關(guān)于無線遙控器的應(yīng)用解決方案
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最新的低功耗RF解決方案使設(shè)計(jì)人員能夠經(jīng)濟(jì)高效地構(gòu)建智能遙控器,不再需要視線間隙來控制電視或其他設(shè)備,還可以從設(shè)備接收反饋或?qū)崟r(shí)消息。典型的高端遙控器包括用于鍵盤/觸摸屏管理的微控制器,RF發(fā)射器和接收器(或收發(fā)器),顯示器和一些電源管理,以最大限度地延長電池壽命(圖1)。為了確保一個(gè)RF遙控器不會干擾附近房間中的另一個(gè)單元,控制器還應(yīng)允許用戶選擇十幾個(gè)或更多通信頻道頻率中的一個(gè),以便多個(gè)遙控器可以共存而無需控制其他單元的電視或設(shè)置 - 頂盒。
圖1:典型的基于RF的無線遙控器的方框圖。
基于ASK/OOK協(xié)議的簡單RF遙控器已經(jīng)應(yīng)用于車庫門開啟器,遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)以及其他不需要傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序(通常只需“握手”即可驗(yàn)證傳輸,然后打開或關(guān)閉信號)。在一些工業(yè),科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用中,載波頻率可以變化很大,從幾兆赫茲或兩個(gè)上升到433兆赫。在ASK系統(tǒng)中,接收部分可以分成三個(gè)基本塊 - 一個(gè)輸入帶通濾波器,用于將載波頻率與輸入頻譜分開,一個(gè)包絡(luò)檢測器提取所需信息,一個(gè)比較器,用于轉(zhuǎn)換提取的信息。成數(shù)字形式(圖2)。
圖2:基于Maxim MAX9933的簡單ASK接收器。
在此接收器中,MAX9933用作RF功率檢測器,而MAX9030用作比較器。電路接收的RF信號交流耦合到MAX9933的輸入,而輸入RF電壓的對數(shù)傳輸功能使電路對非常小的信號非常敏感。這允許ASK接收器容易地區(qū)分非常低的1級和0級信號。單個(gè)電容CCLPF決定了檢測器的響應(yīng)帶寬。采用10 MHz載波和40 kbit/s數(shù)據(jù)速率,CCLPF電容為150 pF,MAX9030比較器的R-C濾波器由100kΩ電阻和0.22μF電容組成。
在發(fā)送方面,OOK發(fā)送器實(shí)現(xiàn)起來非常簡單 - 設(shè)計(jì)人員只需將載波信號發(fā)送到功率放大器以發(fā)送“1”或發(fā)送任何內(nèi)容以發(fā)送“0”。此開關(guān)信號可以通過MAX1472等芯片處理,該芯片使用輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流來調(diào)制基于晶體的PLL振蕩器的輸出。 ASK發(fā)送器基本上是一個(gè)“壞”OOK發(fā)送器,因?yàn)锳SK接收器可以捕獲OOK信號。
簡單的OOK/ASK電路使收發(fā)器和接收器解決方案的實(shí)施成本非常低廉。但是,沒有可以圍繞其設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn),因此每個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)商基本上設(shè)置它們自己的頻率和數(shù)據(jù)接口。因此,每個(gè)系統(tǒng)解決方案都是“唯一的”,導(dǎo)致設(shè)計(jì)用于一個(gè)系統(tǒng)的控制不能與來自另一個(gè)系統(tǒng)的控制交換。
在過去幾年中,隨著音量使用的增加,實(shí)施基于藍(lán)牙或ZigBee的無線解決方案甚至基于Z-Wave無線接口的無線控制的成本已經(jīng)降低。在移動電話系統(tǒng),平板電腦和計(jì)算機(jī)中廣泛使用藍(lán)牙接口,以及最近發(fā)布的藍(lán)牙低功耗標(biāo)準(zhǔn)使藍(lán)牙成為遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的主要候選者。此外,使用標(biāo)準(zhǔn)接口允許設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)可以輕松鏈接到系統(tǒng)的“通用”通用控件。
對于不想設(shè)計(jì)自己的藍(lán)牙子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員,STMicroelectronics的SPBT2532系列模塊可在您的設(shè)備和任何其他藍(lán)牙設(shè)備之間提供無線網(wǎng)橋(圖3)。微型藍(lán)色模塊具有不同類型的接口(快速UART,SPI,I²C),所有接口均采用10 x 13 mm外形封裝。 SPBT2532系列包括4個(gè)通用I/O線,多個(gè)串行接口選項(xiàng),4個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入和高達(dá)2 Mbit/s的數(shù)據(jù)吞吐量。
圖3:意法半導(dǎo)體提供的集成藍(lán)牙子系統(tǒng)。
回頭參考圖1,藍(lán)色模塊可以替換圖表右側(cè)的RF模塊,并通過SPI端口鏈接到主機(jī)微控制器。當(dāng)然,STMicroelectronics模塊只是眾多藍(lán)牙選項(xiàng)中的一種 - 許多公司提供高度集成的單芯片藍(lán)牙解決方案或超小尺寸模塊。明年,基于新藍(lán)牙低功耗標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙解決方案將上市。這種芯片將進(jìn)一步降低待機(jī)功率,從而延長電池壽命。
ZigBee收發(fā)器可以很容易地用于實(shí)現(xiàn)無線接口。其中一個(gè)解決方案是Ember EM260 RF收發(fā)器,芯片上的ZigBee系統(tǒng)(圖4)。 EM260是一款網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器芯片,專為低功耗,低成本的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)。它旨在為設(shè)計(jì)人員提供選擇自己的微控制器以運(yùn)行其應(yīng)用程序的靈活性,同時(shí)與EM260連接以提供所有ZigBee功能。外部微控制器的尺寸可以精確適合應(yīng)用,從最小,最具成本效益的8位控制器,到網(wǎng)關(guān)等應(yīng)用的高端32位控制器。 EM260集成了IEEE 802.15.4 2.4-GHz免許可頻譜ZigBee無線電,以及基帶,網(wǎng)絡(luò)微控制器和板載內(nèi)存,以運(yùn)行從PHY層到網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議棧。它包括內(nèi)置的強(qiáng)大調(diào)試模式,包括網(wǎng)絡(luò)范圍的調(diào)試支持,可以快速將設(shè)計(jì)人員從設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)階段。
圖4:Ember公司提供的EM260 ZigBee子系統(tǒng)只需要幾個(gè)無源組件即可運(yùn)行。
EM260可處理所有處理和時(shí)序密集型任務(wù),例如AES-128加密,中繼數(shù)據(jù)包以及處理所有方面的問題。 ZigBee協(xié)議,讓主機(jī)微控制器可以自由實(shí)現(xiàn)即使是最關(guān)鍵的時(shí)序應(yīng)用。使用設(shè)計(jì)人員已經(jīng)使用的工具在選擇的微控制器上運(yùn)行應(yīng)用程序的能力可以實(shí)現(xiàn)快速的應(yīng)用程序開發(fā)。這也消除了將應(yīng)用程序移植到其他微控制器的需要,從而減少了產(chǎn)品部署的障礙。
另一種無線選項(xiàng),基于Sigma Designs Inc.的Z-Wave無線接口,也允許設(shè)計(jì)人員組裝低成本的智能遙控器(圖5)。 Z-Wave解決方案可作為分立芯片或完整的子系統(tǒng)模塊使用,占位面積小于2 cm2,掉電/睡眠模式電流僅為2.5μA?;赯-Wave的微型收發(fā)器模塊(如ZM3102N或ZM4102)包含多個(gè)接口,允許模塊通過SPI或UART端口連接到主機(jī)微控制器。
圖5:Sigma Designs提供小于2平方厘米的完整Z-Wave無線模塊。
正如我們所討論的,低功耗RF解決方案現(xiàn)在,設(shè)計(jì)人員可以經(jīng)濟(jì)高效地構(gòu)建智能遙控器,與IR解決方案不同,它不再需要視線間隙來控制電視或其他設(shè)備,還可以從設(shè)備接收反饋或?qū)崟r(shí)消息。