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目前市場上常見的無線遙控器多數為四鍵和十二鍵,主要用于汽車防盜系統、家庭防盜系統及遙控玩具等方面,這些應用簡單、實用、成本低。但對于一些工程中需要距離在100米以上,控制或設定一些數據時,并要求一個遙控器對多于12個甚至上百個設備時,上述遙控器對操作人員就不方便,而且系統性能不夠穩定。鑒于上述情況我們便提出在此基礎上,采用單片機編寫地址,通過操作鍵設置,液晶顯示遙控器的輸出。同時對耗電量、多個控制的設定、便于攜帶、操作方便及性能穩定等的嚴格要求,于是便設計開發出一種新型智能遙控器。該型遙控器以TI公司的超低功耗單片機MSP430F413為微處理器,配有低功耗3位液晶顯示器EDS812A,還有傳輸比很高的光,整個系統采用鋰電池和高能氧化銀電池作為供電電源,并且有功耗少、體積小、重量輕、易于編程和使用壽命長等特點。此外它使用安全可靠,便于攜帶,方便其它類似工程實際采用,移植性強。該遙控器的電路原理框圖如圖1所示,由電源電路、液晶顯示、按鍵控制、地址輸出、發射模塊等電路組成。 圖1 智能遙控器原理框圖 單片機接口 MSP430F413單片機是TI公司最近推出的超低功耗混合信號16位單片機系列中的一種。它采用16位精簡指令系統,125ns指令周期,大部分的指令在一個指令周期內完成,16位寄存器和常數發生器,發揮了最高的代碼效率,而且片內含有硬件乘法器,大大節省運算的時間。該芯片采用低功耗設計,具有五種低功耗模式,供電電壓范圍為1.8~3.6V,在工作模式下：2.2伏工作電壓1MHz工作頻率時電流為225uA;在待機模式電流為0.7uA;掉電模式(RAM數據保持不變)電流為0.1uA。所以特別適用長期使用電池工作的場合。它采用數字控制振蕩器(DCO),使得從低功耗模式到喚醒模式的轉換時間小于6us。該芯片具有8KB+256B Flash Memory,256BRAM,采用串行在線編程方式,為用戶編譯程序和控制參數提供靈活的空間,內部的安全保密熔絲可使程序不必非法復制。此外,MSP430F413具有強大的中斷功能,48個通用I/O引腳,96段LCD驅動器,一個16位定時器,這樣提高了對外圍設備的開發能力。 由于考慮到本設計有低功耗,小體積,液晶顯示,按鍵編址等要求,所以選用了MSP430F413型單片機芯片,在線系統設計、開發調試及實際應用上都表現出與其它單片機非常明顯的優勢。單片機接口電路原理圖如圖2所示。 電源電路 這個系統的電源回路由兩個獨立的電源組成,互不干擾,之所以采用兩組獨立的供電系統,主要從以下幾個方面考慮：1、實際使用中發現單片機工作時對接收電路產生干擾,影響控制功能;2、隨著遙控距離的不同,發射電流也不同,距離越遠電流越大,直接影響單片機的工作;3、發射模塊的最佳工作電壓為12V左右,而單片機系統的工作電壓為1.8-3.6V,這樣就得采用通用DC-DC降壓芯片,成本就會增加。此外發射模塊與單片機系統共地,它們之間干擾無法徹底消除。鑒于以上因素,從實際使用角度出發,采用鋰電池和高能氧化銀電池獨立供電。 單片機系統采用一節鋰電池CR2032（容量210mAh,電壓3.0V,直徑20mm,高度3.2mm）供電。遙控器部分為兩節高能氧化銀電池476A（容量165mAh,電壓6.0V,直徑13mm,高度25.2mm）串聯供電。整個系統的電流工作時小于1mA,不工作時小于3uA。單片機部分無鍵操作時,可關閉電源開關或隔20分鐘后系統自動處于低功耗模式3,這樣可節省能量;遙控器部分電源在無鍵操作時,不消耗電能。故此系統的電源回路設計可達到耗電少、經濟實用、性能穩定可靠的指標。 按鍵控制部分 該遙控器共有6個按鍵：2個設置鍵(KEY1,KEY2),4個功能鍵(S1-S4),共同完成特定的功能操作。出于對低功耗設計要求,在有鍵按下時盡可能減少系統功耗,故在地址輸出部分與液晶顯示部分采用組合鍵來完成,即就是在液晶設置完成后再按確定鍵KEY2,才有地址輸出。這時按功能鍵才有遠程控制功能,否則不能遙控。同時掃描按鍵操作,若在20分鐘左右無鍵按下,則使MSP430單片機進入低功耗模式3;若有任意鍵按下時重新開始設置地址并輸出。 圖2 單片機接口電路原理圖 液晶顯示模塊 液晶顯示器采用的是西安新敏電子有限公司的標準段式低功耗3位液晶顯示器EDS812A,有23個段輸出和1個公共端輸出。利用MSP430F413單片機自身具有液晶驅動LCD96段來完成系統的顯示接口,因此采用靜態驅動方法直接接線,簡單可靠,易于編程,其中MSP430F413的R30引腳必需接地。 地址輸出單元 該單元由兩片傳輸比很高光耦TLP627-4及其相應電阻組成。由于發射控制部分的工作電壓在4~15V范圍,單片機系統地址輸出與遙控器發射控制部分有不同的工作電壓,故采用光電隔離和電平轉換使得控制與設置部分準確可靠的工作。 遙控器模塊 PT2262和PT2272是臺灣普城公司生產的一對COMS工藝制造的低功耗低價位專用編、解碼芯片,振蕩頻率通過一個外接電阻進行調節,編碼芯片PT2262發出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字,解碼芯片PT2272接收到信號后,其地址碼經過兩次比較核對后,VT引腳才輸出高電平,與此同時相應的數據引腳也輸出高電平,如果發送端一直按住按鍵,編碼芯片也會連續發射。當發射模塊沒有鍵按下時,PT2262不接通電源,其17引腳為低電平,所以315MHz的高頻發射電路不工作;當有按鍵按下時,PT2262得電工作,其第17腳輸出經調制的串行數據信號,當17引腳為高電平期間315MHz的高頻發射電路起振并發射等幅高頻信號;當17引腳為低平期間315MHz的高頻發射電路停止振蕩,所以高頻發射電路完全收控于PT2262的17引腳輸出的數字信號,從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制）相當于調制度為100％的調幅。編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272的第1_8引腳為地址設定,可以選擇懸空、接正電源、接地三種狀態,3的8次方為6561,所以地址編碼不重復度為6561組,只有PT2262和PT2272的地址編碼完全相同,才能配對使用。生產廠家為了便于管理,出廠時PT2262和PT2272的八位地址編碼端全部選擇懸空,用戶如果想改變地址編碼,只要將PT2262和PT2272的1_8引腳設置相同即可。 該智能遙控器利用MSP430F413的P6口輸出高低電平,經過光耦與PT2262的地址設定腳相連,通過單片機編寫地址,每完成一次設置都有唯一的地址輸出,相應的PT2272地址設定腳也應設置為相應的高低電平,這時操作遙控器的功能鍵,則含這個PT2272的設備有相應的動作,而其它含PT2272的設備不動作。這樣就保證了準確可靠的功能。 無線發射單元 該模塊以編碼芯片PT2262為核心,與發射模塊J6（型號為9912）連接,可以遙控距離為100米以上。還有一種和PT2262完全兼容的SC2262芯片,外圍電路無需作任何改動,編解碼電路簡單,外部元件少,最多可有12位(A0-A11)三態地址端引腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼。本設計使用8位地址設定引腳(A0-A8),選擇接正電源、接地兩種狀態,組合可提供256個地址碼。PT2262使用4位(D0-D3)數據端引腳,設定的地址碼和數據碼從17引腳串行輸出,可用于無線遙控發射電路。發射電路原理圖見圖3。 發射模塊9912的正面信號引腳名稱見圖4,與圖3中的J6端子對應。(GND為12V接地端) 圖3 發射電路原理圖 無線接收單元 該模塊是以解碼芯片PT2272為核心的接收模塊SB-JS1。該接收模塊有七個引出端,分別為VCC、GND、D1、D2、D3、D4及VT,其中VT端為解碼有效輸出端,D1_D4為四位數據鎖存輸出端,能輸出4V左右的高電平,驅動電流2mA,與發射器上的S1、S2、S3、S4四個鍵相對應。接收模塊采用SMD貼片工藝制造生產,為超再生接收方式,它內含放大整形及解碼電路,使用極為方便。 軟件設計 本系統軟件設計的開發調試工具是IAR公司的嵌入式工作臺EW430。它是IAR公司專為TI16位單片機MSP430系列開發的,它提供了一個完整的開發環境。在支持TIFET驅動方面,EW430的功能是獨一無二的,目前最新版本是1.26B。該開發工具支持windows98/ME/NT4/2000/XP多操作系統,在該開發環境下可進行工程文件的建立、文件編輯、編譯、匯編、鏈接和建立生成目標文件及對目標文件進行調試。 MSP430 IARC-SPY調試器是為測試邏輯程序和仿真而開發的一種快速和高性價比的工具,可以將程序完整地下載到IDE中,在IAR EmbeddedWorkbench中可以方便地進入C-SPY調試環境,編輯的功能像源代碼瀏覽器一樣使程序可以編輯的同時調試,斷點可直接在代碼中設置,寄存器窗口,存儲器窗口,觀察窗口等,可非常方便地調試用戶所設計的程序。硬件調試主要通過TI的JTAG Flash仿真工具MSP-FET430(FlashEmulation Tool)連接目標板�？赏瑫r編輯調試匯編語言和C語言源文件。 MSP430系列的IAR C 語言與標準C語言兼容程度高,所有的文檔資料容易理解,便于移植。整個程序采用C語言設計,模塊化結構,條理清楚,程序量精簡,使得MSP430的速度和編譯程序容量最優化。程序流程圖如圖4所示。 圖4 程序流程圖 結語 本設計由于選用MSP430F413單片機,其豐富的片上外圍功能模塊使得外圍電路得以大大簡化,而且大多數元器件均選擇貼片封裝,從而減少了整個板面積,同時在軟件設計中也采用了多種節能工作方式,從而使整個系統功耗很少,可滿足電池供電要求。目前,在實際應用中也得很好的驗證,精度高、控制準確、抗干擾性強。 |
