基于PT2262的无线灯控设备设计实现.docx
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基于PT2262的无线灯控设备设计实现
基于PT2262的无线灯控设备设计
指导教师
摘要：
随着信息技术不断的飞速发展和社会的不断进步，人们对照明的高效控制和功能多样化要求也不断提高，智能照明系统应运而生。
它是充分利用电子技术、通信技术将建筑物内的各种照明器件有机的连接在一起，实现有效的管理和控制。
本论文的主要工作是设计制作了无线遥控的灯控设备，采用了以PT2262/PT2272为主控芯片来实现软件编码及解码方法。
本设计课题从PT2262的波形入手，分析其编码格式，采用了单片机程序来模拟PT2272的解码，同时给出了硬件设计电路和软件结构，详细叙述系统硬件线路的设计要点和软件设计。
通过对系统进行的各个功能模块的软硬件调试以及系统综合调试，硬件电路的制作达到系统的总体要求，从而实现了单片机的学习功能和无线遥控的应用。
关键词：
无线遥控；硬件电路；软件解码；编码波形
BaseonPT2262wirelesslightcontrolequipmentdesign
ElectronicscienceandtechnologyGuidingteacher
Abstract:
Withrapiddevelopmentofinformationtechnologyandprogressofsociety,thedemandonefficientcontrolandvariousfunctionofilluminationbypeopleisimproved,thusintelligentilluminationsystemcomesout.Technologyofelectronicshouldbegoodused,tomakesurethatcommunicationandcomputernetworkandcombinesdifferentlightingimplementsgetefficientcontrolledandmanaged.
Theprimaryjoboftheessayistogerthelampofthewirelessremotecontrolbasedonsignedchipmicrocomputercontrolequipmentdesigned,PT2262/PT2272isoneofthemostcommonchipsatthepresenttime,butbecausethechipsrequirepairing,sothisaspectinfluencesitsapplicationinalargescale.PT2262waveformfromthestart,thedesignissues,analysisofitsencodingformat,theuseofthemircrontrollerprogramtosimulatethePT2272decoder,giventhehardwarecircuitandsoftwarearchitecture,adetaileddescriptionofthedesignfeaturesofthesystemhardwarecircuitandsoftwaredesign.Hardwareandsoftwaredebuggingandsystemdebuggingthroughthevariousfunctionalmodulesofthesystem,thehardwarecircuitofproductiontoachievetheoverallsystemrequirementsinordertoachievethelearningfunctionofthemicrocontrollerandwirelessremotecontrolapplications.
Keyword：
wirelessremotecontrol，hardwarecircuit,softwaredecode，encodewaveform
第一章绪论
1.1课题背景
随着人类社会的进步和科学技术迅速的发展，人类开始进入以数字化和网络化为平台的智能社会，智能控制体系适应国际社会信息化、智能化发展要求，必将成为21世纪的新概念。
目前通常把智能控制体系定义为利用网络、电脑和综合布线技术，通过信息管理平台将一些与工作、生活有关的各种子系统有机的结合的一个系统。
也就是说，首先，它们都需要在一定范围内建立一个通讯网络，为智控信息提供必要的通路，在网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有工作、生活网络上的电器、设备的控制和监测；其次，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯渠道，以实现与外界的世界沟通信息，满足远程监测、控制和交换信息的需求[1]；最后，它们最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的要求。
由此可见，智能控制系统是一个系统层次概念，它涵盖了在建筑环境层面能够影响人们生活的诸多方面。
就实际应用而言往往有以下系统：
（1）可视对讲系统：
如有客人访问，按动大门上的按键，主人在家里通过液晶显示屏可以清晰的看到室外情况，避免陌生人的打扰。
（2）安防系统：
运用现代通信、计算机等先进的技术，通过对各类探测器及相关处理设备的综合应用，达到对安全提供保障。
（3）网络通讯系统：
通常语音通信系统、有线电视系统和数据通信系统统称为信息网络系统。
（4）智能照明系统：
通过安装智能控制器，对客厅、起居室和卧室内的灯具开关进行遥控，或者通过通讯网络实现照明的远程遥控。
（5）电器控制系统：
如空调、电热电器、煤气开关阀门及电饭煲等的远程控制。
另一方面，照明作为一个产业在我国已有了充分的发展：
2003年，中国电光源产量约80亿只，居世界第一，中国已有7000多家照明电器生产厂家，是目前世界上最大的照明产品生产基地和出口国。
照明在我国电力消费中所占比重也越来越大：
2004年中国发电总量约21870亿千瓦时，照明耗电约为2187亿千瓦时，占当年发电量的10%左右。
相当于三峡水力发电工程建成以后，年发电能力840亿千瓦时的近3倍[2]。
近年来，尽管我国电力建设已经取得了较大的发展，但这并不意味着我国的电力资源己经过剩，事实上恰恰相反，电力供应不足和能源短缺现象十分严峻。
因此，我国政府在呼吁节约用电。
1.2国内外现状以及发展前景
近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对照明器具节能和科学管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能楼宇领域的地位越来越重要。
而在楼宇大厦建设热潮中，各公司和企业也意识到了智能照明的重要性。
商业楼宇中大功率设备一般数量较少，而照明器具则比较多。
使用照明控制系统，更能体现在节能与管理方面的优势，提高建筑的科学管理水平。
良好的工作环境提高工作效率的一个必要条件，合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统都能提高照明质量，改善工作环境。
与传统的照明系统相比，无线智能照明系统尚具有总体拥有成本低、操作安全、安装简单、维护方便、功能丰富、优异的可扩展性、便于系统集成等一系列优点。
智能照明控制系统减少灯具使用时间和管理时间，能有效节约能源。
中国的智能照明行业虽然起步晚，但随着经济的不断发展和技术的不断更新，无线灯控系统应用于建筑行业越来越广泛，智能照明在我们生活中起到的作用越来越不容忽视，种种迹象表明，无线控制的智能照明潜力巨大，前景令人乐观[3]。
当前，发展趋势有如下三个方面：
基于GSM蜂系统的手机远程遥控、基于计算机网络的远程遥控、基于蓝牙技术的远程遥控[4]。
第二章、控制系统硬件电路设计
图3-1（a）控制系统硬件电路组成
2.1无线遥控发射器
PT2262和315MHz声表元件构成了无线发射模块，使用PT2262编码芯片对其编码，其中1~8为地址编码，D1~D4为数据编码，可由按键来控制图3-1（b），1~8由8个按键来控制，D1~D4由S1~S4来控制。
图2-1（b）无线遥控发射器的设计电路
我们可以看出，此时，1~8的地址码要么设置为0或1，或可以设置为悬空状态，所做的发射板最终还是悬空了，并且只用了1到4四个引脚最为悬空按键。
是为了更好操作；另一个原因是做实验没有必要实现上几百米的远程控制。
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，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
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受控于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。
早期的发射机较多使用LC震荡器，频率漂移较为严重。
声表元件的出现解决了这一问题，其频率稳定性与晶体大体相同，而其基频可达几百甚至上千兆赫兹。
无需倍频，与晶体相比电路极为简单。
图3-1（b）电路为常见的发射机电路。
其中315MHz的高频作为载波，把PT2262发射的矩形波脉冲发射出去。
由于声表元件的使用，电路工作非常稳定，即使手抓天线、声表或其他部位，发射频率均为不会漂移。
为了以下的软件解码，我不得不需要用硬件实验测试PT2262的编码波形，于是使用图2-1（b）把1~8引脚地址编码直接悬空设置，可以用示波器测量它的发射编码波形。
于是分别按住K0,K1,K2,K3可看到波形，便是PT2262发射的编码，知道正、负脉冲的宽度对于软件解码来说是必备的条件。
下图是在示波器上截下的波形图。
（1）当仅有S1按下时，在示波器上复制下来的波形如下：
图2-2（a）按键码D1=1，即S1按下
（2）当仅有S2按下时，在示波器上复制下来的波形：
图2-2（b）按键码D2=1，即S2按下
（3）当仅有S3按下时，在示波器上复制下来的波形如下：
图2-2（c）按键码D3=1，即S3按下
（4）当仅有S4按下时，在示波器上复制下来的波形如下：
图2-2（d）按键码D4=1，即S4按下
（5）当其中有一个按键按下时，可测得同步码的波形，从而也可以测出它的宽度：
图2-2（e）同步码波形
实验测试结论：
综上所述5种波形，我很容易可以得出在PT2262的编码波形，一组字码有25个矩形脉冲，有宽和窄脉冲，发射时数码的顺序是D4D3D2D1,其中同步码的低电平可以从光标1和光标2之间的时间间隔计算出：
t=11.6-4.7，得t=6.9μs多次测得波形可取的平均数为6.95μs。
下面为同步码头波形：
PT2262有三种编码形式：
0，1，和悬空（表示为f）。
（1）数据“0”发送的码位如下：
（2）数据“1”发送的码位如下：
（3）数据“f”发送的码位如下：
图2-3同步码和数据码的编码格式
2.2无线遥控接收系统
2262每次发射时至少发射4组字码，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。
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，所以程序可以丢弃处理。
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。
图2-5无线遥控接收电路设计
2.3无线灯控设备发射和接收电路的实物图
图2-6无线发射电路的实物模型
图2-7无线发射电路色实物模型
图2-8无线接收电路的实物模型
第三章、PT2262/PT2272的功能和软件解码的应用
3.1PT2262/PT2272无线编解码芯片的功能
3.1.1编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理简介：
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，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码与数据码从17引脚串行输出，可用于无线遥控发射电路[9]。
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，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果一直按住发送端，编码芯片也会连续发射。
当发射机无按键按下时，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受控于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。
PT2262/2272特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：
2.6～15v，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。
如图3-1为其引脚图
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
VCC
18
电源正端（＋）
VSS
9
电源负端（－）
/TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
图3-1PT2272（DIP—20）的芯片外形图及引脚图[10]
表3-2PT2262的极限参数和电气参数
图3-2PT2272（DIP—20）的芯片外形图及引脚图[10]
表3-3PT2272引脚说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，接收来自模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
17
解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）67
3.1.2数据编码格式
例如在画电路板的过程中，使用4位数据码，地址码就是8位，发射的格式如图3-3（a）所示：
1个同步码
图3-3（a）字码的组成
图3-3（b）PT2262发射一次的几组波形
上面是从接收模块信号RXD和GND引脚截获的一段波形，可以明显看到，图3-3（a）是一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开，所以我们如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。
图3-4（a）、（b）是放大的一组字码：
一个字码由12位AD码（地址码加数据码，比如8位地址码加4位数据码）组成，每个AD位用两个脉冲来代表：
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”。
图3-4（a）
（1）数据“0”发送的位码如下：
（2）数据“1”发送的位码如下：
（3）数据“f”发送的位码如下：
670µs
图3-4（b）编码格式
2262每次发射时至少发射4组字码，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。
由于无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。
图3-5PT2272检测信号VT信号端的变化
PT2272解码芯片有不同的后缀，表示着不同的功能，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，数据脚输出的是瞬时电平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。
图3-6瞬态型和锁存型的区别
3.1.3PT2262/2272使用的原则
设置地址码的原则是：
同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。
至于设置什么样的地址码完全随个人喜欢。
PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离变近甚至于无法接受，随着兼容芯片的出现，在实际使用中只需对振荡电阻稍做改动就可配套使用，根据我在网站查的资料可知，下面的表3-5参数匹配效果较好：
表3-5PT2262/2272电阻的最佳配对
编码发射芯片振荡的电阻
配套的解码接收芯片振荡电阻
PT2262
SC2260－R4
PT2272/SC2272
1.2M
200K
1.5M
5.1M
270K
2.2M
390K
3.3M
12M
680K
4.7M
20M
820K
3.2PT2262编码芯片的软件解码
3.2.1概述
PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低价位低功耗的通用编解码电路，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）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441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脚串行输出。
PT2262/2272必须与相同地址码配对使用，当需要增加一个通讯机时，用户不得不求助于技术人员或厂家来设置相同地址码，客户自己设置相对比较麻烦，尤其对不懂电子的人来说,随着人们愈来愈高的操作要求，PT2262/2272的这种配对使用严重制约着使用的方便性，人们迫切地要求使用一种无须请教专业人士，无须使用特殊工具，任何人都可以操作的方便手段来弥补PT2262/2272的不足，这就是PT2262软件解码[11]。
3.2.2解码原理
图3-7PT2262发射的波形
图3-7是PT2262的一段波形，可以看到一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开，所以如果我们用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。
2262每次发射时至少发射4组字码，2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码时才会把数据码中的“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。
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，所以程序可以丢弃处理。
下面我们来仔细看一下PT2262的波形特征：
振荡频率
其中Rosc为振荡电阻
这里我们选用的是一种比较常用的频率
（以下同）。
同步码头波形：
PT2262有三种编码：
0，1，和悬空（表示为f）。
（1）数据“0”发送的位码如下：
（2）数据“1”发送的位码如下：
（3）数据“f”发送的位码如下：
图3-8编码格式
有了以上具体的波形，我们就可以进行软件解码了。
T2262每次至少发送4次编码，我们可以通过检测6.95ms宽度的同步码头，有码头才开始进行编码解码，无码头则继续等待。
当收到码头时，还要检测是否已经收到过码头，若无，则丢弃第一次编码的信号，防止误码。
从编码图中可以看出，每一位码字都是开始从低电平到高电平，到低电平，再到高电平。
从编码图中还可以看出，每一位码字都可以分成两段，我们以每段中的电平宽度来描述码位：
码位
第一段
第二段
数值表示
0
窄
窄
00
1
宽
宽
11
f
窄
宽
01
无效码
宽
窄
10
对于接收模块的RXD和GND之间用示波器观察可以看出，该无线接收模块用的是原码位接收，因为在示波器上的接收的波形与PT2262发射的完全一致。
这样我们就可以进行以下的解码了。
3.3软件解码程序的流程图分析以及实现的源程序
软件解码主要是：
同步码、地址码和按键码的识别。
其中地址码和按键码的格式相同，可以同等地对待进行解码，只不过对于按键码来说必须进行存储，而地址码只要解码宽度在允许的范围内，就可以不需要存储。
所以在解码之前，必须熟悉编码格式，才能解码。
在3.2.2节，我说到了解码的原理，给出了具体的编码格式。
3.3.1同步码的识别思路
解码需要注意的是：
因无线接收干扰大，所以不适用中断处理解码程序，所以软件设计中采用查询方式进行解码。
图3-9为同步码流程图。
N
图3-9同步码流程图
为了理解解码程序的方法，这里我重点介绍一下检测同步码的思路与程序，因为后面附录的程序也是按着类似的思路和方法来编写的。
同步码检测的汇编源程序：
ORG0000
AJMPMAIN
MAIN：
MOVTMOD,#1；选定时器T0，方式1
SETBP1.7；使灯不亮
MOVPSW,#08H；选工作寄存器1区
MOVR6,#50；延时2.5ms的时间，防止刚上电的干扰信号
DEL1：
MOVR7,#50
DEL0：
DJNZR7,DEL0
DJNZR6,DEL1
AGAIN：
JNBP3.2,$；等待接收有效信号
CLRTF0；关T0溢出标志位
MOVTH0,#0F6H;限时7.5ms的时间，超时为误码
MOVTL0,#3BH
SETBTR0；置1运行标志位，开始定时
AA3：
JNBP3.2,AA2
JBTF0,E
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