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基于无线通信的多路控制系统的设计论文
单位代码01
学号
分类号
密级
毕业设计说明书
基于无线通信的多路控制系统的设计
院（系）名称
信息工程学院
专业名称
学生姓名
指导教师
201年月日
基于无线通信的多路控制系统的设计
摘要
近几年来，全球通信技术的发展日新月异，尤其是近两三年来，无线通信技术的发展速度与应用领域已经超过了固定通信技术，呈现出如火如荼的发展态势。
其中最具代表性的有蜂窝移动通信、宽带无线接入，也包括集群通信、卫星通信，以及手机视频业务与技术。
目前业界正在研究面向未来第四代移动通信的技术;宽带无线接入也在全球不断升温，我国的宽带无线用户数增长势头强劲。
本文介绍一种四路无线电遥控系统的设计方法，详细阐述电路组成结构和工作原理。
该方法采用芯片组PT2262/2272进行编解码，PT2262与无线发射模块HS101连接构成遥控发射系统，PT2272与无线接收模块HS201连接构成接收系统。
该系统通过发射接收无线电波实现开关的无线遥控系统。
其装置具有体积小、功耗低、成本低，遥控距离可达100m以上。
关键词：
无线电遥控，编解码芯片组，无线发射接收模块，PT2262/2272
Onthebasisofthedesignofthecontrolsystemofmanywaysofwirelesscommunication
Author:
Tutor:
Abstract
Inrecentyears,thedevelopmentofglobalcommunicationhaschangedwitheachpassingday,especiallynearlytwohasbeenoverthepastthreeyears,developmentspeedandapplicationofwirelesscommunicationhavealreadyexceededfixedcommunication,demonstratethedevelopingstatelikearagingfire.Themostrepresentativeamongthemmobilecommunicationofhoneycombs,broadbandareinsertedwirelessly,includecommunicationofcluster,satellitecommunication,andvideobusinessofthemobilephoneandtechnologytoo.Technologyofthefourthgenerationofmobilecommunicationthatstudyingandfacingthefutureinindustryatpresent;Broadbandisinsertedwirelesslyandintensifiedinthewholeworldconstantlytoo,thewirelessnumberofusersofbroadbandofourcountryispowerfulingrowth.
ThistextintroduceafourNo.radiodesignmethodofremotecontrolswitch,explainthecircuitmakesupstructureandoperationprincipleindetail.ThismethodadoptsthegroupPT2262/2272ofthechiptocarryonthecompiledcode,PT2262andmoduleHS101ofwirelesstransmissionconnectandformandlaunchthesystemremotely,PT2272andmoduleHS201ofwirelessreceivingjoinandformtheacceptionsystem.Thissystemrealizesthewirelessremotecontroloftheswitchthroughlaunchingandreceivingtheradiowave.Deviceitshavesmall,lowpowerdissipation,withlowcosts,remotecontroldistancecanreach100mtobeabove.
Keyword:
Wirelessremotecontrol,thechipgroupofcompiledcode,launchandreceivethemodulewirelessly,PT2262/2272
1课题的背景及意义
由于新型大规模遥控集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展。
目前在无线遥控领域常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等，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，因此他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。
选用集成编解码芯片和发射接收模块设计并制作四路无线遥控开关，该设计总体电路简单、易于制作，且工作稳定可靠。
本课题应用无线收发模块HS101/HS201，编译码芯片设计出四路无线遥控系统，其执行部分用LED代替，该课题可用于生产控制，实时检测和事实报警灯方面，这对于提高学生的实践能力，解决实际问题的能力、综合应用资料的能力和开发研究问题的能力都是有益的，同时对于今后从事电子产品和电子工程的开发、研制、生产和经营将打下良好的基础。
2无线遥控开关原理
无线遥控开关由发射系统和接收系统2大部分组成[1]，系统组成结构框图如图2.1所示。
开关系统的工作原理是：
首先通过按键电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。
而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址。
如果是，则解码电路产生相应的输出信号控制继电器电路，开关电路动作；如果不是，则解码电路不解码，继电器电路不响应，开关电路无任何动作。
（a）无线遥控空发射器
（b）无线遥控接收器
图2.1无线遥控开关系统框图
3芯片介绍及应用
3.1编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理
编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理简介：
PT2262/2272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[2]，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53141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发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，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315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间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特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：
2.6～15v，数据最多可达6位，地址码最多可达53141种。
应用范围：
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。
3.1.1编码芯片PT2262介绍
PT2262芯片引脚排列图如图3.1所示。
A0～A5为地址输入端,可编制成3种状态（“1”,“0”和开路）。
A6/D5～A1l/D0为地址或数据输入端,取决于接收的译码器。
既可作为地址，又可作为数据输入。
作为地址入时，可编成“1”、“0”和开路3种状态；作为数据输入时，可成“1”和“0”两种状态。
端为发射使能端，低电平有效。
图3.1PT2262引脚图
OSC1，OSC2外接振荡电阻器，决定电路时钟频率。
DOUT为数据输出端，由各地址、数据的不同状态而决定的各位编码由此脚串行输出。
DOUT端输出的数据信号调制在38kHz载波上。
要使载波频率为38kHz，则应选择振荡电阻（430～470）使振荡频率为载波频率的2倍（即76kHz）。
VDD,VSS为电源正负输入端。
极限参数和直流参数如表3.1和表3.2所示
表3.1PT2262极限参数
参数
数值
电压VDD（V）
-0.3～16
输入电压VI（V）
-0.3～VDD+0.3
输出电压VO（V）
-0.3～VDD+0.3
功耗Pa（mV）
300（VDD=12V）
工作温度
-20～70
贮存温度
-40～125
由图可知，PT2262内部电路可以分为地址编码部分、时钟分频及逻辑组合部分。
其工作原理为：
OSC1与OSC2之间接个电阻，由所接的电阻和芯片内的电容来决定振荡频率，此频率经过时钟分频，输出10路分频电路，此10分频电路和12个地址／数据码在TE有效的情况下，经过码发生器进行编码，编码后经过组合逻辑电路通过DOUT输出。
表3.2PT2262的直流参数
参数
条件
最小
最大
工作电压VDD（V）
3
15
工作电流IDD（uA）
VDD=12V，停振
2
0.3
输出驱动电流
IoH（mA）
VDD=5V，VOH=3V
3
VDD=8V,VOH=4V
6
VDD=120V,VOH=6V
10
IoL（mA）
VDD=5V,VOL=3V
2
VDD=8V,VOL=4V
5
VDD=12V,VOL=6V
9
图3.2PT2262内部结构框图
地址编码部分在图3.2中，包括了地址/数据和码发生器。
其中地址/数据部分中地址是三态的，可置“0”或“1”或“悬空”。
相应输出的信号是两个不同宽度的脉冲，可以编成多种不同的地址码（不易重码或破译）。
上电以后，处于备用模式，数据码仅有“0”及“1”。
如果数据码没有置“1”时，一直保持备用模式。
一旦数据码中有1个置“1”，DOUT脚就有编码信号输出。
如果数据码一直置“1”，则编码信号连续输出。
编码发射模块就是电子市场出售的无线遥控模块的发射部分，它们的体积很小大3cmx4cmx1.5cm,可以和红外微波双鉴探测器、门磁开关、烟雾感应器、玻璃破碎探测器、紧急按钮做成一个整体。
编码发射模块主要由PT2262编码IC和高频调制、功率放大电路组成，如图3.3所示。
图3.3编码发射模块原理方框图
3.1.2编码芯片PT2272介绍
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）。
PT2272芯片引脚排列图如图3.4所示。
图3.4PT2272引脚图
PT2272的数据输出有“暂存”和“锁存”两种，“暂存”是当输入端信号消失时，PT2272对应的数据位输出变成低电平；“锁存”是当输入端信号消失时，PT2272的数据位输出保持原有状态，直到接收到地址码相同时新的输入。
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。
M代表“暂存”，L代表“锁存”。
例如PT2272L4表示数据位输出4位，锁存输出。
当编码电路PT2262将数据连同地址码由17脚串行发送，经过双线传输到解码器PT2272的14脚数据输入端。
解码器的地址A0～A7与编码器的地址A0～A7相同时，解码器将接收发送来的数据，并行呈现在数据输出端D0～D3端锁存，同时在VT端输出一个脉冲信号。
参数
符号
参数范围
单位
电源电压
Vcc
-0.3～15
V
输入电压
Vi
-0.3～Vcc+0.3
V
输出电压
Vo
-0.3～Vcc+0.3
V
最大功耗（Vcc=10V）
Pa
300
mW
工作温度
Topr
-20～+70
℃
贮存温度
Tstg
-40～125
℃
表3.3极限参数
表3.4电气参数
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
电源电流
Icc
Vcc=10V振荡器停
振A0～A11开路
0.02
0.3
uA
电源电压
Vcc
2
15
V
Dout输出
驱动电流
IoH
Vcc=5V，VOH=3V
-3
mA
Vcc=8V,VOH=4V
-6
mA
Vcc=10V,VOH=6V
-10
mA
Dout输出
陷电流
IoL
Vcc=8V,VOL=4V
2
mA
Vcc=10V,VOL=6V
5
mA
9
mA
输出高电平
VIH
0.7Vcc
Vcc
V
输出低电平
VIL
0
0.3Vcc
V
3.1.3PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改
在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1~8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：
悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1~8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1~D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。
设置地址码的原则是：
同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。
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，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片，在实际使用中只要对振荡电阻稍做改动就能配套使用，下面的参数匹配效果较好：
表3.5匹配参数
编码发射芯片
编码接收芯片
PT2262
PT2260
SC2260
SC2262
CS5211
PT2272/SC2272/CS5212
1.2M
无
3.3M
1.1M
1.3M
200K
1.5M
无
4.3M
1.4M
1.6M
270K
2.2M
无
6.2M
2M
2.4M
390K
3.3M
无
9.1M
3M
3.6M
680K
4.7M
1.2M
12M
4.3M
5.1M
820K
3.2发射接收模块HS101、HS201原理
在无线电发射电路中采用一种新颖射频发射模块HS1O1，他具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，其载频受PT2262编码器输出的脉冲数码调制。
HS101输入端IN平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过HS101的工作电压。
如需更远的可靠距离，可在HS101的输出端增加一级射频功率放大器。
无线电接收电路采用与射频发射模块HS101相配套的射频接收模块HS201[3]。
HS201具有较宽的接收带宽，极低功耗，可长期处于守机状态。
HS201输出端口直接与PT2272的数据输入端口连接。
表3.6发射电气参数
遥控距离
100
m
工作电压
1.5～18
V
工作电流
4
mA
发射频率
280
MHZ
射频输出
10
mW
调制电压
1.5～6
V
模块特性与参数HS101是一种内藏天线，未经讯号调制的做型无线电发射模块，其载波频率为280MHz，电源电压较宽（1.5～l8V），主要电气参数如表3.6所示。
加调制讯号时，HS201是与之配套接收模块，当接收到HS101发射出来的无线电信号时，经内部解调放大整形，输出原调制讯号而HS201将调制方波变换成直流电压，然后再反相放大，输出直流控制电压：
无信号时输出为高电平，有信号时输出为低电平。
它的主要电气参数如表3.7所示。
表3.7接收模块电气参数
接收距离
100
m
工作电压
1.5～18
V
守候电流
1
mA
接收频率
280
MHZ
应用注意事项:
1、发射HS1O1的使用电压可分为1.5V、3V、6V、12V，l8V几种，电压越高，其作用距离就越远。
18V电压时的遥控距离约100m，15V电压时的遥控距离仅十几米1.5～6v发射头调制电压同电源电压一样；6～18V发射头调制电压为6v。
2、发射机与接收机模块必须配套使用，它们的编号必须相同，其发射机可与同编号的多十接收机配合使用但应该使各接收机之间的位置距离大于1m上为好，同理，接收机也可同编号相同的多个发射机配合使用。
3、发射机及接收机不能安装在金属壳体内，以免因屏蔽怍用而使其遥控距离大大缩短或失去作用。
特别是接收电路，安装时应远离稍大的金属物体：
如果安装地点实难避开大的金属物体，应另选用HS203（性能同HS201）或HS204（性能同HS202）外接天线式的模块。
4、模块中设置的TP端一般不接入电路，仅供调整接收频率，检测发射机时配合示波器观察编码脉冲波形用。
3.3触发器
主从JK触发器是在CP脉冲高电平期间接收信号，如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器产生与逻辑功能表不符合的错误状态。
边沿触发器的电路结构可使触发器在CP脉冲有效触发沿到来前一瞬间接收信号，在有效触发沿到来后产生状态转换，这种电路结构的触发器大大提高了抗干扰能力和电路工作的可靠性。
下面以维持阻塞D触发器为例介绍边沿触发器的工作原理[4]。
（a）逻辑图（b）逻辑符号
图3.5触发器
维持阻塞式边沿D触发器的逻辑图和逻辑符号如图3.5所示。
该触发器由六个与非门组成，其中G1、G2构成基本RS触发器，G3、G4组成时钟控制电路，G5、G6组成数据输入电路。
和分别是直接置0和直接置1端，有效电平为低电平。
分析工作原理时，设和均为高电平，不影响电路的工作。
电路工作过程如下。
①CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出为1，触发器的状态不变。
同时，由于至G5和至G6的反馈信号将这两个门G5、G6打开，因此可接收输入信号。
②当CP由0变1时，门G3和G4打开，它们的输出和的状态由G5和G6的输出状态决定。
③触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。
G3和G4打开后，它们的输出和的状态是互补的，即必定有一个是0，若为0，则经G4输出至G6输入的反馈线将G6封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。
G3为0时，将G4和G5封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁；G3输出端至G5反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；G3输出端至G4输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用，称为置0阻塞线。
因此，该触发器称为维持阻塞触发器。
由上述分析可知，维持阻塞D触发器在CP脉冲的上升沿产生状态变化，触发器的次态取决于CP脉冲上升沿前D端的信号，而在上升沿后，输入D端的信号变化对触发器的输出状态没有影响。
如在CP脉冲的上升沿到来前=0，则在CP脉冲的上升沿到来后，触发器置0；如在CP脉冲的上升沿到来前=1，则在CP脉冲的上升沿到来后触发器置1。
依据逻辑功能表可得触发器的状态方程为
3.4继电器
3.4.1继电器的工作原理和特性
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
1、电磁继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。
这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：
继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2、热敏干簧继电器的工作原理和特性
热敏干簧继电器是一种利用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。
它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热
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