用 A0 A7 这 8 位地址线可提供 38 6561 种不同 寻址 D0 D3 端是数据码输入端 分别和十进制至 8421 码编码器 CD40147 的输出端 A B C D 相连 编码芯片 PT2262 数据码输入端可以是高电平 1 或者是低电平 0 一共有 4 个通道 数据码在无线电遥控开关系统中的主要作用是区别不同的开关电路 设计中 D0 D3 取值 0001 1001 共 9 种状态 即可控制 9 路开关电路 2 2 接收控制系统 接收控制系统主要由无线电接收电路 解码电路 单片机电路 开关电路组成 接收控 制系统的电路原理如图 4 所示 接收控制系统主要完成的功能是首先对接收进来的信号解调 后进行解码 解码后的数据送单片机 由单片机根据此数据去控制相应的开关进行动作 图 4 接收控制系统的电路原理图 Fig 4 Schematic sheet of receiving and control system 无线电接收电路采用与射频发射模块 F05C 相配套的射频接收模块 J04E J04E 具有较 宽的接收带宽 极低功耗 可长期处于守机状态 J04E 输出端口直接与 PT2272 的数据输入端 口连接 解码电路采用编解码芯片组 PT2262 2272 中的解码芯片 PT2272 该芯片内部有地址 解码 振荡和系统定时 数据检测 同步检测 控制逻辑 译码逻辑电路 PT2272 的 A0 A7 端是芯片的地址码设置端口 地址码就好比是一张身份识别的证书 只有接收端的地 址码和发射端的地址码设置完全相同 输出端才有输出信号 解码芯片 PT2272 将数据输入端 接收到的信号 经内部电路解码辨识确认 如果所接收到的信号地址码与本机地址编码相同 D0 D3 输出与无线电发射系统所发射的相对应的开关信息给单片机电路 由单片机控制相应 的开关电路动作 否则 解码芯片不解码 单片机电路不响应 开关电路保持原有的工作状态不 变 单片机电路采用 AVR 单片机 AT90S2313 来实现对输入信号的处理和开关电路的控制 AT90S2313 单片机具有运算速度快 抗干扰能力强等优点 3 系统运用 AT90S2313 的 PB0 PB3 端口作为数据输入端口 分别和解码芯片 PT2272 的数据输出端 D3 D0 连接 PT2272 的有效输出端输出的信号作为单片机外部中断 INT0 的触发信号 当外部中断 INT0 采样到有效触发信号时 它对 PB0 PB3 脚的信号进行中断处理 实现对开关电路的状态进行 控制 AT90S2313 的 PD5 脚外接一蜂鸣器 对有效的开关动作进行提示 3 结束语 综上所述 基于 AVR 单片机的无线电通道控制系统的研制 采用了较为先进的电子技术 为无线电遥控提供了一种合理 低成本 高性能的实现方案 无线电遥控器以其小巧 价格 低廉 控制方便而越来越被人们所接受 本设计适合开发各种低成本遥控报警器及各种遥控 系统 如可应用于家用电器遥控 文教娱乐场馆的