無線遙控電燈開關(guān)

曹樹偉，鮑曉娟

（1.赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院；2.赤峰學(xué)院 遠(yuǎn)程教育學(xué)院.，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

在現(xiàn)代家庭居室中，大多是三室兩廳式的布局，每個房間都要有電燈，這就為電燈開關(guān)的控制帶來了許多不便，例如黑暗環(huán)境下開燈時摸黑找開關(guān)的不便；晚上休息時，關(guān)燈回臥室時摸黑行走的不便，忘記關(guān)閉其他房間的電燈，來回走動關(guān)燈的不便；黑暗環(huán)境下走動容易觸碰到障礙物造成摔跤等意外，對于老人、小孩、行動不便者尤其如此.為了解決這些不便，遙控開關(guān)的使用就有了價值.遙控開關(guān)可以讓你在家中隨時隨地地控制任意房間的電燈開關(guān).

無線遙控開關(guān)是采用射頻識別技術(shù)，用無線遙控器控制各類燈具的一種新型智能開關(guān)，可對室內(nèi)一個或者多個燈具的控制.無線遙控開關(guān)滿足了對家用燈具進(jìn)行便捷開關(guān)控制的需要，具有以下功能：能夠在室內(nèi)任意位置進(jìn)行開關(guān)操作，通過不同的遙控按鍵控制多個家用電器開關(guān)；保留了墻壁開關(guān)功能，既可以用墻壁開關(guān)控制，又可以用遙控器控制；安裝方便，直接替換原有墻壁開關(guān)即可，無須更改線路；可以按照需求自由設(shè)定遙控按鍵所控制的電燈，可以是一個按鍵對應(yīng)一個居室的電燈開關(guān)，同時也可以設(shè)定一個按鍵控制多個電燈的開和關(guān)；具有一鍵關(guān)閉所有電燈開關(guān)的功能.

2 工作原理流程圖及相關(guān)器件參數(shù)

遙控按鍵操作編碼并發(fā)送接收并解碼鎖存指令并驅(qū)動繼電開關(guān)導(dǎo)通或斷開開關(guān)按鍵復(fù)位.

工作原理簡介：用戶按下無線遙控器按鍵，由無線開關(guān)遙控器進(jìn)行編碼并轉(zhuǎn)換成無線電波發(fā)送至墻壁上的遙控開關(guān)，再由墻壁上的遙控開關(guān)解碼，輸出高低電平來控制繼電器開關(guān)通斷動作，從而進(jìn)行亮燈滅燈控制.同時，在墻壁遙控開關(guān)上留有開關(guān)按鈕，以供用作普通機(jī)械開關(guān)作用（即圖中的開關(guān)按鍵復(fù)位框）.

圖1

相關(guān)器件簡介

器件清單：

PT2262 1個、PT2272 3個、DF發(fā)送模塊1個、DF接收模塊3個、JK觸發(fā)器1個、按鍵開關(guān)5個、LED燈2個、繼電開關(guān)（每開關(guān)配1個）、1.2M電阻1個、200K電阻1個.

T2262/2272編解碼芯片

編碼芯片T2262/2272及管腳說明管腳.

圖2

PT2262管腳說明（見表1）

PT2272管腳說明（見表2）

表1

圖3

PT2262/2272地址碼的設(shè)定:

發(fā)射端PT2262芯片地址引腳A0～A11和接收端PT2272地址引腳A0～A11引腳的編碼完全相同，兩芯片才能配對使用.當(dāng)兩者地址編碼完全一致時，接收芯片PT2272對應(yīng)的數(shù)據(jù)端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同時VT端也輸出解碼有效高電平信號.輸出信號接入JK觸發(fā)器作為控制信號.

振蕩電阻:

PT2262和PT2272外接振蕩電阻必須匹配，否則接收距離會變近或無法接收，阻值越大振蕩頻率越低，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長.相對來說PT2262用1.2M，PT2272用200K配套發(fā)射效果比較好.

表2

工作電壓在3-5V比較可靠，最低工作電壓2.4V沒有問題，最高工作電壓超過5V易燒毀.2272的地址端高電平不得超過18腳的工作電壓.

配套參考表：

表3

DF無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊

DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，頻率穩(wěn)定度極高.DF發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而采用了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管Q1，用PT2262編碼集成電路配接時，直接將它們的數(shù)據(jù)輸出端第17腳接至DF數(shù)據(jù)模塊的輸入端即可.

圖4 無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

DF數(shù)據(jù)模塊工作電壓范圍較寬，約為3～12V，當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變，和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收.當(dāng)電壓5V時約100～180米，當(dāng)電壓9V時約280～450米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時，為最佳工作電壓，發(fā)射效果較好，發(fā)射電流約60毫安，空曠地傳輸距離700～800米.當(dāng)電壓大于l2V時功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高.天線最好選用25厘米長的導(dǎo)線，因?yàn)闊o線電信號傳輸時受很多因素的影響.數(shù)據(jù)信號與DF發(fā)射模塊輸入端可以用電阻或者直接連接而不能用電容耦合，否則DF發(fā)射模塊將不能正常工作.數(shù)據(jù)電平應(yīng)接近DF數(shù)據(jù)模塊的實(shí)際工作電壓，以獲得較好的調(diào)制效果.

DF發(fā)射發(fā)射模塊最好能垂直安裝在主板的邊緣，應(yīng)離開周圍器件5mm以上，以免受分布參數(shù)影晌.

DF超再生式接收模塊

圖5 DF超再生接收模塊的電路圖

DF接收模塊的工作電壓為5伏.接收模塊本身不帶解碼集成電路，接收電路僅是一種組件.電路優(yōu)點(diǎn)：（1）天線輸入端有選頻電路，而不依賴1/4波長天線的選頻作用，控制距離較近時可以去掉外接天線.（2）抗干擾能力較強(qiáng).（3）自身輻射極小，減少了自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的影響.（4）溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機(jī)械振動性能優(yōu)良.DF無線數(shù)傳輸模塊設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：DF數(shù)據(jù)模塊的最大傳輸數(shù)據(jù)速率為9.6KB/s，一般控制在2.5KB/s左右.2、碼組格式推薦方案：前導(dǎo)碼＋同步碼＋數(shù)據(jù)幀DF接收模塊工作時一般輸出的是高電平脈沖，不是直流電平，調(diào)試時可用一個發(fā)光二極管串一個3KΩ的電阻來監(jiān)測DF模塊的輸出狀態(tài)，亮則有輸出，不亮則無輸出.DF無線數(shù)據(jù)模塊和PT2262/PT2272專用編解碼芯片使用時，直接連接即可正常工作，一般實(shí)用距離在200米以內(nèi).

JK觸發(fā)器

JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單元.JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能.由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成T觸發(fā)器.邊沿JK觸發(fā)器具有以下特點(diǎn)：（1）邊沿JK觸發(fā)器具有置位、復(fù)位、保持（記憶）和計(jì)數(shù)功能；（2）邊沿JK觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)只在時鐘脈沖的負(fù)跳變沿發(fā)生；（3）由于接收輸入信號的工作在CP下降沿前完成，在下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，在下降沿后觸發(fā)器被封鎖，所以不存在一次變化的現(xiàn)象,抗干擾性能好，工作速度快.J、K觸發(fā)器接成T觸發(fā)器使用（即將J和K相連后接至高電平），則最高時鐘頻率還要低一些.因?yàn)閺腃P的下降沿開始到輸出端的新狀態(tài)穩(wěn)定建立所需要的時間為tPHL≥4tpd，如果CP信號的占空比為50%，那么CP信號的最高頻率只能達(dá)到fc(max)=1/2tPHL=1/8tpd

3 電路原理圖

圖6 遙控器電路原理圖

圖7 開關(guān)電路原理圖

4 模塊及其功能

遙控器主要由按鍵、編碼模塊及發(fā)送模塊組成；遙控開關(guān)主要由接收模塊、解碼模塊、鎖存電路、開關(guān)按鍵及繼電開關(guān)組成.

遙控器和開關(guān)是配對使用，不同的用戶可以通過編碼解碼芯片PT2262/2272分配不同的地址來區(qū)別使用,PT2262/2272最多可有12位(A0～A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合，PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，接入無線遙控發(fā)射電路.高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控調(diào)制.

本設(shè)計(jì)采用A0～A5共6位地址編碼，可使用730種編碼，足以滿足單獨(dú)住宅樓的分配；D0～D5共六位為數(shù)據(jù)位，可單獨(dú)控制5個燈具開關(guān)及獨(dú)立總關(guān)閉控制,同樣可以滿足普通三室兩廳的開關(guān)控制需求.

遙控器：

按鍵信息經(jīng)過PT2262編碼后編碼信號是由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，從17腳輸出到DF無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，然后調(diào)制再發(fā)射出去.PT2262的D0端口指定為總關(guān)閉按鍵輸入端口；D1～D5為通常開關(guān)按鍵輸入端口.

開關(guān)：

DF無線數(shù)據(jù)接收模塊接收遙控器發(fā)出信號后送到解碼芯片PT2272，其地址碼經(jīng)過三次比較核對后，PT2272的VT腳輸出高電平，表示解碼有效，與此同時PT2272與PT2262相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，由T觸發(fā)器鎖存用以控制繼電開關(guān).如果PT2262連續(xù)發(fā)送編碼信號，PT2272第17腳和相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳便連續(xù)輸出高電平.PT2262停止發(fā)送編碼信號，PT2272的VT端便恢復(fù)為低電平狀態(tài)；PT2272的D0端口為總關(guān)閉信號輸出端口，下接T觸發(fā)器異步置零端，直接控制繼電開關(guān)打開；D1～D5端口為通常開關(guān)信號輸出端口，通過遞次觸發(fā)T觸發(fā)器控制繼電開關(guān)打開閉合；按鍵為通常開關(guān)，直接控制高電平遞次觸發(fā)T觸發(fā)器控制繼電開關(guān)打開閉合.

D1～D5中的一個端口與T觸發(fā)器的輸入端相連即可，實(shí)際焊接中采用D1～D5依次連接于導(dǎo)線，導(dǎo)線連接于T觸發(fā)器輸入端，使用時將不用的D端口與導(dǎo)線斷開即可，這樣便于量化生產(chǎn)及使用中單個開關(guān)的維護(hù)替換.電源使用電池電源（5V），配套電阻PT2262用1.2M，PT2272用200K.

5 工作過程

如圖6、圖7所示，遙控器與開關(guān)通過編碼電路對PT2262/2272進(jìn)行地址碼配對.遙控器中Pt2262產(chǎn)生一個以32個315MHz（α）為1bit的數(shù)字信號，共有有6位地址碼+6位數(shù)據(jù)碼12bit數(shù)據(jù)；地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同的脈沖來表示，兩個窄脈沖表示“0”；兩個寬脈沖表示“1”；一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空”，具體如圖8.PT2262每次發(fā)射時至少發(fā)射4組字碼，PT2272只有在連續(xù)三次檢測到相同的地址碼加數(shù)據(jù)碼才會把數(shù)據(jù)碼中的“1”驅(qū)動相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動VT端同步為高電平.

當(dāng)遙控器的按鍵開關(guān)按下，PT2262對應(yīng)數(shù)據(jù)端口輸入5V高電平，Dout端口輸出4組以上由地址碼+數(shù)據(jù)組成的12bit字碼組，經(jīng)過專用DF發(fā)送模塊生成100%幅度調(diào)制的調(diào)幅波并由ANT端發(fā)射，專用DF發(fā)送模塊輸出端接發(fā)光二極管串接一個3K的電阻作為指示開關(guān).

圖8 無線編碼

已調(diào)信號通過天線ANT被開關(guān)的專用DF接收模塊接收，解調(diào)出原編碼信號經(jīng)DATA端送入PT2272的DIN端解碼，三次確定數(shù)據(jù)端口為同一電平時，置位輸出端電平，對應(yīng)數(shù)據(jù)端口輸出5V高電平脈沖，脈沖輸入T觸發(fā)器，脈沖下降沿觸發(fā)T觸發(fā)器，Q輸出電平翻轉(zhuǎn)；Q端為低電平時，三極管關(guān)閉，繼電開關(guān)關(guān)閉，電燈關(guān)閉；Q端為高電平時，三極管正常工作將輸入電流放大驅(qū)動繼電開關(guān)打開，電燈打開.T觸發(fā)器反向輸出端接發(fā)光二極管作指示燈，當(dāng)電燈打開時，指示燈關(guān)閉，當(dāng)電燈關(guān)閉時指示燈打開用于指示開關(guān)位置及工作狀態(tài).開關(guān)按鍵按下，T觸發(fā)器輸入高電平，松開按鍵時，T觸發(fā)器觸發(fā)，Q端電平翻轉(zhuǎn)控制電燈開關(guān).當(dāng)遙控按鍵1按下時，開關(guān)PT2272的D1端輸出高電平脈沖，輸入T觸發(fā)器異步置零端，直接控制電燈關(guān)閉.

6 結(jié)論

無線遙控開關(guān)由發(fā)射電路、接收開關(guān)電路、電源三部分構(gòu)成.分為遙控器和開關(guān)器件，主要功能是通過遙控器進(jìn)行按鍵數(shù)據(jù)的編碼信號發(fā)送，在開關(guān)處接收解碼信號遙控控制開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)閉，及發(fā)出各個開關(guān)部件通斷信號.

開關(guān)部件實(shí)現(xiàn)獨(dú)立部件開關(guān)，接收遙控開關(guān)信號實(shí)現(xiàn)獨(dú)立開關(guān)及總關(guān)閉信號.

通過地址編碼電路來配對遙控器和開關(guān)部件，實(shí)現(xiàn)遙控開關(guān)的批量生產(chǎn).通過總關(guān)閉功能可以在睡覺前關(guān)閉家庭中還在運(yùn)行、待機(jī)的電器，從而節(jié)省了電力資源.使用開關(guān)部件上的獨(dú)立開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無法使用遙控器時的通常開關(guān)操作，開關(guān)部件上的指示燈為開關(guān)打開時常亮，方便確認(rèn)開關(guān)的位置及狀態(tài).使用相關(guān)的高性能低功耗模塊保證了信號有效傳輸，同時可以在電池電源的情況長期工作，開關(guān)部件及遙控部件均可獨(dú)立更換，方便調(diào)試維修.

〔1〕閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2006.5.

〔2〕童詩白，華成英.模電電子技術(shù).高等教育出版社，2006.5.

〔3〕胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路.高等教育出版社，2009.1.

〔4〕彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社.