智能家居MCU与RF遥控器电路设计

只看该作者 · 2019-11-11 17:37

智能家居MCU与RF遥控器电路设计

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

原理分析
本文采用无线系列芯片结合MICROCHIP的PIC系列单片机开发出一系列的智能家居方案。无线芯片系列具有集成度高、外围元件少、功耗低、性能稳定可靠等特点，芯片内部集成了FSK无线收发必需的全部功能模块，包括多边带PLL合成器、PA、LNA、混频器、基带滤波器、中频放大器、信号强度指示RSSI、数据质量侦测DQD、电池电压侦测、AFC和微控制器等，同时 MICROCHIP的PIC系列芯片单片机具有低功耗、高稳定性、抗干扰性好等特点。

接口电路如下：

图1 无线灯光控制电路

图2 非隔离电源电路图

非隔离电源电路为MCU和无线模块提供工作电压，如图2所示，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一个IC当中，设计过程可得到极大地简化。电路路中所用元件数目很少，无需变压器，即可以利用设计速成部分，使用标准元件完成常用输出电压和电流的设计。

图3 无线模块连接电路

无线模块连接电路如图3所示，PHY只需使用5个I/O口即可工作，同时采用SPI兼容的控制接口作为数据通讯接口，我们测试板也正是使用这种方式与 PHY模块进行连接的。各个接口功能如下：SCK：SPI串口时钟输入；SDI：SPI串口数据输入；NSEL：SPI片选输入（低电平有效）；SDO：SPI串口数据输出；NIRQ：中断请求输出（低电平有效）；PHY模块用作数据。该模块具有体积小、功耗底等优点，非常适合用于无线设备上。

RF60无线模块遥控器
遥控器有许多不同的尺寸和形状，而且选择的无线技术也不尽相同。作为产品配件，其广泛用于消费类电子领域。
RF遥控器有其共有的特性，如图4结构简图所示。RF遥控器的基本组件包括：为用户提供输入命令的按键；把用户命令转换成数字信息的MCU；用于调制和发射消息的RF发射器；天线；为遥控器提供动力的电池。制造商在设计RF遥控器时所面临的共同挑战，是如何提供稳定的最大传输距离、确保更长的电池寿命和维持较低的系统成本。

图4：RF遥控器结构简图

最大化传输距离涉及使用尽可能大的功率，同时提供一个高灵敏度的接收器，因为总发射距离是发射器输出功率和接收器灵敏度共同作用的结果。从遥控器端来说，设计目标是构建符合法规限制的最大输出功率，这也意味着所有遥控器应具有相同的输出性能，因为它们都要符合相同法规限制。
RF60发射器是业界第一款单芯片（RF+MCU）遥控器IC，只需要一个外部旁路电容、一块PCB、电池和一块带按键的外壳，即可构成一个完整的遥控器。图5是RF60功率放大器和天线调谐电路的结构简图。

图5：RF60天线调谐框图

通过调整片上与天线自感产生共振的可变电容器，RF60可以最大化发射天线效率。这些自动的电容器调整通过补偿天线匹配电路的失谐使遥控器的发射功率最大化，并通过允许放宽PCB天线制造公差来降低设计成本。
本文介绍的智能化灯光控制电路设计，其中的无线芯片系列具有集成度高、外围元件少、功耗低、性能稳定可靠等特点，芯片内部集成了FSK无线收发必需的全部功能模块，可以通用到任何一个智能家居设计中，方便的应用于各种智能家居系统上。