智能家居MCU與RF遙控器電路設計

2021-01-21 電子產品世界

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、 安全防範技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，並實現環保節能的居住環境。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/385424.htm

原理分析

本文採用IAI公司的無線系列晶片結合MICROCHIP的PIC系列單片機開發出一系列的智能家居方案。IAI公司的無線晶片系列具有集成度高、外圍元件少、功耗低、性能穩定可靠等特點，晶片內部集成了FSK無線收發必需的全部功能模塊，包括多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號強度指示RSSI、數據質量偵測DQD、電池電壓偵測、AFC和微控制器等，同時 MICROCHIP的PIC系列晶片單片機具有低功耗、高穩定性、抗幹擾性好等特點。

接口電路如下：


圖1 無線燈光控制電路


圖2 非隔離電源電路圖

非隔離電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，如圖2所示，採用PI的LinkSwitch-TN，由於功率MOSFET和控制器集成在一個IC當中，設計過程可得到極大地簡化。電路路中所用元件數目很少，無需變壓器，即可以利用設計速成部分，使用標準元件完成常用輸出電壓和電流的設計。


圖3 無線模塊連接電路

無線模塊連接電路如圖3所示，PHY只需使用5個I/O口即可工作，同時採用SPI兼容的控制接口作為數據通訊接口，我們測試板也正是使用這種方式與 PHY模塊進行連接的。各個接口功能如下：SCK：SPI串口時鐘輸入;SDI：SPI串口數據輸入;NSEL：SPI片選輸入(低電平有效);SDO：SPI串口數據輸出;NIRQ：中斷請求輸出(低電平有效);PHY模塊用作數據。該模塊具有體積小、功耗底等優點，非常適合用於無線設備上。

RF60無線模塊遙控器

遙控器有許多不同的尺寸和形狀，而且選擇的無線技術也不盡相同。作為產品配件，其廣泛用於消費類電子領域。

RF遙控器有其共有的特性，如圖4結構簡圖所示。RF遙控器的基本組件包括：為用戶提供輸入命令的按鍵;把用戶命令轉換成數字信息的MCU;用於調製和發射消息的RF發射器;天線;為遙控器提供動力的電池。製造商在設計RF遙控器時所面臨的共同挑戰，是如何提供穩定的最大傳輸距離、確保更長的電池壽命和維持較低的系統成本。


圖4：RF遙控器結構簡圖

最大化傳輸距離涉及使用儘可能大的功率，同時提供一個高靈敏度的接收器，因為總發射距離是發射器輸出功率和接收器靈敏度共同作用的結果。從遙控器端來說，設計目標是構建符合法規限制的最大輸出功率，這也意味著所有遙控器應具有相同的輸出性能，因為它們都要符合相同法規限制。

RF60發射器是業界第一款單晶片(RF+MCU)遙控器IC，只需要一個外部旁路電容、一塊PCB、電池和一塊帶按鍵的外殼，即可構成一個完整的遙控器。圖5是RF60功率放大器和天線調諧電路的結構簡圖。


圖5：RF60天線調諧框圖

通過調整片上與天線自感產生共振的可變電容器，RF60可以最大化發射天線效率。這些自動的電容器調整通過補償天線匹配電路的失諧使遙控器的發射功率最大化，並通過允許放寬PCB天線製造公差來降低設計成本。


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