|
目前市場上常見的無線遙控器多數(shù)為四鍵和十二鍵,主要用于汽車防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)及遙控玩具等方面,這些應(yīng)用簡單、實(shí)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(shè)定一些數(shù)據(jù)時,并要求一個遙控器對多于12個甚至上百個設(shè)備時,上述遙控器對操作人員就不方便,而且系統(tǒng)性能不夠穩(wěn)定。鑒于上述情況我們便提出在此基礎(chǔ)上,采用單片機(jī)編寫地址,通過操作鍵設(shè)置,液晶顯示遙控器的輸出。同時對耗電量、多個控制的設(shè)定、便于攜帶、操作方便及性能穩(wěn)定等的嚴(yán)格要求,于是便設(shè)計開發(fā)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(jī)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(tǒng)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(diǎn)。此外它使用安全可靠,便于攜帶,方便其它類似工程實(shí)際采用,移植性強(qiáng)。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(fā)射模塊等電路組成。 圖1 智能遙控器原理框圖 單片機(jī)接口 MSP430F413單片機(jī)是TI公司最近推出的超低功耗混合信號16位單片機(jī)系列中的一種。它采用16位精簡指令系統(tǒng),125ns指令周期,大部分的指令在一個指令周期內(nèi)完成,16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器,發(fā)揮了最高的代碼效率,而且片內(nèi)含有硬件乘法器,大大節(jié)省運(yùn)算的時間。該芯片采用低功耗設(shè)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(jī)模式電流為0.7uA;掉電模式(RAM數(shù)據(jù)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(shù)字控制振蕩器(DCO),使得從低功耗模式到喚醒模式的轉(zhuǎn)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(shù)提供靈活的空間,內(nèi)部的安全保密熔絲可使程序不必非法復(fù)制。此外,MSP430F413具有強(qiáng)大的中斷功能,48個通用I/O引腳,96段LCD驅(qū)動器,一個16位定時器,這樣提高了對外圍設(shè)備的開發(fā)能力。 由于考慮到本設(shè)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(jī)芯片,在線系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出與其它單片機(jī)非常明顯的優(yōu)勢。單片機(jī)接口電路原理圖如圖2所示。 電源電路 這個系統(tǒng)的電源回路由兩個獨(dú)立的電源組成,互不干擾,之所以采用兩組獨(dú)立的供電系統(tǒng),主要從以下幾個方面考慮：1、實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)單片機(jī)工作時對接收電路產(chǎn)生干擾,影響控制功能;2、隨著遙控距離的不同,發(fā)射電流也不同,距離越遠(yuǎn)電流越大,直接影響單片機(jī)的工作;3、發(fā)射模塊的最佳工作電壓為12V左右,而單片機(jī)系統(tǒng)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(fā)射模塊與單片機(jī)系統(tǒng)共地,它們之間干擾無法徹底消除。鑒于以上因素,從實(shí)際使用角度出發(fā),采用鋰電池和高能氧化銀電池獨(dú)立供電。 單片機(jī)系統(tǒng)采用一節(jié)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(jié)高能氧化銀電池476A（容量165mAh,電壓6.0V,直徑13mm,高度25.2mm）串聯(lián)供電。整個系統(tǒng)的電流工作時小于1mA,不工作時小于3uA。單片機(jī)部分無鍵操作時,可關(guān)閉電源開關(guān)或隔20分鐘后系統(tǒng)自動處于低功耗模式3,這樣可節(jié)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(tǒng)的電源回路設(shè)計可達(dá)到耗電少、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能穩(wěn)定可靠的指標(biāo)。 按鍵控制部分 該遙控器共有6個按鍵：2個設(shè)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(shè)計要求,在有鍵按下時盡可能減少系統(tǒng)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(shè)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(yuǎn)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(jī)進(jìn)入低功耗模式3;若有任意鍵按下時重新開始設(shè)置地址并輸出。 圖2 單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)自身具有液晶驅(qū)動LCD96段來完成系統(tǒng)的顯示接口,因此采用靜態(tài)驅(qū)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(yīng)電阻組成。由于發(fā)射控制部分的工作電壓在4~15V范圍,單片機(jī)系統(tǒng)地址輸出與遙控器發(fā)射控制部分有不同的工作電壓,故采用光電隔離和電平轉(zhuǎn)換使得控制與設(shè)置部分準(zhǔn)確可靠的工作。 遙控器模塊 PT2262和PT2272是臺灣普城公司生產(chǎn)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(jìn)行調(diào)節(jié),編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)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(jīng)過兩次比較核對后,VT引腳才輸出高電平,與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳也輸出高電平,如果發(fā)送端一直按住按鍵,編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)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(fā)射電路不工作;當(dāng)有按鍵按下時,PT2262得電工作,其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號,當(dāng)17引腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號;當(dāng)17引腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩,所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17引腳輸出的數(shù)字信號,從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272的第1_8引腳為地址設(shè)定,可以選擇懸空、接正電源、接地三種狀態(tài),3的8次方為6561,所以地址編碼不重復(fù)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(chǎn)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(shè)置相同即可。 該智能遙控器利用MSP430F413的P6口輸出高低電平,經(jīng)過光耦與PT2262的地址設(shè)定腳相連,通過單片機(jī)編寫地址,每完成一次設(shè)置都有唯一的地址輸出,相應(yīng)的PT2272地址設(shè)定腳也應(yīng)設(shè)置為相應(yīng)的高低電平,這時操作遙控器的功能鍵,則含這個PT2272的設(shè)備有相應(yīng)的動作,而其它含PT2272的設(shè)備不動作。這樣就保證了準(zhǔn)確可靠的功能。 無線發(fā)射單元 該模塊以編碼芯片PT2262為核心,與發(fā)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(tài)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(shè)計使用8位地址設(shè)定引腳(A0-A8),選擇接正電源、接地兩種狀態(tài),組合可提供256個地址碼。PT2262使用4位(D0-D3)數(shù)據(jù)端引腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17引腳串行輸出,可用于無線遙控發(fā)射電路。發(fā)射電路原理圖見圖3。 發(fā)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(yīng)。(GND為12V接地端) 圖3 發(fā)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(shù)據(jù)鎖存輸出端,能輸出4V左右的高電平,驅(qū)動電流2mA,與發(fā)射器上的S1、S2、S3、S4四個鍵相對應(yīng)。接收模塊采用SMD貼片工藝制造生產(chǎn),為超再生接收方式,它內(nèi)含放大整形及解碼電路,使用極為方便。 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)軟件設(shè)計的開發(fā)調(diào)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(jī)MSP430系列開發(fā)的,它提供了一個完整的開發(fā)環(huán)境。在支持TIFET驅(qū)動方面,EW430的功能是獨(dú)一無二的,目前最新版本是1.26B。該開發(fā)工具支持windows98/ME/NT4/2000/XP多操作系統(tǒng),在該開發(fā)環(huán)境下可進(jìn)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(biāo)文件及對目標(biāo)文件進(jìn)行調(diào)試。 MSP430 IARC-SPY調(diào)試器是為測試邏輯程序和仿真而開發(fā)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(jìn)入C-SPY調(diào)試環(huán)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(diào)試,斷點(diǎn)可直接在代碼中設(shè)置,寄存器窗口,存儲器窗口,觀察窗口等,可非常方便地調(diào)試用戶所設(shè)計的程序。硬件調(diào)試主要通過TI的JTAG Flash仿真工具M(jìn)SP-FET430(FlashEmulation Tool)連接目標(biāo)板�？赏瑫r編輯調(diào)試匯編語言和C語言源文件。 MSP430系列的IAR C 語言與標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計,模塊化結(jié)構(gòu),條理清楚,程序量精簡,使得MSP430的速度和編譯程序容量最優(yōu)化。程序流程圖如圖4所示。 圖4 程序流程圖 結(jié)語 本設(shè)計由于選用MSP430F413單片機(jī),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(shù)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(shè)計中也采用了多種節(jié)能工作方式,從而使整個系統(tǒng)功耗很少,可滿足電池供電要求。目前,在實(shí)際應(yīng)用中也得很好的驗證,精度高、控制準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)。 |
