一種無線射頻收發(fā)模塊的應(yīng)用

摘要：介紹了一種新型廉價的無線收發(fā)模塊。通過這種模塊可以實現(xiàn)無線通訊和無線控制等多種功能。首先詳細地介紹了發(fā)射模塊和接收模塊的性能參數(shù)；接著提出幾種使用方法；最后舉出一個應(yīng)用實例，系統(tǒng)地敘述了這種模塊的使用方法。

關(guān)鍵詞：編碼器 譯碼器 無線控制 模塊

　　隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的通訊產(chǎn)品大量涌現(xiàn)出來，尤其是無線通訊領(lǐng)域的新產(chǎn)品，更是琳瑯滿目。目前，天線通訊方式有無線電、紅外線、微波等多種方式，而且可供選擇的模塊也有很多種�？紤]到應(yīng)用環(huán)境和價格等因素，本文選擇其中廉價的發(fā)射模塊（F05）和接收模塊（J05C）進行介紹。它們價格便宜、傳輸距離較遠、可靠性高，特別適合于低成本的無線通訊設(shè)備使用。希望通過本文的介紹，能夠給致力于無線通訊和無線控制領(lǐng)域的工程師們帶來一些有益的幫助。

1 無線射頻收發(fā)模塊簡介

1．1 發(fā)射模塊F05

　　發(fā)射模塊F05原理如圖1所示。F05采用聲表諧振器穩(wěn)頻，SMT樹脂封裝，頻率一致性較好，免調(diào)試，特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；而一般LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，誤差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。F05具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性。當發(fā)射電壓為3V時，發(fā)射電流約為2mA，發(fā)射功率較�。�12V為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約為5～8mA，大于12V時直流功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。F05系列采用AM方式調(diào)制以降低功耗，數(shù)據(jù)信號停止發(fā)射時發(fā)射電流降為零，數(shù)據(jù)信號與F05之間采用電阻而不能采用電容耦合，否則F05將不能正常工作。數(shù)據(jù)信號電平應(yīng)接近F05的實際工作電壓以獲得較高的調(diào)制效果，F(xiàn)05對過寬的調(diào)制信號易出現(xiàn)調(diào)制效率下降、收發(fā)距離變近的現(xiàn)象。當脈沖高電平寬度在0.08～1ms時發(fā)射效果較好，大于1ms時效率開始下降；當脈沖低電平寬度大于10ms時，接收到的數(shù)據(jù)第一位極易被干擾（即零電平干擾）而引起不解碼。如采用CPU編譯碼，可在數(shù)據(jù)識別位前加一些亂碼以抑制零電平干擾；如采用通用編解碼器，可調(diào)整振蕩電阻使每組碼中間的低電平區(qū)小于10ms以抑制零電平干擾。F05輸入端平時應(yīng)處于低電平狀態(tài)，輸入的數(shù)據(jù)信號應(yīng)是正邏輯電平，幅度最高不應(yīng)超過F05的工作電壓。



　　F05天線長度可在0～250mm之間調(diào)節(jié)，也可無天線發(fā)射，但發(fā)射效率下降。F05C為改進型，體積更小，內(nèi)含隔離調(diào)制電路以消除輸入信號對射頻電路的影響，信號直接耦合，性能更加穩(wěn)定。F05應(yīng)垂直安裝在抑制板邊部，并應(yīng)離開周圍器件5mm以上，以免受分布參數(shù)影響而停振。F05發(fā)射距離與調(diào)制信號頻率及幅度、發(fā)射電壓及電流容量、發(fā)射天線、接收機靈敏度及收發(fā)環(huán)境有關(guān)。F05采用PT2262編碼器加240mm小拉桿天線發(fā)射時，在開闊區(qū)最大發(fā)射距離約250m，在障礙區(qū)相對要近，由于折射反射會形成一些死區(qū)及不穩(wěn)定區(qū)域，不同的收發(fā)環(huán)境會有不同的收發(fā)距離。如需要遠的可靠距離，可在F05的輸出端增加一級射頻功率放大器。

　　PT2262編碼器采用COMS工藝，與PT2272配套使用。它的編碼數(shù)據(jù)和地址以串行方式并且通過RF或IR調(diào)制方式發(fā)射。PT2262最多采用12條三態(tài)地址線，可以提供531441種地址編碼。因此，最大程度上避免了編碼的沖突

　　PT2262應(yīng)用電路如圖3上部所示。振蕩電阻取3.3MΩ效果較好，當17腳無信號輸出時，F(xiàn)05不工作，發(fā)射電流為零；當14腳（圖中省略）為低電平時，17腳輸出已設(shè)定的編碼脈沖對F05進行調(diào)制發(fā)射，通過測試F05工作電流可大致判斷F05是否處于正常發(fā)射狀態(tài)，加天線時空碼發(fā)射電流為6mA左右；調(diào)整R2可調(diào)整發(fā)射電流的大小，R2取值小可提高發(fā)射距離，但易引起過調(diào)制甚至停振。

1．2 接收模塊J05C

　　J05C由超外差電路結(jié)構(gòu)IC芯片和溫度補償電路構(gòu)成，具有較高的接收靈敏度及穩(wěn)定性，如圖2所示。芯片內(nèi)含低噪聲射頻放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、濾波器及限幅比較器，輸出為數(shù)據(jù)電平信號，可直接接至標準解碼器或CPU解碼器，適合與ASK方式的發(fā)射器配套使用，適用于各種遙控報警器及單片機短距離數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

　　J05C接收頻率分為315MHz及433.92MHz兩種，并具有較好的頻寬及溫度補償特性，可與一般精度的聲表諧振器穩(wěn)頻的發(fā)射機及LC發(fā)射機配套使用而不需要調(diào)整接收頻率，較寬的工作溫度范圍可適應(yīng)各種工作環(huán)境。J05C對電源要求不太苛刻，可以使用開關(guān)電源，并具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，2V時只消耗約2mA電流，3V消耗約2.5mA電流，但5V以下供電接收靈敏度要下降3～5dBm，5V供電可處于最佳接收靈敏度狀態(tài)。

　　J05C模塊具有休眠功能，當芯片9腳為高電平（VDD-3V以上）時，接收機可處于休眠狀態(tài)，此時耗電約25μA。通常芯片9腳已接為低電平（0.8V以下），處于正常接收狀態(tài)，若需休眠功能可自行改動。



　　J05C接收天線的長度為接收頻率的1/4波長，約22cm，阻抗約37Ω，為最佳匹配天線，但在實際應(yīng)用中會受到各種條件限制，具本需試驗確定。當信號較弱而干擾點又引起信號不穩(wěn)時，可將天線剪去5cm也許會有所改善。也可采用螺旋天線或?qū)⑻炀�直接做在PCB板上，甚至無天線接收，當然接收靈敏度要下降。匹配良好的收發(fā)天線能使收發(fā)模塊性能達到最佳狀態(tài)，而匹配不良的收發(fā)天線會使收發(fā)距離變得很近。

　　J05C最大數(shù)據(jù)傳輸速度為5kbps，調(diào)整內(nèi)部電容值可達到20kbps，但過高的數(shù)據(jù)速率會降低接收靈敏度及增大誤碼率。如用于一般遙控報警器，不必使用過高的速率，現(xiàn)在遙控報警器普遍使用性價比較好的PT2262編解碼及PT2272解碼器，振蕩電阻分別采用3.3MΩ和680kΩ即可有較好的收發(fā)距離（此電阻值必須精確）。如用于單片機收發(fā)系統(tǒng)，速率可取4.8kbps或2.4kbps，同時應(yīng)兼顧到收射效率。當數(shù)據(jù)中有連續(xù)幾個“1”且脈寬超過1ms時，會引起發(fā)射效率下降，而且太大的占空比及大低的頻率易引起過調(diào)制。高電平脈寬在0.1～1ms范圍內(nèi)，收發(fā)效果較好。不合適的數(shù)據(jù)速率同樣會影響到收發(fā)距離，甚至收不到信號。

　　J05C輸出端可直接與標準解碼器及單片機接收。J05C在未收到發(fā)射信號時可輸出隨機噪聲，幅度為VDD-0.3V值；當收到信號時，噪聲被抑制；當信號變?nèi)鯐r，出現(xiàn)噪聲干擾點，此時信號處于不穩(wěn)定區(qū)，若采用PT2272解碼器解碼仍可維持解碼，若采用單片機解碼則會因誤碼率增大而出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，此時可在數(shù)據(jù)位前加亂碼抑制零電平狀態(tài)干擾，最好工作在可靠區(qū)域以減小誤碼率。

2 無線射頻收發(fā)模塊使用方法和范圍

　　本文所介紹的無線通訊模塊可以用于多種場合，在此僅介紹三種。

2．1 用于通用串口（RS232）的無線數(shù)據(jù)傳輸

　　在工業(yè)控制現(xiàn)場，通常有很多控制儀器和設(shè)備采用串口（RS232），而與這些設(shè)備通訊必須滿足串口（RS232）的要求。一方面在傳輸速率（通常采用9.6kbps）上必須符合RS232的要求；另一方面在電氣特性上也必須符合RS232的要求。在某些特殊場合，必須使用無線傳輸方式時，可以很自然地選擇本文所提到的發(fā)射和接收模塊。但在此必須說明的是，要采用此種通訊方式，必須先在發(fā)射端和接收端分別編制相應(yīng)的軟件實現(xiàn)文件格式的轉(zhuǎn)換，才能達到無線通訊的目的。如果通訊系統(tǒng)是全雙工的，則可以采用兩對射和接收模塊（采用不同的編碼地址）同時工作來實現(xiàn)。

2．2 用于無線多通道（并行）控制

　　某些場合需要多通道（并行）控制，如復(fù)雜的遙控機器人等，可以采用本文所提到的發(fā)射和接收模塊來實現(xiàn)。一種方法是用接收模塊直接和解碼器相連，然后再和繼電器等電子元器件相連，驅(qū)動后續(xù)的被控對象；另一種方法是用接收模塊和單片機相連，經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理后，再用單片機連接繼電器等電子元器件，驅(qū)動后續(xù)的被控對象。通常一對發(fā)射和接收模塊最多可以實現(xiàn)六路并行的無線控制，如果要求的通道數(shù)大于六路，可以采用多對發(fā)射和接收模塊（采用不同的編碼地址）同時工作來滿足實際的需要。



　　2．3 用于組建星型拓撲結(jié)構(gòu)的無線通訊網(wǎng)絡(luò)

　　在某些特殊場合需要無線通訊，并且必須是多點的星型拓撲結(jié)構(gòu)，此時也可以采用本文所提到的發(fā)射和接收模塊來實現(xiàn)。一方面這種發(fā)射和接收模塊的價格低廉，構(gòu)成星型拓撲結(jié)構(gòu)的費用相對較低；另一方面這種發(fā)射和接收模塊可采用模塊化設(shè)計，體積小、使用方便、易于集成。對于通訊速度要求不太高、距離較近的無線網(wǎng)絡(luò)來說，這種發(fā)射和接收模塊十分實用。

3 應(yīng)用實例

　　通過使用本文所介紹的發(fā)射模塊和接收模塊，作者完成了一套簡單、可靠的多路多無線遙控電路，如圖3所示。在這套電路里，通過控制總線設(shè)定電路中的小鍵盤，可以同時控制多個電燈的開關(guān)。

　　作者使用這種無線通訊模塊，實現(xiàn)了對家里的六個不同電燈的獨立控制。由于現(xiàn)在的家居設(shè)計對于很多電器的連線都采用綜合布線的方法，這樣就給各種家用電器的集中控制帶來了可能。作者設(shè)計了前面提到的第二種使用方法，共用了六個并行通道。用接收模塊直接和解碼器相連，然后解碼器再和單片機相連，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理（可以實現(xiàn)六通道的再譯碼，最多可以達到六個四路控制），控制繼電器等電子元器件，從而控制各個電燈的開關(guān)，最終實現(xiàn)了六路非同步控制的要求，并取得了良好的控制效果。