无线遥控编译码电路

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无线遥控编译码电路

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MC14013   
无线遥控收发开关电路主要用于传输数据,其用途十分广泛。它们常用于现代家庭多路电源的集中控制、智能小区物业管理、防盗报警、无线水塔控制、无线抄表、航空、航模和遥控遥测等多种场合。现代的无线收发开关电路,不仅电路先进而且制作工艺已由过去的分立元件过渡到表面贴片工艺和集成化、模块化,这不仅使它们的体积小,而且作用距离从几米扩展到数公里,稳定性和可靠性都达到了工业级的要求标准。
    一、早期的无线遥控收发开关电路
    这里说的早期无线遥控收发开关电路,并不是指他们已经过时,而仅指无线遥控收发控制的开关路数是单路的,作用距离仅10米左右,且电路简单,对一般家庭用作无线遥控电源开关很有效果,所以目前电子市场里仍有各类单通道无线遥控开关产品出售,其价位约20元以下。这些产品有单路红外(线)遥控开关、超声波遥控开关和无线射频遥控开关等。
    上述几种无线遥控开关电路其收发电路的主要模式基本相近,即在发射端采用某个固定频率的振荡器,再把开关控制信号,如红外线或脉冲信号调制到振荡器上进行空间开路发射;在接收端再把它们放大→检波→双稳态触发器→双向可控硅或继电器电路→接通(控制)开关(如交流市电电源)。
    上述的三种无线遥控开关,各有特点。红外遥控和超声波遥控开关适用于普通家庭近距离控制(作用距离<10m),该两类无线遥控开关抗干扰性强,制作调试简单,业余电子爱好者均可自制。无线射频遥控开关其控制开关距离较远。但抗干扰性能较差。
    二、编码式无线射频收发开关电路
    1. 编码与译码
    现代的无线遥控开关电路不仅控制的路数多而且保密性强,且难于破密而复制,要达到上述目的,都是用编译码电路来实现,这些电路通常都是数字化的。众所周知,在二进制数字系统中,每一位二进制数只有1和0两个数,为了能用二进制数码表示更多的信息,可将若干个1和0按规定编排在一起,编成不同的具有一定含义的代码,再用无线射频调制发射。在接收端再将收到的射频信号放大后,将代码翻译和转换成原来编码的含义,处理时在电路上给出一个特定的输出,以便控制多种功能的开关,如市售的无线编码遥控四级调光灯开关,无线编码遥控航模飞机的多种动作等。
    2. 无线射频发射/接收模块组件
    编码式无线射频发射/接收开关电路的种类很多,按用途不同有各种电路,但其基本模式如图1和图2所示。该类电路由无线射频编码发射器和无线射频解码接收控制器两大部分组成。通常把无线射频编码发射器称为无线电遥控专用发射头,发射方式有四种:一种是调幅的,工作频率通常在20MHz~1000MHz范围。还有三种是FSK(移频键控)、ASK(幅度键控)和调频(FM)等方式。无线射频遥控发射头是一种具有内藏天线的未经信号调制的超短波无线电发射模块,再经编码器调制后组成的。例如一种四级调光灯专用编码器是采用5位二态地址编码对遥控指令进行加密的,五个编码端的每一位均可设定为“1”或“0”两种状态,所以有2(的5次方)=32种不重复码,这样可使遥控开关做到同频不同码,不会产生误动作。
    无线解码接收控制器,通常也称为无线电遥控专用接收头,它也是一种内藏的天线(有的可见到天线长度约2~3cm)。值得注意,无线射频发射头与无线射频接收头都是配对的并制成专用模块组件,不仅仿制困难,更重要的是便于贴片化,减小模块的体积和提高可靠性。
    由于编码式无线射频发射接收开关电路在业余条件下制作非常困难,通常都是专业厂家制成模块出售。
    说明:(1)CSJ系列无线射频发射/接收模块组件,属于超远程控制的,其作用距离可以达到1.5km~3km,它们都采用了声表面谐振器或晶体稳频,模块内的元器件均采用表面贴片工艺。
    (2) CSJ~T300模块组件若与CSJ~R1或CSJ~R2配用,再外接吸盘天线,则在开阔地上的传输控制距离可达5km。
    (3)RF2510发射模块组件采用了全集成锁相环(PLL)电路的压控振荡器,所以该模块性能稳定,可靠性高。
    (4)RF2514发射模块,采用了专用的AM/ASK/OOK发射IC,其中OOK代表开关键控型,可见该模块发射IC的模式是多种的。
    (5)RF2909采用了3V、915MHz扩展发射IC,这种直接序列扩展频谱,可在无绳电话中扩频使用。
    (6)RF4930具有÷64/65/128/128四种预设比例因子的IC VCO、鉴相(频)器,加有标准振荡器的锁相环(PLL)电路。
    (7)TX4915是低功耗的ASK(幅度键控)发射IC,它还具有省电模式和抗失锁电路。
    (8)接收模块中的RF2917和RF2919由FM/FSK IC组成,用户可以选择FM或FSK输出。
    由上述可见,集成无线射频发射/接收模块组成的开关电路,比早期的无线发射/接收控制开关电路的技术含量高得多,所以业余电子爱好者很难自制。
    三、遥控滚动编码器
    以上介绍的无线遥控用编译码器,虽然可用一个信道传输多种操作指令,但同型号编译码器之间无法相互区别,就像使用同一芯片、制式的彩电遥控器一样,可以通用,这在不少需要防盗、保密的场合(如移动电话、无绳电话、汽车遥控防盗器)就失去使用的价值。以前盛行的解决方法是给同一类型的配套编译码芯片加上一组对应的地址码,一般地址码为8位三态,也就是提供3(的8次方)=6561种不同的区别地址编码,当然,也可以再增到十多位,提供更安全的保障,可以做到数十万组数码不重复。这类芯片(如PT2262/2272,VD5026/5027)已广泛用于多种防盗、保密产品中,近年的电子类报刊中也有许多介绍,这里不再重复。但这些器件的保密位是通过设置固定的代码来实现,加之IC的代码长度是有限的(受芯片尺寸结构限制),所以其保密位的代码组合也是有限的,引起的结果是编码器中的代码可以破密。例如通讯产品中有一种追码器,就是专门通过空中(开路)捕捉和扫描跟踪的办法破译任何个人传呼机(BP机)的用户码,这充分说明上述种类的编码方式只能提供有限的保护。
    Microchip公司利用Keeloq技术,开发成多种芯片,这些芯片统称为滚动码系列芯片。利用滚动码芯片对无线遥控射频头中的编码器进行加密,就可达到具有高度保密难于破密的滚动码。
    Keeloq滚动码技术的特点是在传输代码之前用滚动码算法对原始代码进行非线性加密,使得每次传输的代码都是唯一的,绝不会重复,从而产生高度保密的滚动码,要想外来捕捉和扫描跟踪都不可能奏效。
    四、WYK-1型多路无线遥控开关产品剖析
    在电子市场上有一种编解码无线电遥控模块组件出售。该组件包括微型发射器和RM数字型接收器模块(内部核心器件使用PT2262/2272)。发射模块含操作码键(A、B、C、D共4只按键开关)、编码和高频载波发射电路;接收模块内含有接收天线、高频检波、放大整形和解码输出电路。这种组件的不重复码为几十万组,从而可提供相应个数的地址码,当发射和接收时只有频率和编码信号(俗称密码)一致时才能配用,所以该模块组件不仅保密性好,抗干扰性也特别强。该遥控组件的作用范围可达50m(加强型可达500m以上)。在这里,笔者剖析一种WYK-1型无线遥控开关产品的电路图,供读者应用该组件时参考。该遥控开关产品属家用型。在接收器上有4路电源输出口,只要按动发射模块上的任意一键(A、B、C、D键),接收器指示灯亮,同时某电路的电源上就有电源输出,再按一下该键就关闭该路电源,循环转换,达到控制家用产品接通和断开电源目的。
    图3是WYK-1型无线遥控开关接收器主要电路图(电源未画出),接收模块为TWN9238多路遥控接收电路。该模块共有7个输出端(A、B、C、D、E及电源正、负)。除模块外,印板上还有4片双D触发器MC14013和4只继电器JZC-23F,共同组成多路遥控解码和执行电路。双D触发器IC1、IC2对接收模块的解码输出端(A、B、C、D和E)任一路信号进行处理(包括对发射端消除按键的抖动电路、波形整形),IC3、IC4是四路标准的触发器组成的双稳态电路(所有IC3、IC4的D端与一端相连,所有的S接地)。IC1、IC2的口端(Q1、Q2)输出信号BG1、BG2、BG3和BG4管的继电器执行电路,以控制机盒面板。上四路电源接线柱接通和断开。为了便于读者分析该电路,图4给出了MC14013引脚图,读者还可参考今年《电子报》第6期第十版的《多用无线遥控开关》一文,可以进一步分析图4电路的工作原理。
    实际上,该多路遥控开关电路中的4片双D触发器MC14013如果由1片单片机代替,电路就极为简单。此外,电子市场上还有多种类型(多路、单路)遥控开关模块出售。

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