丁傳春

(揚州市江都區(qū)職業(yè)教育集團，江蘇江都 225200)

數(shù)據(jù)遙控系統(tǒng)的編碼，常用的方式有:(1)專用的編碼芯片，可以發(fā)出固定的碼字;(2)PT2262/2272芯片組成編解碼組合，可以由用戶自行編碼;(3)采用智能芯片如單片機編解碼，編碼方式靈活，編碼數(shù)量大。

對于遙控系統(tǒng)碼字的傳輸方式，分有線和無線兩大類，有線傳輸是指傳輸媒質(zhì)為架空明線、電纜、光纜、波導(dǎo)等形式的通信;無線傳輸是指傳輸信息的媒質(zhì)為看不見、摸不著的媒質(zhì)(如電磁波)的一種通信形式［1］。無線傳輸距離較近可采用紅外線，距離較遠可采用射頻(無線電)方式。

1 無線數(shù)據(jù)編碼方式分析

1.1 專用編碼芯片NT66P20A

遙控器是一種用來遠控機械的裝置，現(xiàn)代的遙控器主要是由集成電路、印制板和用來產(chǎn)生不同信息的按鈕所組成。彩色電視機遙控電路采用集成電路芯片是NT66P20A。該芯片控制按鍵可按矩陣式排列，按鍵與芯片的聯(lián)系是8根行線和4根列線，計12根，可以組成8×4=32個相關(guān)的按鍵，每個按鍵有不同的編碼，即有32種編碼方式，在芯片內(nèi)部經(jīng)過編碼和調(diào)制，再通過串行方式傳送，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管將信息發(fā)射出去。NT66P20A雖然編碼方式比PT2262和PT2272的組合要少一半，但它具有紅外線調(diào)制功能，抗干擾能力強，但解碼必須使用智能芯片MCU。

1.2 通用編碼芯片PT2262/2272

通用編碼芯片種類很多，如TC91系列紅外遙控編碼集成電路，是采用CMOS工藝制作的大規(guī)模集成電路，其中TC9148為紅外發(fā)射編碼電路，TC9149和TC9150為紅外遙控接收解碼電路。TC9148與TC9149配合使用可組成有10個獨立控制通道的紅外遙控系統(tǒng);TC9148與TC9150配合使用可組成有18個獨立控制通道的紅外遙控系統(tǒng)［2］。

目前市場上應(yīng)用最多的是PT2262/2272，它們是一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(fā)射/接收芯片。其中發(fā)射芯片PT2262－IR將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡潔［2］。

PT2262/2272兩種芯片引腳各有18根，其中A0～A5，為地址碼輸入端，A6/D0～A11/D0為地址/數(shù)據(jù)編碼輸入端，根據(jù)需要可作為地址編碼輸入端，也可作為數(shù)據(jù)編碼輸入端。作地址編碼時，可按0(接地)、1(接高電平)和開路三種狀態(tài)編碼，作數(shù)據(jù)編碼時只有0或1兩種狀態(tài)。TE為發(fā)射控制端，低電平時發(fā)送編碼。OSC1、OSC2為外接振蕩電阻端，決定電路內(nèi)的時鐘頻率。Dout為數(shù)據(jù)輸出端，由地址、數(shù)據(jù)各輸入端的編碼狀態(tài)決定，以串行方式輸出。Dout端輸出的串行數(shù)據(jù)信號是調(diào)制在38kHz的載頻上的。外接振蕩電阻的阻值應(yīng)在430～470kΩ之間選用。VDD、VSS為正、負(接地端)電源端。

在使用時，PT2262和PT2272的A0～A5的6個引腳作為地址，用于進行地址編碼，編碼方式必須完全一致，否則PT2272不予解碼，給用戶使用的數(shù)據(jù)編碼A6～A11引腳6個，只有“0”，“1”兩種狀態(tài)，因此可以有26=64種編碼方式。這一種編解碼方法簡單，但是需要和調(diào)制和解調(diào)芯片配合來提高抗干擾能力。

1.3 智能通訊編碼方式

MCS－51單片微機內(nèi)部集成有一個功能很強的全雙工串行通訊口，屬UART方式。設(shè)有2個互相獨立的接收、發(fā)送緩沖器，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個緩沖器可以共用一個地址碼(99H)。兩個緩沖器統(tǒng)稱串行通訊特殊功能寄存器SBUF［3］。

圖1 51系列單片機編碼通訊原理

串行通訊設(shè)有4種工作方式，其中兩種方式的波特率是可變的，另兩種是固定的，以供不同應(yīng)用場合選用。波特率由內(nèi)部定時/計數(shù)器產(chǎn)生，用軟件設(shè)置不同的波特率和選擇不同的工作方式。主機可通過查詢或中斷方式對接收/發(fā)送進行程序處理。

串行通訊的一幀數(shù)據(jù)為一個字節(jié)，即8位二進制數(shù)，28=256，可以最多有256種編碼，對于51系列單片機而言，實際上除去RXD和TXD兩根口線外，有30根口線可以應(yīng)用，組成15×15=225種矩陣式按鍵編碼，對大多數(shù)遙控系統(tǒng)而言是足夠了。如果兩個8051應(yīng)用系統(tǒng)相距很近，可將它們的串行端口直接相連(TXD—RXD，RXD—TXD，GND—GND)，即可實現(xiàn)雙機編碼數(shù)據(jù)通訊。為了增加通訊距離，減少通道及電源干擾，可采用RS—232C或RS－422、RS－485標準進行雙機通訊，兩通訊系統(tǒng)之間采用光電隔離技術(shù)，以減少通道及電源的干擾，提高通訊可靠性。

2 無線遙控信息收發(fā)方式分析

無線遙控方式可分為無線電波式、聲控式、超聲波式和紅外線式。由于無線電容易對其它電視機和無線電通訊設(shè)備造成干擾，而且，系統(tǒng)本身的抗干擾性能也很差，誤動作多，所以未能大量使用。超聲波式頻帶較窄，易受噪聲干擾，系統(tǒng)抗干擾能力差，聲控式識別正確率低，難度大，均未能大量采用。紅外遙控方式是以紅外線作為載體來傳送控制信息的［2］。

2.1 紅外線遙控系統(tǒng)

紅外遙控具有很多的優(yōu)點，例如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙控發(fā)射器易于小型化且價格低廉;采用數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動作，而且功率消耗低;紅外線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號串擾;反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等［2］。所以現(xiàn)在很多無線遙控方式都采用紅外遙控方式。

紅外線傳輸過程:在發(fā)射端，輸入信號經(jīng)放大后送入紅外發(fā)射管發(fā)射，在接收端，接收管收到紅外信號后，由放大器放大處理后還原成信號，這就是紅外線簡單發(fā)射和接收原理。

紅外遙控系統(tǒng)編碼發(fā)射工作原理:當有鍵按下時產(chǎn)生一個4位二進制數(shù)，同時給編碼器接通電源，經(jīng)PT2262的17腳輸出一個由地址碼和數(shù)據(jù)碼混合的串行二進制代碼，然后通過紅外二極管將ASK信號發(fā)送出去。

圖2 紅外遙控PT2262編碼電路原理圖

紅外遙控系統(tǒng)接收部分工作原理:紅外接收二極管收到的ASK信號經(jīng)放大、解調(diào)后還原為一個由地址碼和數(shù)據(jù)碼混合的串行二進制代碼，送PT2272的14腳進行解碼，解碼后的信號由10～13腳輸出為4位二進制數(shù)，用它控制繼電器、喇叭或其他聲光信號。

圖3 PT2272解碼電路原理圖

2.2 射頻遙控系統(tǒng)

射頻遙控系統(tǒng)與其它無線電設(shè)備一樣，都是由發(fā)射無線電磁波的發(fā)射機與接收電磁波的接收機組成，根據(jù)電磁波的輻射原理，天線的尺寸與波長呈比例時，電磁波才能有效地發(fā)射出去，因此，為了不使天線尺寸過大，發(fā)射機通常工作在高頻段［4］。

2.2.1 315MHz發(fā)射電路

315MHz遙控信號發(fā)射電路圖如圖4，這是一個常見的發(fā)射機電路，輸入信號經(jīng)R1加到振蕩發(fā)射管的基極，由于使用了聲表面波器件，電路工作非常穩(wěn)定，即使手抓天線、聲表或電路其他部位，發(fā)射頻率均不會漂移，距離可達200米以上。

圖4 315MHz遙控信號發(fā)射電路圖

2.2.2 315MHz接收電路

射頻接收電路按工作方式可以分為超外差接收機和超再生接收機。超再生式接收機具有電路簡單、性能適中、成本低廉的優(yōu)點所以在實際應(yīng)用中廣泛采用。接收模塊采用SMD貼片工藝制造生產(chǎn)，它內(nèi)含放大整形及解碼電路，其特點為:(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剪短甚至去掉外接天線。(2)接收電路自身輻射小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的侵入。(3)接收機采用高精度帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到315MHz后封固，這與采用可調(diào)電容調(diào)整接收頻率的電路相比，溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機械振動性能都有極大改善［5］。

圖5 315MHz遙控信號接收電路圖

3 遙控編碼控制系統(tǒng)應(yīng)用實例

3.1 遙控編碼電路應(yīng)用電路

無線遙控編碼收發(fā)模塊的最簡應(yīng)用電路圖見圖6和圖7，無線遙控編碼發(fā)送框圖中信號源是6位二進制數(shù)，編碼器即PT2262，發(fā)射模塊一般采用工作頻率為315 MHz的數(shù)據(jù)發(fā)射電路，數(shù)據(jù)接收模塊為同頻率的無線接收器，解碼器是PT2272，信號輸出為 6 位二進制數(shù)［2］。

圖6 PT2262構(gòu)成發(fā)射應(yīng)用電路

PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片則會連續(xù)發(fā)射同樣的碼字。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路(當然也可作為紅外遙控如經(jīng)38KHz載波調(diào)制送出)不工作，當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出串行數(shù)據(jù)信號，如果是PT2262－IR則其第17腳輸出信號是已經(jīng)調(diào)制在38kHz的載頻編碼。

圖7 PT2272構(gòu)成無線接收電路

3.2 智能多路溫度遙控電路設(shè)計

3.2.1 多路溫度遙控電路

以8路溫度遙控電路為例，每個下位機都是一個單片機的溫度控制終端，這個終端有溫度傳感器和加溫和減溫控制裝置，每個終端有獨立的地址編碼，主控單片機(也稱上位機)向所有的接收控制終端發(fā)送遙控信號，接收端根據(jù)接收到的地址編碼，就可以判別出是哪一終端的遙控信號，對相關(guān)溫度進行檢測和控制。

3.2.2 多路溫度遙控電路的編碼傳送過程

根據(jù)8051串行口的多機通信工作方式，可以確定以下通信協(xié)議:(1)從機的地址為OOH～0FEH，即允許最多接入255臺從機。(2)主機先發(fā)送一幀地址信息，這樣可以中斷所有從機，使從機接收地址編碼。(3)各個從機接收到地址幀后，將接收的地址與本從機的內(nèi)置地址比較。地址相符的則接收主機隨后發(fā)來的信息;地址不符的從機則對主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)不加響應(yīng)，直到主機發(fā)來新的地址幀。(4)從機接收到主機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，進行相關(guān)的操作。(5)通信的各機之間必須以相同的數(shù)據(jù)幀(字符)格式和波特率進行通信［3］。

4 結(jié)論

PT2262和PT2272組合的編解碼方法簡單，通過調(diào)制和解調(diào)芯片配合來抗干擾，無須智能芯片編寫程序，通用性強。采用專用編碼芯片NT66P20A，雖然編碼方式要少一些，由于電路結(jié)構(gòu)簡單，在家用電器中應(yīng)用廣泛。

采用智能芯片編解碼，編碼數(shù)據(jù)量大，使用方式靈活，但需要一定的編程基礎(chǔ)，適用于較復(fù)雜的編碼應(yīng)用場合。

［1］廖繼紅.數(shù)字通信技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］肖景和，趙健.紅外線、熱釋電與超聲波遙控電路［M］.北京:人民郵電出版社，2003.

［3］王效華，張詠梅.單片機原理與應(yīng)用［M］.北京:北京交通大學(xué)出版社，2007.

［4］宋樹祥.高頻電子線路［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2011.

［5］倉詩建，李方.電子玩具設(shè)計與實例［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.