基于ST20P18的433MHz無線通用遙控設備

簡介

在現代家庭中，各種各樣的家用電器都配置有遙控器，以致遙控器泛濫成災。桌面上擺上七八個遙控器（電視機、錄像機、DVD播放機、MD唱機、功放機等）已司空見慣，尋找、辨認起來都很困難，更不要說操作。由此，人們即希望：能不能有一種通用遙控器，用它控制家庭中所有的電器。這樣就誕生以433MHz為頻率的無線通用遙控設備，為短距離無線通信提供了非常簡單的解決方案，它是開發低成本、低功耗無線通信系統的理想方案。一般由單片機控制電路、LCD顯示電路、無線發碼電路等構成。按照節點的多少可以分為單節點和多節點模式。單節點也稱為點對點式，結構簡單、體積小，便于隨身攜帶，用于控制單個家電的通信；而多節點又稱為點對多式，它可以根據用戶的要求而設計不同的路數，也可以很方便地進行擴展，可以同時控制多個家電，功能齊全。本系統設計為16路，在接收部分可以根據接收到的信息控制多個家用電器。

系統硬件的結構原理和設計

1 系統簡介

通用型遙控設備主要由開/關鍵、液晶顯示屏、置位鍵、確認鍵、返回鍵、數字鍵盤等部分組成,其外形與手機相仿。它的操作也很簡單,以遙控電風扇為例,打開遙控器后,首先顯示主菜單,是各種電器的名稱,用上下鍵選中所要操作的家用電器。例如選中“電風扇”,按確認鍵后就可進入其子菜單,再選擇所操作的項目,如風力擋位的大小、風扇的方向等,再按確認鍵進入下級子菜單,進行具體的操作,如調整風力和風向等，其余家用電器類似操作。

硬件電路是由1個4位的撥碼開關電路、無線發射電路、ST20P18單片機主控制電路、鍵盤掃描電路、液晶（LCD）顯示電路等組成。

2 無線發碼電路

其中單片機采用的是 ST20P18，它是由臺灣矽創公司生產的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位的8位單片機，芯片內部帶有振蕩器、系統定時器、看門狗定時計數器、LCD控制器和16Kb的ROM以及192B的RAM。ST20P18控制的發碼電路原理圖如圖1所示，其發碼的基本原理為：系統利用撥碼開關來控制地址位和數據位（二進制）信息的設置，再通過單片機運行發碼程序進行編碼并把地址位和數據位信息變換成一串脈沖信號，最后由無線發射電路發射出去。具體實現為：單片機PB0口為發碼電路的數據輸出口和控制口，當需要發碼的時候該口設置為輸出口，然后以脈沖的形式，按照相關的通信協議，輸出當前所要發出的正確數據。反之，PB0口可復用為其他功能。PB0口的脈沖數據經發碼電路調制并發射出433MHz的無線電波。

圖1  無線發碼電路

在無線發射電路中使用聲表面濾波器搭建的模擬發射模塊電路，其工作頻率是433MHz，采用聲表諧振器SAW穩頻，頻率穩定度極高，當環境溫度在  －25～＋85℃之間變化時，頻漂僅為10-6/℃，特別適合一發多收無線遙控及數據傳輸系統。但因無線電信號傳輸時受到很多因素的影響，所以一般實用距離只有標準理想距離的一半甚至更少，這點在開發時需要注意，如果需要更遠一點的發射距離，可以在發射模塊的輸出端增加一級射頻功率放大器。

經過對電路的研究得到以下結論：

● 為了得到穩定且正確的頻率，經過反復的調試得出無線電波頻率取決于R3，當R3=15kΩ時，發射的無線電頻率為433MHz。
● 由于該模塊是由模擬電路搭建，所以決定了其性能不如相關的其他類型的數字射頻芯片，但是其成本相當的低廉！考慮到尺寸和成本因素且射頻波長短，在設計中選用50Ω的1/4波長偶極子微帶印制板天線，即在接地層由電介質隔開的印制電導線。故在該電路中天線的形狀以及長短具有至關重要的作用。設計實踐表明：天線的形狀和長短如選取不滿足50Ω的1/4波長偶極子天線，該電路發射不穩定，更嚴重直接導致該電路不能起振。

3 鍵盤掃描電路

由于ST20P18的I/O口有限，故在鍵盤電路中采用掃描的方式來實現。該電路的實現方式如圖2所示。其工作的基本原理是：單片機初始化后先設置PA0至PA5、6個I/O口均為輸入方式。以K1為研究對象，先設置PA0口為高電平，設置PA5口為低電平，當K1按鍵按下后，PA0則由高電平跳變為低電平，并產生中斷。單片機響應該中斷，執行中斷服務程序。同理，其他6個按鍵也是按照該方式工作的。單片機掃描原則是自上而下，自左而右的。

圖2  鍵盤掃描電路

4 LCD顯示電路

本設計采用的ST20P18單片機，其內核中自帶控制/驅動液晶模塊，該LCD（圖3）顯示模塊是8