无线遥控器的IR应用解决方案

遥控器中数十年前的红外（IR）技术可能即将结束，因为遥控器变得更加智能，需要双向通信。使用蓝牙，ZigBee和更简单的方法（如频移键控（FSK），幅移键控（ASK）或开关键控（OOK））的各种RF方法允许遥控器提供IR无法提供的功能和功能。表1提供了各种无线RF方法的简单比较。

参数蓝牙ZigBee ASK/OOK-通用ISM频率2.4 GHz 2.4 GHz 315 MHz - 2.4 GHz数据传输速率800 kbits/s 200 kbits/s 2 Mbits/s电池寿命低高高相对成本中等中低行业标准是是否

表1：蓝牙，ZigBee和ASK/OOK功能的比较。

传统红外手持式遥控器有两个主要限制 - 首先，它们需要与主机接收器（电视，机顶盒等）的视线间隙;第二，它们是单向的 - 控制是“仅发送”，它们控制的主机不能向遥控器发送任何反馈。然而，在一些高端娱乐系统上使用的一些遥控系统具有支持双向通信的光发射器和接收器，但是控制仍然受到第一个限制 - 它们需要清晰的视线路径来发送和接收控制和数据。

最新的低功耗RF解决方案使设计人员能够经济高效地构建智能遥控器，不再需要视线间隙来控制电视或其他设备，还可以从设备接收反馈或实时消息。典型的高端遥控器包括用于键盘/触摸屏管理的微控制器，RF发射器和接收器（或收发器），显示器和一些电源管理，以最大限度地延长电池寿命（图1）。为了确保一个RF遥控器不会干扰附近房间中的另一个单元，控制器还应允许用户选择十几个或更多通信频道频率中的一个，以便多个遥控器可以共存而无需控制其他单元的电视或设置 - 顶盒。

图1：典型的基于RF的无线遥控器的方框图。

基于ASK/OOK协议的简单RF遥控器已经应用于车库门开启器，远程无钥匙进入系统以及其他不需要传输大量数据的应用程序（通常只需“握手”即可验证传输，然后打开或关闭信号）。在一些工业，科学和医疗应用中，载波频率可以变化很大，从几兆赫兹或两个上升到433兆赫。在ASK系统中，接收部分可以分成三个基本块 - 一个输入带通滤波器，用于将载波频率与输入频谱分开，一个包络检测器提取所需信息，一个比较器，用于转换提取的信息。成数字形式（图2）。

图2：基于Maxim MAX9933的简单ASK接收器。

在此接收器中，MAX9933用作RF功率检测器，而MAX9030用作比较器。电路接收的RF信号交流耦合到MAX9933的输入，而输入RF电压的对数传输功能使电路对非常小的信号非常敏感。这允许ASK接收器容易地区分非常低的1级和0级信号。单个电容CCLPF决定了检测器的响应带宽。采用10 MHz载波和40 kbit/s数据速率，CCLPF电容为150 pF，MAX9030比较器的R-C滤波器由100kΩ电阻和0.22μF电容组成。

在发送方面，OOK发送器实现起来非常简单 - 设计人员只需将载波信号发送到功率放大器以发送“1”或发送任何内容以发送“0”。此开关信号可以通过MAX1472等芯片处理，该芯片使用输入数字数据流来调制基于晶体的PLL振荡器的输出。 ASK发送器基本上是一个“坏”OOK发送器，因为ASK接收器可以捕获OOK信号。

简单的OOK/ASK电路使收发器和接收器解决方案的实施成本非常低廉。但是，没有可以围绕其设计系统的通信标准，因此每个系统供应商基本上设置它们自己的频率和数据接口。因此，每个系统解决方案都是“唯一的”，导致设计用于一个系统的控制不能与来自另一个系统的控制交换。

在过去几年中，随着音量使用的增加，实施基于蓝牙或ZigBee的无线解决方案甚至基于Z-Wave无线接口的无线控制的成本已经降低。在移动电话系统，平板电脑和计算机中广泛使用蓝牙接口，以及最近发布的蓝牙低功耗标准使蓝牙成为远程控制应用的主要候选者。此外，使用标准接口允许设计人员实现可以轻松链接到系统的“通用”通用控件。

对于不想设计自己的蓝牙子系统的设计人员，STMicroelectronics的SPBT2532系列模块可在您的设备和任何其他蓝牙设备之间提供无线网桥（图3）。微型蓝色模块具有不同类型的接口（快速UART，SPI，I²C），所有接口均采用10 x 13 mm外形封装。 SPBT2532系列包括4个通用I/O线，多个串行接口选项，4个12位模数转换输入和高达2 Mbit/s的数据吞吐量。

图3：意法半导体提供的集成蓝牙子系统。

回头参考图1，蓝色模块可以替换图表右侧的RF模块，并通过SPI端口链接到主机微控制器。当然，STMicroelectronics模块只是众多蓝牙选项中的一种 - 许多公司提供高度集成的单芯片蓝牙解决方案或超小尺寸模块。明年，基于新蓝牙低功耗标准的蓝牙解决方案将上市。这种芯片将进一步降低待机功率，从而延长电池寿命。

ZigBee收发器可以很容易地用于实现无线接口。其中一个解决方案是Ember EM260 RF收发器，芯片上的ZigBee系统（图4）。 EM260是一款网络协处理器芯片，专为低功耗，低成本的ZigBee网状网络标准而设计。它旨在为设计人员提供选择自己的微控制器以运行其应用程序的灵活性，同时与EM260连接以提供所有ZigBee功能。外部微控制器的尺寸可以精确适合应用，从最小，最具成本效益的8位控制器，到网关等应用的高端32位控制器。 EM260集成了IEEE 802.15.4 2.4-GHz免许可频谱ZigBee无线电，以及基带，网络微控制器和板载内存，以运行从PHY层到网络层的协议栈。它包括内置的强大调试模式，包括网络范围的调试支持，可以快速将设计人员从设计阶段转变为生产阶段。

图4：Ember公司提供的EM260 ZigBee子系统只需要几个无源组件即可运行。

EM260可处理所有处理和时序密集型任务，例如AES-128加密，中继数据包以及处理所有方面的问题。 ZigBee协议，让主机微控制器可以自由实现即使是最关键的时序应用。使用设计人员已经使用的工具在选择的微控制器上运行应用程序的能力可以实现快速的应用程序开发。这也消除了将应用程序移植到其他微控制器的需要，从而减少了产品部署的障碍。

另一种无线选项，基于Sigma Designs Inc.的Z-Wave无线接口，也允许设计人员组装低成本的智能遥控器（图5）。 Z-Wave解决方案可作为分立芯片或完整的子系统模块使用，占位面积小于2 cm2，掉电/睡眠模式电流仅为2.5μA。基于Z-Wave的微型收发器模块（如ZM3102N或ZM4102）包含多个接口，允许模块通过SPI或UART端口连接到主机微控制器。

图5：Sigma Designs提供小于2平方厘米的完整Z-Wave无线模块。

正如我们所讨论的，低功耗RF解决方案现在，设计人员可以经济高效地构建智能遥控器，与IR解决方案不同，它不再需要视线间隙来控制电视或其他设备，还可以从设备接收反馈或实时消息。