基于Si1000多路無線遙控開關的設計

高承志，馬建倉

（西北工業大學 電子信息學院，陜西 西安 710129）

家庭照明系統與人民的生活密切相關，大部分家庭依然采用普通開關，開關只能控制一組燈具，且現有的無線遙控開關使用壽命比較短，一般2～3年。設計一種新的無線遙控開關，可以實現對照明系統進行控制，同時有效提高使用壽命便于人們放心安全使用是非常有必要的。文中以日常電燈的無線控制為研究對象，采用Silicon Laboratories研制的Si1000[1]無線收發芯片，設計一種可靠性高、節電便捷的無線遙控開關。Si1000其內部集成C8051f9xx低功耗單片機以及Si4432射頻模塊，利用此芯片設計了頻率為433.92 MHz的無線電燈遙控開關，結構簡單，性能穩定，以實現電燈多路控制的功能，亦可應用于其他應用場合。

1 無線遙控開關工作原理

無線遙控多路開關由手持遙控器和接收控制實現單元組成，系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖Fig.1 Block diagram of system

無線遙控多路開關工作原理如下：首先通過按鍵電路輸入對應功能按鍵信號，內部單片機對所輸入按鍵信號進行信息編碼，同時加入地址編碼信息，這樣就形成帶有地址編碼信息和相應的電燈開關控制狀態信息的編碼脈沖信號，然后進行調制，調制后的信號再經過放大和調諧處理后由射頻發射電路發射出去；無線電接收電路接收到手持遙控器發射出來的載波調制信號對其進行解調，對其地址碼進行驗證確認，如果遙控地址碼相匹配，則對編碼脈沖信號進行解碼得到數據，由Si1000內部的單片機對開關電路進行控制，由管腳輸出相應的高低電平控制電路，從而實現無線電燈控制。否則，不進行解碼，單片機控制電路無反應[2-3]。

2 系統設計

2.1 芯片介紹

Silicon Labs公司推出的Si1000[1]芯片系列，集成了超低功耗C8051f9xx單片機及無線射頻模塊，當處理器進行數據的有關操作時，可以提供非常低的工作電流，從而降低功耗，Si1000低功耗的特性使得其工作電壓為0.9～3.6 V，完全可以用電池進行供電。Si1000[1]系列無線微控制器內部集成了25 MHz的8051內核、EZRadioPRO系列略低于1 GHz的RF收發器件、最大64 kB的Flash以及最高12 bit分辨率的ADC。同時Si1000內部的FLASH存儲器具再在編程能力，便于用戶進一步開發使用，采用C2接口進行軟硬件的聯合調試，方便快捷。

2.2 硬件電路設計

如圖2所示為無線遙控發射單元電路原理圖。整個電路以Si1000[1]為核心，無線遙控器可劃分為供電單元、信號處理單元、編程單元和天線。手持遙控器采用電池供電，無線遙控發射單元的主要功能是在Si1000內部MCU的控制下采集按鍵電路的狀態信息，對狀態信息進行編碼，同時內部模塊再按照相應的數據包格式加入相應前導碼、同步字、數據長度和校驗位，然后進行FSK調制，調制后信號經放大調諧，由發射天線發射出去。

圖2 無線遙控發射單元Fig.2 Wireless remote transmission unit

如圖3所示為無線遙控接收單元電路原理圖。無線遙控接收單元可劃分為供電單元、無線接收單元、信號處理單元、編程單元和控制實現單元。接收單路供電單元采用變壓器穩壓芯片組成，Si1000供電電壓為1.8～3.6 V，無線接收單元采用匹配濾波網絡，接收433.92 MHz的諧波，并將接收到的信號送入單片機進行處理；信號處理和編程單元以Si1000內置單片機進行處理，Si1000內部集成的C8051f9xx低功耗單片機，通過軟件設置對接收單元送來的信號進行解調，核對地址碼信息是否匹配，如匹配則進行譯碼，由單片機對所得信息進行處理，由端口輸出對控制單元發送信號，從而最終實現無線控制；否則電路無響應[4-5]。

圖3 無線遙控接收單元Fig.3 Wireless remote control receiving unit

2.3 軟件設計

系統的軟件采用模塊化設計，功能模塊主要包括：芯片參數初始模塊，無線發射模塊，無線接收模塊等。系統采用C2接口編程，Si1000的 C2DATA、C2CLK端口、VCC和 GND與JTAG接口的4個端口相連。

無線收發模塊之間的通信是以數據包的形式進行的，本無線遙控系統采用的數據包格式如表1所示。一個數據包由前導碼、同步字、數據長度、數據和校驗位等組成。前導碼用于將發射和接收單元進行很好的同步，即找到一幀數據的起始位置，由幾組10101010組成的，共有8n位，n的大小由用戶編程決定；同步字是為了更好的進行同步以便找到幀頭，同步模式的標志碼就是設定好的同步字。數據攜帶的是按鍵信息，即每個按鍵的編碼。最后是校驗位，用于對幀數據進行檢驗來檢測數據的正確，在實際應用中可根據實際情況進行取舍。無線發射模塊采用這樣的數據包將數據發送出去。

表1 數據包格式的定義Tab.1 Definition of the packet format

Si1000內部含有C8051FXX和射頻模塊，故其內部可以完成信號調制、信號解調、數據編碼和數據解碼等，硬件自動添加前導碼、同步字、數據長度和數據校驗位。上電后程序完成Si1000的參數初始化以及SPI接口和射頻的初始化后，配置寄存器寫入相應的初始化RF控制字，系統初始化及參數配置完畢之后，檢測引腳nIRQ的電平，若為低電平則表示系統轉變為接收模式并已經檢測到數據包，通過寄存器4BH讀取數據包長度信息，打開“有效包中斷”和“數據包中斷”，禁止將其他的中斷，系統接收數據并處理[6]。

本無線電控制系統設置同步模式的標志碼為0x2DD4，接收模塊一旦檢測到這個同步字就進行同步接收數據。等待中斷產生，nIRQ引腳變為低電平，接收數據包，同時讀取中斷標志位復位nIRQ引腳，使nIRQ引腳變為高電平狀態以準備下一次中斷觸發的檢測；通過接收到的數據，首先確認地址信息，若匹配則對其進行譯碼，從碼字判斷電燈控制狀態，再由Si1000內置單片機進行相應處理并輸出對應控制信號，從而實現控制功能，否則電路無反應。

3 結束語

文中根據現在存在的問題及設計要求，采用Si1000這一集成芯片，設計了一套無線通信控制系統，具有方便、快捷、低功耗和使用壽命長等優點，并進行了軟硬件調試，在有限的條件下，證明了設計的可行性，同時文中僅以日常照明控制為例，但是此系列芯片未來可以在工業生產、門禁系統、智能家居等方面進一步推廣應用。

[1]Silicon Labs.Si1000 Wireless MCUs Datasheet[EB/OL].（2010-03-21）http://www.silabs.com/products/wireless/wirelessmcu/Pages/Si1000.aspx.

[2]周慶華，陳龍，張海鵬.無線電遙控多路開關系統的設計[J].測控技術，2003（11）:30-32.ZHOU Qing-hua，CHEN Long，ZHANG Hai-peng.Design of a wireless remote control multiplex switch system[J].Measurement and Control Technology，2003（11）:30-32.

[3]李曉輝，任艷君.四路無線遙控開關系統的設計與實現[J].現代電子技術，2007（12）：66-68.LI Xiao-hui，REN Yan-jun.Design and realization of four channels switch system on wireless remote control[J].Modern Electronics Technique，2007（12）:66-68.

[4]包海濤.嵌入式SoC系統開發與工程實例[M].北京:北京航空航天大學出版社，2009.

[5]童長飛.C8051f系列單片機開發與C語言編程[M].北京:北京航空航天大學出版社，2005.

[6]單海東，盧東貴.基于Si1000無線微控制器的無線射頻測溫系統的設計[J].電氣時代，2010（8）:120-122.SHAN Hai-dong，LU Dong-gui.Radio frequency temperature measurement system design of wireless micro controller based on Si1000[J].Electric Age，2010（8）:120-122.