【正文】 會(huì)產(chǎn)生反射或散射。 4 電路模塊的對(duì)接 通信距離的測(cè)試 通信距離和功耗是無(wú)線通信模塊兩個(gè)重要的性能參數(shù)，根據(jù)本文的設(shè)計(jì)，制作了基于 CC1101 的無(wú)線通信模塊，并對(duì)這兩個(gè)重要性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，本文制作的無(wú)線通信模塊能夠滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的使用。 第 18 頁(yè) 共 41 頁(yè) 18 在焊接時(shí)特別要注意 C8051F310 芯片的焊接，用烙鐵焊接時(shí)要注意對(duì)烙鐵的溫度和焊接時(shí)間的控制，否則會(huì)出現(xiàn) C8051F310 芯片損毀的情況。 （ 2）器件焊接之后，重新檢查硬件連接情況，檢查是否存在錯(cuò)焊、虛焊等情況，否則上電后出現(xiàn)短路情況將芯片燒壞。 無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)的硬件調(diào)試過(guò)程總體可以分為 3 個(gè)步驟： （ 1）在焊接器件之前，先用萬(wàn)用表等工具，根據(jù)硬件設(shè)計(jì)圖仔細(xì)檢查線路的正確性，元件安裝是否符合要求。 V i n3GND/Adj1V o u t2U 2 0 2L M 1 1 1 7 _ 3 .3 VC 1 12 2 uC 1 21 0 4V C C+ 5 V12J1D I A N Y U A N 圖 電源電路原理圖 硬件電路的焊接 對(duì)于整個(gè)無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的調(diào)試和性能測(cè)試是非常關(guān)鍵的，它關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作。二極管正向壓降的大小直接影響二極管上的損耗的大小，這里使用了反響恢復(fù)時(shí)間短、正向壓降低的 IN4007。 二極管的作用是當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，為電感電流提供一條直流通路，故該二極管有時(shí)稱續(xù)流二極管。容量一般在 10～ 100μ F，對(duì)于較重的負(fù)載應(yīng)選取大一點(diǎn)的電容。 圖 LM1117 實(shí)物圖 第 17 頁(yè) 共 41 頁(yè) 17 然后是電容和二極管的選擇，選擇濾波電容的主要依據(jù)是系統(tǒng)對(duì)電源紋波的要求，濾波電容的等效串電阻（ ESR）是造成輸出紋波的主要因素，而且也會(huì)影響到轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)選用低 ESR 的電容。另外需要使用 的組合電池，價(jià)格相對(duì)較高，但可靠性好。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)在這種情況下能夠正常工作。另外，標(biāo)稱值為 的充電電池就不適合無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)的使用了。雖然這種方案成本低，電池電量的轉(zhuǎn)換效率為 100％，但是缺點(diǎn)卻是致命。 （ 1） 采用堿性電池串聯(lián)，直接給電路供電。 無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)需要使用電池供電，電源輸出電壓需要 ，輸出電流需要達(dá)到100mA 以上，輸出電壓噪聲要小以保證射頻電路穩(wěn)定工作。開(kāi)關(guān)電源是由于器件中有一個(gè)工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的晶體管（一般是 MOSFET），開(kāi)關(guān)管工作于飽和導(dǎo)通及截止兩種狀態(tài)，所以開(kāi)關(guān)管的管耗小并且與輸入電壓大小無(wú)關(guān)，效率較高（一般可達(dá) 80%～ 95%）。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是外圍元件少、輸出噪聲小、靜態(tài)電流小，價(jià)格也便宜。在無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)的電源設(shè)計(jì)中，主要考慮使用線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源，并根據(jù)這兩種電源的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了適合無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)的電源。 S1S W P BS5S W P BS2S W P BS6S W P BS3S W P BS7S W P BS4S W P BS8S W P BP 2 .7P 2 .6P 2 .5P 2 .4P 2 .3P 2 .2 圖 4x2 鍵盤 電源電路的設(shè)計(jì) 電源是各種電子設(shè)備不可缺少的組成部分，而便攜式電子產(chǎn)品多采用電池供電，為了使電路性能穩(wěn)定，往往還需要穩(wěn)定電源，尤其是像本文設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)包含射頻電路時(shí)，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)的技術(shù)參數(shù)及能否安全可靠地工作。 CPU 對(duì)鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計(jì)算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表得。也可以采取定時(shí)控制方式，每隔一定的時(shí)間 CPU就對(duì)鍵盤掃描一次。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過(guò)程就稱為對(duì)鍵盤一次掃描。如果把列線接到微機(jī)的輸入口，行線接到微機(jī)的輸出口，在微機(jī)的控制下線都為高電平，則這行上沒(méi)有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的列線相交處的鍵處于閉合狀態(tài) 。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的列線與行線短路。 4x2的鍵盤結(jié)構(gòu)中的列線通過(guò)電阻接十 5v。產(chǎn)生相應(yīng)的鍵代碼 (鍵值 )。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由軟件來(lái)識(shí)別。操作人員可以通過(guò)鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)、地址、指令或其它控制命令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。 圖 無(wú)線通信模塊的電源濾波電路示意圖 矩陣鍵盤的設(shè)計(jì) 鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是一種廉價(jià)的輸入設(shè)備。在 CC1101 的電源供電端加入了 1個(gè) 47μ F的去耦電容和 3個(gè)旁路電容，去耦電容能夠有效的去除電路之間的耦合效應(yīng)，旁路電容能夠去除高頻噪聲。讓電路板上各模塊具有各自的來(lái)自公共供電電源點(diǎn)的電源線路，在這種情況下，星形布線意味著電路的數(shù)字部分和射頻部分應(yīng)有各自的電源線路，以減少各部分電源之間的干擾。經(jīng)過(guò)升壓芯片 MAX856 的電壓輸出端存在著噪聲， MCU 和其它耗電量大的芯片會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)，短時(shí)間突然吸入大部分電流，如果不在 CC1101 的電源供電端采取合適的電源去耦，必將引起電源線上的電壓毛刺，這些電壓毛刺到達(dá)射頻部分的電源引腳后，會(huì)對(duì)無(wú)線部分造成影響，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致無(wú)線通信工作 失效。微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞，這樣一來(lái)，無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間，使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就很可能不穩(wěn)定。角為宜，避免拐直角；焊接天線的 PCB部分不要有地線，如圖 所示右上角所示；布線時(shí)與焊盤直接相連的線條不宜太寬，走線應(yīng)盡量離開(kāi)不相連的元器件；過(guò)孔不宜太大且大小要一致，在圖 中過(guò)孔外徑大小為 28mil，內(nèi)徑為 16mil，過(guò)孔不宜在元器件上 ，且應(yīng)盡量遠(yuǎn)離不相連的元器件，以免在生產(chǎn)中出現(xiàn)虛焊、連焊、短路等現(xiàn)象。如圖 所示，所有走線應(yīng)遠(yuǎn)離PCB 板的邊框（ 2mm左右），以免 PCB 板制作時(shí)造成斷線或有斷線的隱患。要使射頻電路的輸入端遠(yuǎn)離輸出端，將強(qiáng)電信號(hào)和弱電信號(hào)分開(kāi)，將數(shù)字 信號(hào)電路和模擬信號(hào)電路分開(kāi)，完成同一功能的電路應(yīng)盡量安排在一定的范圍之內(nèi)，從而減小信號(hào)環(huán)路面積，各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò)要就近連接，這樣不僅可以減小輻射，還可以減少被干擾的幾率，提高電路的抗干擾能力。 基于 CC1101 的射頻電路 PCB 設(shè)計(jì) 基于 CC1101 的無(wú)線通信模塊是無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)中比較重要的組成部分，它的好壞將直接影響到系統(tǒng)的各方面性能，其中 PCB 的設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，下面分四個(gè)方面介紹一下無(wú)線通信模塊 PCB 的設(shè)計(jì)。與 LCM 的電源接口設(shè)計(jì)一樣，在 CC1101 的電源供電端加入一個(gè)三極管來(lái)控制 CC1101 與電源的連接，當(dāng) 輸出高電平時(shí)，三極管截止， CC1101 與電源斷開(kāi)；當(dāng) 輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通， CC1101 與電源連接。 圖 MCU 與 CC1101 接口電路示意圖 第 12 頁(yè) 共 41 頁(yè) 12 圖 無(wú)線通信模塊電路原理圖 CC1101 與一個(gè)微控制器和少數(shù)幾個(gè)外接元件便可組成一個(gè)完整的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，在本文無(wú)線遙控開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)中，使用 MCU 的 P2口對(duì) CC1101 進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的傳輸，如圖 所示。 CC1101在 ～ 的低電壓下工作，其靈敏度為 110dBm，在所有工作頻率波段上，可編程輸出功率為 30～ 10dBm。 CC1101 集成了一個(gè)高度可配置的調(diào)制解調(diào)器，支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá) 500kbps。 CC1101 通信模塊的設(shè)計(jì) CC1101 模塊簡(jiǎn)介 圖 CC1101 芯片實(shí)物圖 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) 11 圖 CC1101 內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖 芯片采用 Chipcon 公司的 CC1101，是根據(jù) SmartRF 技術(shù)以 mCMOS 工藝制成的一款低成本單片 UHF 收發(fā)器，具有功耗低、電壓低、體積小、靈敏度高等特點(diǎn)。如果需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器。內(nèi)部振蕩器在出廠時(shí)已經(jīng)被校準(zhǔn)為 士 2%。 MCU有多達(dá) 8個(gè)復(fù)位源 :上電復(fù)位電路 (POR)、一個(gè)片內(nèi) VDD監(jiān)視器 (當(dāng)電源電壓低于呱 ST時(shí)強(qiáng)制復(fù)位 )、一個(gè)看門狗定時(shí)器、一個(gè)時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、一個(gè)由比較器提供的電壓檢測(cè)器、一個(gè)軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸入引腳和 FLASH 讀 /寫錯(cuò)誤保護(hù)復(fù)位。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率。 C805IF3lx 系列 MCU在 CIP 一 51 內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。 CIP 一 51 與 MCS一slTM 指集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。C8051F3l0 采用 32 腳 LQFP 封裝和 28 腳 MLP 封裝 。每種器件都可在工業(yè)溫度范圍 (一 45℃到+85℃ )內(nèi)用 一 的電壓工作。在使用 CZ 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 10 進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。片內(nèi) SiliconLabs 二線 (C2)開(kāi)發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 MCU進(jìn)行非侵入式 (不占用片內(nèi)資源 )、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。 FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng) 更新 8051 固件。29/25 個(gè)端口陽(yáng) (容許 sv 輸入 )。片內(nèi)上電復(fù)位、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器 。4個(gè)通用的 16位定時(shí)器 。片內(nèi) RAM。高精度可編程的 25MHz 內(nèi)部振蕩器 。全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口 (片內(nèi) )。 圖 32 腳 LQFP 封裝和 28 腳 MLP 封裝 的比較 C8051F3l0 是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型 MCU 芯片。這三種無(wú)線單片機(jī)各有自己的特點(diǎn)， chipcon公司的cc1010有 32kbyte Flash+2048+128 SRAM，三通道 A/D 10位轉(zhuǎn)換器， 64線 TQFP封裝，傳輸通訊速度 bit/s , 片上具有： RTC/2UART/2PWM/SPI/26個(gè) I/O/DES加密電 /看門狗電路等等，高頻部分全部集成在芯片上，工作在 3001000mhz, 最小的功率消耗僅；小量?jī)r(jià)格在 50人民幣 /每片左右。外部振蕩器在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU 從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部晶體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性地切換到高速（可達(dá) 25MHz）的內(nèi)部振蕩器。器件內(nèi)還集成了 外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，允許使用晶體、陶瓷諧振器、電容、 RC 或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。內(nèi)部振蕩器在出廠時(shí)已經(jīng)被校準(zhǔn)為 177。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH 操作錯(cuò)誤這三個(gè)復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。在設(shè)計(jì)一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)，這些增加的中斷源是非 常有用的。擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向 CIP51提供 14 個(gè)中斷源（標(biāo)準(zhǔn) 8051只有 7 個(gè)中斷源），允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。射頻 SoC（片上系統(tǒng)）的特點(diǎn)是：專門的設(shè)計(jì)，將全部的高頻部分電路全部集成到了電路內(nèi)部，從無(wú)線芯片片機(jī)到天線之間，只有簡(jiǎn)單的濾波電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者完全不必進(jìn)行任何高頻電路設(shè)計(jì)；采用特殊設(shè)計(jì) ，使無(wú)線芯片和微處理器和高頻線路間，實(shí)現(xiàn)完美的配合，數(shù)字電路對(duì)高頻通訊的影響減低到最??；將微處理器和無(wú)線芯片設(shè)計(jì)成一體，變成無(wú)線單片機(jī)，可以輕松完成無(wú)線通訊功能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。 圖 工業(yè)行車 圖 建筑塔吊 無(wú)線遙控距離的影響因素 ： （ 1） 發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距 離遠(yuǎn)，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾； （ 2） 接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動(dòng)或失控； （ 3） 天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠(yuǎn)，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長(zhǎng)、拉直可增加遙控距離； （ 4） 高度：天線越高，遙控距離越遠(yuǎn)，但受客觀條件限制； （ 5） 阻擋：目前使用的無(wú)線遙控器使用國(guó)家規(guī)定的 UHF 頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導(dǎo)體對(duì)電波的吸收作用，影響更甚。操作員帶著輕巧的發(fā)射機(jī)，自由選擇最佳的視覺(jué)位置，遙控的裝載機(jī)在清渣作業(yè)中運(yùn)行自如。無(wú)線電控制裝置采用 IP65保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)完全適應(yīng)在潮濕和含鹽的環(huán)境中使用。即使在能見(jiàn)度較低、環(huán)境惡劣的地方，也可以方便控制重型鑿巖機(jī)架鉆孔作業(yè)。 無(wú)線電遙控器的應(yīng)用 （ 1）工業(yè)行車：工業(yè)用行車是遙控系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，以德國(guó)為例，占遙控系統(tǒng)每年產(chǎn)量的 40%左右；特別是冶金、汽車制 造、造紙廠、物料倉(cāng)庫(kù)等新增行車幾乎全部配備工業(yè)無(wú)線遙控器； （ 2）汽車吊、隨車吊：通常，大型汽車吊遙控系統(tǒng)還配置了數(shù)據(jù)反饋裝置，反饋裝置可將運(yùn)行參數(shù)（如負(fù)荷、起重臂長(zhǎng)、負(fù)荷力矩、油溫，壓力，角度等）顯示在發(fā)射系統(tǒng)顯示屏上，操作人員可根據(jù)顯示數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)控吊車；