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基于315m无线工作原理分析

- 编辑:宜春市空间模块有限公司 -

基于315m无线工作原理分析

  数据发射模块的工作频率为315M,采用声表谐振器SAW稳频,频率稳定度极高,当环境温度在-25~+85度之间变化时,频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体,而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差,即使采用高品质微调电容,温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。

  发射模块未设编码集成电路,而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口,而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时,直接将它们的数据输出端第17脚接至数据模块的输入端即可。

  数据模块具有较宽的工作电压范围3~12V,当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时,空旷地传输距离约20~50米,发射功率较小,当电压5V时约100~200米,当电压9V时约300~500米,三菱ipm模块当发射电压为12V时,为最佳工作电压,具有较好的发射效果,发射电流约60毫安,空旷地传输距离700~800米,发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大,有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大,传输距离比较远,比较适合恶劣条件下进行通讯。天线厘米长的导线,远距离传输时最好能够竖立起来,因为无线电信号传输时收很多因素的影响,所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少,这点需要开发时注意。

  数据模块采用ASK方式调制,以降低功耗,当数据信号停止时发射电流降为零,数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合,否则发射模块将不能正常工作。数据电平应接近数据模块的实际工作电压,以获得较高的调制效果。

  发射模块最好能垂直安装在主板的边缘,应离开周围器件5mm以上,以免受分布参数影晌。模块的传输距离与调制信号频率及幅度,发射电压及电池容量,发射天线,接收机的灵敏度,收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约800米,在有障碍的情况下,距离会缩短,由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域,不同的收发环境会有不同的收发距离。

  这里介绍一种市场上最常用的315M发射芯片XC4388。[1]该芯片包括了一个功率放大器,单稳态电路和一个由由内部电压控制振荡器和循环过滤的锁相环。单稳态电路用来控制锁相环和功率放大器,使其在操作时可以快速启动。XC4388具备自动待机功能,待机电流小于1uA;所需外部器件很少,频率范围为250MHz~450MHz。

  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,是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态(悬空,接高电平,接低电平)地址设定管脚,任意组合可提供531441个地址码。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(Dout)串行输出,可用于无线遥控发射电路。

  PT2262和PT2272的引脚排列见图2。对于编码器PT2262,A0~A5共6根线根线可以作为地址线,也可以作为数据线,这要取决于所配合使用的解码器。若解码器没有数据线根地址线”、“O”、“开路”三种状态之一,因此共有编码数312=531441种;但若配对使用的解码器的A6~A11是数据线也作为数据线”两种状态之一,而地址线种。

  该编解码器的编码信号格式是:用2个周期的占空比为1:3(即高电平宽度为1,低电平宽度为2,周期为3)的波形来表示1个“0”,用2个周期的占空比为2:3(即高电平宽度为2,低电平宽度为1,周期为3)的波形来表示1个“1”,用1个周期的占空比为1:3的波形紧跟着1个周期的占空比为2:3的波形来表示“开路”。地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示,两个窄脉冲表示“0”;两个宽脉冲表示“1”;一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。

  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,三菱ipm模块VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平。PT2262每次发射时至少发射4组字码,因为无线发射的特点,第一组字码非常容易受零电平干扰,往往会产生误码,所以2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。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。

  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。

  PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外,振荡电阻还必须匹配,一般要求译码器振荡频率要高于编码器振荡频率的2.5~8倍,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。在具体的应用中,外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节,阻值越大振荡频率越慢,编码的宽度越大,发码一帧的时间越长。市场上大部分产品都是用2262/1.2M=2272/200K组合的,少量产品用2262/4.7M=2272/820K。

  PT2262编码电路与PT2272解码电路一般配对使用,PT2262的特点是在其内部已经把编码信号调制在了一个较高的载频上。要把遥控编码信息用无线方式(红外线或无线电等)传送出去,必须有载体(载波),把编码信息“装载”在载体上(调制在载波上)才能传送出去,因此需要一个振荡电路和一个调制电路。PT2262编码器内部,已包含了这些电路,从DOUT端送出的是调制好了的约38kHz的高频已调波,因此使用起来非常方便,适用于红外线和超声波遥控电路。

  编码发射模块外形小巧、美观,与很多车辆防盗系统中的遥控器一样。根据功能的多少按键数也不一样,我们本章所用的发射模块为A、B、C、D四个按键。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,常用的编码发射模块实物和内部框图如图3所示。

  遥控发射器工作电压为DC12V(电池供电),尺寸(mm):58*39*14,工作频率:315MHz,工作电流(mA):13编码类型:固定码(板上焊盘跳接设置)应用说明:与各类型带解码功能的接收模块联合使用,解码输出后进行相应控制,如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。

  解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分组成。接收头将收到的信号输入PT2272的14脚(DIN),PT2272再将收到的信号解码。解码接收模块和电路原理图如图5,接收板实物如图6所示。

  接收板工作电压为DC5V,接收灵敏度:-103dBm,尺寸(mm):49*20*7,工作频率:315MHz,工作电流:5mA,编码类型:固定码(板上焊盘跳接设置)应用说明:与各类型遥控器配合使用,解码输出后进行相应控制,如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。

  在通常使用中,我们一般采用8位地址码和4位数据码,这时编码芯片PT2262和解码芯片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,地址编码不重复度为38=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2脚接地,第3脚接正电源,其它引脚悬空,那么接收机的PT2272只要也第2脚接地,第3脚接正电源,其它引脚悬空就能实现配对接收。地址设置跳线所示,用户可以在PCB板上直接将地址引脚(PCB板中间8个过孔焊盘)与L(低电平)或H(高电平)相连,从而实现地址设置。PT2262与PT2272地址设置要完全一样。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。

  在功能稍复杂的系统中仅靠一对无线收发模块往往达不到要求,很多情况下都要借助于单片机扩展出更多的功能。本例通过一个简单的例子,实现单片机与无线接收模块的组合应用。

  在发射模块上按下A、B、C、D四个键,接收模块将接收到的数据传送给单片机,在单片机上实现LED数码管显示。A、B、C、D分别对应1、2、3、4。即发射模块上按下A按键,对应单片机接收到后在LED数码管上显示1234 实际效果如图8所示。

  相信看到这里,你应该可以理解我们是如何利用单片机与无线模块相结合来做无线遥控的控制了,你也可以根据自己的需要来写一个无线遥控的相关程序。由于篇幅有限,读者朋友可以通过网站或电子邮件一起交流与学习。在下几期中,我们将陆续介绍51单片机综合学习系统的其它功能原理与应用。

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