無(wú)線遙控器的IR應(yīng)用解決方案

遙控器中數(shù)十年前的紅外（IR）技術(shù)可能即將結(jié)束，因?yàn)檫b控器變得更加智能，需要雙向通信。使用藍(lán)牙，ZigBee和更簡(jiǎn)單的方法（如頻移鍵控（FSK），幅移鍵控（ASK）或開關(guān)鍵控（OOK））的各種RF方法允許遙控器提供IR無(wú)法提供的功能和功能。表1提供了各種無(wú)線RF方法的簡(jiǎn)單比較。

參數(shù)藍(lán)牙ZigBee ASK/OOK-通用ISM頻率2.4 GHz 2.4 GHz 315 MHz - 2.4 GHz數(shù)據(jù)傳輸速率800 kbits/s 200 kbits/s 2 Mbits/s電池壽命低高高相對(duì)成本中等中低行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是是否

表1：藍(lán)牙，ZigBee和ASK/OOK功能的比較。

傳統(tǒng)紅外手持式遙控器有兩個(gè)主要限制 - 首先，它們需要與主機(jī)接收器（電視，機(jī)頂盒等）的視線間隙;第二，它們是單向的 - 控制是“僅發(fā)送”，它們控制的主機(jī)不能向遙控器發(fā)送任何反饋。然而，在一些高端娛樂(lè)系統(tǒng)上使用的一些遙控系統(tǒng)具有支持雙向通信的光發(fā)射器和接收器，但是控制仍然受到第一個(gè)限制 - 它們需要清晰的視線路徑來(lái)發(fā)送和接收控制和數(shù)據(jù)。

最新的低功耗RF解決方案使設(shè)計(jì)人員能夠經(jīng)濟(jì)高效地構(gòu)建智能遙控器，不再需要視線間隙來(lái)控制電視或其他設(shè)備，還可以從設(shè)備接收反饋或?qū)崟r(shí)消息。典型的高端遙控器包括用于鍵盤/觸摸屏管理的微控制器，RF發(fā)射器和接收器（或收發(fā)器），顯示器和一些電源管理，以最大限度地延長(zhǎng)電池壽命（圖1）。為了確保一個(gè)RF遙控器不會(huì)干擾附近房間中的另一個(gè)單元，控制器還應(yīng)允許用戶選擇十幾個(gè)或更多通信頻道頻率中的一個(gè)，以便多個(gè)遙控器可以共存而無(wú)需控制其他單元的電視或設(shè)置 - 頂盒。

圖1：典型的基于RF的無(wú)線遙控器的方框圖。

基于ASK/OOK協(xié)議的簡(jiǎn)單RF遙控器已經(jīng)應(yīng)用于車庫(kù)門開啟器，遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)以及其他不需要傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序（通常只需“握手”即可驗(yàn)證傳輸，然后打開或關(guān)閉信號(hào)）。在一些工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用中，載波頻率可以變化很大，從幾兆赫茲或兩個(gè)上升到433兆赫。在ASK系統(tǒng)中，接收部分可以分成三個(gè)基本塊 - 一個(gè)輸入帶通濾波器，用于將載波頻率與輸入頻譜分開，一個(gè)包絡(luò)檢測(cè)器提取所需信息，一個(gè)比較器，用于轉(zhuǎn)換提取的信息。成數(shù)字形式（圖2）。

圖2：基于Maxim MAX9933的簡(jiǎn)單ASK接收器。

在此接收器中，MAX9933用作RF功率檢測(cè)器，而MAX9030用作比較器。電路接收的RF信號(hào)交流耦合到MAX9933的輸入，而輸入RF電壓的對(duì)數(shù)傳輸功能使電路對(duì)非常小的信號(hào)非常敏感。這允許ASK接收器容易地區(qū)分非常低的1級(jí)和0級(jí)信號(hào)。單個(gè)電容CCLPF決定了檢測(cè)器的響應(yīng)帶寬。采用10 MHz載波和40 kbit/s數(shù)據(jù)速率，CCLPF電容為150 pF，MAX9030比較器的R-C濾波器由100kΩ電阻和0.22μF電容組成。

在發(fā)送方面，OOK發(fā)送器實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單 - 設(shè)計(jì)人員只需將載波信號(hào)發(fā)送到功率放大器以發(fā)送“1”或發(fā)送任何內(nèi)容以發(fā)送“0”。此開關(guān)信號(hào)可以通過(guò)MAX1472等芯片處理，該芯片使用輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流來(lái)調(diào)制基于晶體的PLL振蕩器的輸出。 ASK發(fā)送器基本上是一個(gè)“壞”O(jiān)OK發(fā)送器，因?yàn)锳SK接收器可以捕獲OOK信號(hào)。

簡(jiǎn)單的OOK/ASK電路使收發(fā)器和接收器解決方案的實(shí)施成本非常低廉。但是，沒(méi)有可以圍繞其設(shè)計(jì)系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，因此每個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)商基本上設(shè)置它們自己的頻率和數(shù)據(jù)接口。因此，每個(gè)系統(tǒng)解決方案都是“唯一的”，導(dǎo)致設(shè)計(jì)用于一個(gè)系統(tǒng)的控制不能與來(lái)自另一個(gè)系統(tǒng)的控制交換。

在過(guò)去幾年中，隨著音量使用的增加，實(shí)施基于藍(lán)牙或ZigBee的無(wú)線解決方案甚至基于Z-Wave無(wú)線接口的無(wú)線控制的成本已經(jīng)降低。在移動(dòng)電話系統(tǒng)，平板電腦和計(jì)算機(jī)中廣泛使用藍(lán)牙接口，以及最近發(fā)布的藍(lán)牙低功耗標(biāo)準(zhǔn)使藍(lán)牙成為遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的主要候選者。此外，使用標(biāo)準(zhǔn)接口允許設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)可以輕松鏈接到系統(tǒng)的“通用”通用控件。

對(duì)于不想設(shè)計(jì)自己的藍(lán)牙子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，STMicroelectronics的SPBT2532系列模塊可在您的設(shè)備和任何其他藍(lán)牙設(shè)備之間提供無(wú)線網(wǎng)橋（圖3）。微型藍(lán)色模塊具有不同類型的接口（快速UART，SPI，I2C），所有接口均采用10 x 13 mm外形封裝。 SPBT2532系列包括4個(gè)通用I/O線，多個(gè)串行接口選項(xiàng)，4個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入和高達(dá)2 Mbit/s的數(shù)據(jù)吞吐量。

圖3：意法半導(dǎo)體提供的集成藍(lán)牙子系統(tǒng)。

回頭參考圖1，藍(lán)色模塊可以替換圖表右側(cè)的RF模塊，并通過(guò)SPI端口鏈接到主機(jī)微控制器。當(dāng)然，STMicroelectronics模塊只是眾多藍(lán)牙選項(xiàng)中的一種 - 許多公司提供高度集成的單芯片藍(lán)牙解決方案或超小尺寸模塊。明年，基于新藍(lán)牙低功耗標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙解決方案將上市。這種芯片將進(jìn)一步降低待機(jī)功率，從而延長(zhǎng)電池壽命。

ZigBee收發(fā)器可以很容易地用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線接口。其中一個(gè)解決方案是Ember EM260 RF收發(fā)器，芯片上的ZigBee系統(tǒng)（圖4）。 EM260是一款網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器芯片，專為低功耗，低成本的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)。它旨在為設(shè)計(jì)人員提供選擇自己的微控制器以運(yùn)行其應(yīng)用程序的靈活性，同時(shí)與EM260連接以提供所有ZigBee功能。外部微控制器的尺寸可以精確適合應(yīng)用，從最小，最具成本效益的8位控制器，到網(wǎng)關(guān)等應(yīng)用的高端32位控制器。 EM260集成了IEEE 802.15.4 2.4-GHz免許可頻譜ZigBee無(wú)線電，以及基帶，網(wǎng)絡(luò)微控制器和板載內(nèi)存，以運(yùn)行從PHY層到網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議棧。它包括內(nèi)置的強(qiáng)大調(diào)試模式，包括網(wǎng)絡(luò)范圍的調(diào)試支持，可以快速將設(shè)計(jì)人員從設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)階段。

圖4：Ember公司提供的EM260 ZigBee子系統(tǒng)只需要幾個(gè)無(wú)源組件即可運(yùn)行。

EM260可處理所有處理和時(shí)序密集型任務(wù)，例如AES-128加密，中繼數(shù)據(jù)包以及處理所有方面的問(wèn)題。 ZigBee協(xié)議，讓主機(jī)微控制器可以自由實(shí)現(xiàn)即使是最關(guān)鍵的時(shí)序應(yīng)用。使用設(shè)計(jì)人員已經(jīng)使用的工具在選擇的微控制器上運(yùn)行應(yīng)用程序的能力可以實(shí)現(xiàn)快速的應(yīng)用程序開發(fā)。這也消除了將應(yīng)用程序移植到其他微控制器的需要，從而減少了產(chǎn)品部署的障礙。

另一種無(wú)線選項(xiàng)，基于Sigma Designs Inc.的Z-Wave無(wú)線接口，也允許設(shè)計(jì)人員組裝低成本的智能遙控器（圖5）。 Z-Wave解決方案可作為分立芯片或完整的子系統(tǒng)模塊使用，占位面積小于2 cm2，掉電/睡眠模式電流僅為2.5μA?；赯-Wave的微型收發(fā)器模塊（如ZM3102N或ZM4102）包含多個(gè)接口，允許模塊通過(guò)SPI或UART端口連接到主機(jī)微控制器。

圖5：Sigma Designs提供小于2平方厘米的完整Z-Wave無(wú)線模塊。

正如我們所討論的，低功耗RF解決方案現(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員可以經(jīng)濟(jì)高效地構(gòu)建智能遙控器，與IR解決方案不同，它不再需要視線間隙來(lái)控制電視或其他設(shè)備，還可以從設(shè)備接收反饋或?qū)崟r(shí)消息。