无线遥控电灯开关

曹树伟，鲍晓娟

（1.赤峰学院 物理与电子信息工程学院；2.赤峰学院 远程教育学院.，内蒙古 赤峰 024000）

1 引言

在现代家庭居室中，大多是三室两厅式的布局，每个房间都要有电灯，这就为电灯开关的控制带来了许多不便，例如黑暗环境下开灯时摸黑找开关的不便；晚上休息时，关灯回卧室时摸黑行走的不便，忘记关闭其他房间的电灯，来回走动关灯的不便；黑暗环境下走动容易触碰到障碍物造成摔跤等意外，对于老人、小孩、行动不便者尤其如此.为了解决这些不便，遥控开关的使用就有了价值.遥控开关可以让你在家中随时随地地控制任意房间的电灯开关.

无线遥控开关是采用射频识别技术，用无线遥控器控制各类灯具的一种新型智能开关，可对室内一个或者多个灯具的控制.无线遥控开关满足了对家用灯具进行便捷开关控制的需要，具有以下功能：能够在室内任意位置进行开关操作，通过不同的遥控按键控制多个家用电器开关；保留了墙壁开关功能，既可以用墙壁开关控制，又可以用遥控器控制；安装方便，直接替换原有墙壁开关即可，无须更改线路；可以按照需求自由设定遥控按键所控制的电灯，可以是一个按键对应一个居室的电灯开关，同时也可以设定一个按键控制多个电灯的开和关；具有一键关闭所有电灯开关的功能.

2 工作原理流程图及相关器件参数

遥控按键操作编码并发送接收并解码锁存指令并驱动继电开关导通或断开开关按键复位.

工作原理简介：用户按下无线遥控器按键，由无线开关遥控器进行编码并转换成无线电波发送至墙壁上的遥控开关，再由墙壁上的遥控开关解码，输出高低电平来控制继电器开关通断动作，从而进行亮灯灭灯控制.同时，在墙壁遥控开关上留有开关按钮，以供用作普通机械开关作用（即图中的开关按键复位框）.

图1

相关器件简介

器件清单：

PT2262 1个、PT2272 3个、DF发送模块1个、DF接收模块3个、JK触发器1个、按键开关5个、LED灯2个、继电开关（每开关配1个）、1.2M电阻1个、200K电阻1个.

T2262/2272编解码芯片

编码芯片T2262/2272及管脚说明管脚.

图2

PT2262管脚说明（见表1）

PT2272管脚说明（见表2）

表1

图3

PT2262/2272地址码的设定:

发射端PT2262芯片地址引脚A0～A11和接收端PT2272地址引脚A0～A11引脚的编码完全相同，两芯片才能配对使用.当两者地址编码完全一致时，接收芯片PT2272对应的数据端输出约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.输出信号接入JK触发器作为控制信号.

振荡电阻:

PT2262和PT2272外接振荡电阻必须匹配，否则接收距离会变近或无法接收，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长.相对来说PT2262用1.2M，PT2272用200K配套发射效果比较好.

表2

工作电压在3-5V比较可靠，最低工作电压2.4V没有问题，最高工作电压超过5V易烧毁.2272的地址端高电平不得超过18脚的工作电压.

配套参考表：

表3

DF无线数据发射模块

DF数据发射模块的工作频率为315M，频率稳定度极高.DF发射模块未设编码集成电路，而采用了一只数据调制三极管Q1，用PT2262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DF数据模块的输入端即可.

图4 无线数据发送模块

DF数据模块工作电压范围较宽，约为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.当电压5V时约100～180米，当电压9V时约280～450米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，发射效果较好，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米.当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高.天线最好选用25厘米长的导线，因为无线电信号传输时受很多因素的影响.数据信号与DF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DF发射模块将不能正常工作.数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较好的调制效果.

DF发射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.

DF超再生式接收模块

图5 DF超再生接收模块的电路图

DF接收模块的工作电压为5伏.接收模块本身不带解码集成电路，接收电路仅是一种组件.电路优点：（1）天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以去掉外接天线.（2）抗干扰能力较强.（3）自身辐射极小，减少了自身振荡的泄漏和外界干扰信号的影响.（4）温度、湿度稳定性及抗机械振动性能优良.DF无线数传输模块设计注意事项：DF数据模块的最大传输数据速率为9.6KB/s，一般控制在2.5KB/s左右.2、码组格式推荐方案：前导码＋同步码＋数据帧DF接收模块工作时一般输出的是高电平脉冲，不是直流电平，调试时可用一个发光二极管串一个3KΩ的电阻来监测DF模块的输出状态，亮则有输出，不亮则无输出.DF无线数据模块和PT2262/PT2272专用编解码芯片使用时，直接连接即可正常工作，一般实用距离在200米以内.

JK触发器

JK触发器是数字电路触发器中的一种电路单元.JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能.由JK触发器可以构成T触发器.边沿JK触发器具有以下特点：（1）边沿JK触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能；（2）边沿JK触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生；（3）由于接收输入信号的工作在CP下降沿前完成，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁，所以不存在一次变化的现象,抗干扰性能好，工作速度快.J、K触发器接成T触发器使用（即将J和K相连后接至高电平），则最高时钟频率还要低一些.因为从CP的下降沿开始到输出端的新状态稳定建立所需要的时间为tPHL≥4tpd，如果CP信号的占空比为50%，那么CP信号的最高频率只能达到fc(max)=1/2tPHL=1/8tpd

3 电路原理图

图6 遥控器电路原理图

图7 开关电路原理图

4 模块及其功能

遥控器主要由按键、编码模块及发送模块组成；遥控开关主要由接收模块、解码模块、锁存电路、开关按键及继电开关组成.

遥控器和开关是配对使用，不同的用户可以通过编码解码芯片PT2262/2272分配不同的地址来区别使用,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，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，接入无线遥控发射电路.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调制.

本设计采用A0～A5共6位地址编码，可使用730种编码，足以满足单独住宅楼的分配；D0～D5共六位为数据位，可单独控制5个灯具开关及独立总关闭控制,同样可以满足普通三室两厅的开关控制需求.

遥控器：

按键信息经过PT2262编码后编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从17脚输出到DF无线数据发送模块，然后调制再发射出去.PT2262的D0端口指定为总关闭按键输入端口；D1～D5为通常开关按键输入端口.

开关：

DF无线数据接收模块接收遥控器发出信号后送到解码芯片PT2272，其地址码经过三次比较核对后，PT2272的VT脚输出高电平，表示解码有效，与此同时PT2272与PT2262相应的数据脚也输出高电平，由T触发器锁存用以控制继电开关.如果PT2262连续发送编码信号，PT2272第17脚和相应的数据脚便连续输出高电平.PT2262停止发送编码信号，PT2272的VT端便恢复为低电平状态；PT2272的D0端口为总关闭信号输出端口，下接T触发器异步置零端，直接控制继电开关打开；D1～D5端口为通常开关信号输出端口，通过递次触发T触发器控制继电开关打开闭合；按键为通常开关，直接控制高电平递次触发T触发器控制继电开关打开闭合.

D1～D5中的一个端口与T触发器的输入端相连即可，实际焊接中采用D1～D5依次连接于导线，导线连接于T触发器输入端，使用时将不用的D端口与导线断开即可，这样便于量化生产及使用中单个开关的维护替换.电源使用电池电源（5V），配套电阻PT2262用1.2M，PT2272用200K.

5 工作过程

如图6、图7所示，遥控器与开关通过编码电路对PT2262/2272进行地址码配对.遥控器中Pt2262产生一个以32个315MHz（α）为1bit的数字信号，共有有6位地址码+6位数据码12bit数据；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”，具体如图8.PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续三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.

当遥控器的按键开关按下，PT2262对应数据端口输入5V高电平，Dout端口输出4组以上由地址码+数据组成的12bit字码组，经过专用DF发送模块生成100%幅度调制的调幅波并由ANT端发射，专用DF发送模块输出端接发光二极管串接一个3K的电阻作为指示开关.

图8 无线编码

已调信号通过天线ANT被开关的专用DF接收模块接收，解调出原编码信号经DATA端送入PT2272的DIN端解码，三次确定数据端口为同一电平时，置位输出端电平，对应数据端口输出5V高电平脉冲，脉冲输入T触发器，脉冲下降沿触发T触发器，Q输出电平翻转；Q端为低电平时，三极管关闭，继电开关关闭，电灯关闭；Q端为高电平时，三极管正常工作将输入电流放大驱动继电开关打开，电灯打开.T触发器反向输出端接发光二极管作指示灯，当电灯打开时，指示灯关闭，当电灯关闭时指示灯打开用于指示开关位置及工作状态.开关按键按下，T触发器输入高电平，松开按键时，T触发器触发，Q端电平翻转控制电灯开关.当遥控按键1按下时，开关PT2272的D1端输出高电平脉冲，输入T触发器异步置零端，直接控制电灯关闭.

6 结论

无线遥控开关由发射电路、接收开关电路、电源三部分构成.分为遥控器和开关器件，主要功能是通过遥控器进行按键数据的编码信号发送，在开关处接收解码信号遥控控制开关导通和关闭，及发出各个开关部件通断信号.

开关部件实现独立部件开关，接收遥控开关信号实现独立开关及总关闭信号.

通过地址编码电路来配对遥控器和开关部件，实现遥控开关的批量生产.通过总关闭功能可以在睡觉前关闭家庭中还在运行、待机的电器，从而节省了电力资源.使用开关部件上的独立开关来实现无法使用遥控器时的通常开关操作，开关部件上的指示灯为开关打开时常亮，方便确认开关的位置及状态.使用相关的高性能低功耗模块保证了信号有效传输，同时可以在电池电源的情况长期工作，开关部件及遥控部件均可独立更换，方便调试维修.

〔1〕阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，2006.5.

〔2〕童诗白，华成英.模电电子技术.高等教育出版社，2006.5.

〔3〕胡宴如，耿苏燕.高频电子线路.高等教育出版社，2009.1.

〔4〕彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:高等教育出版社.