无线多媒体教鞭设计

摘要：针对教学的电子化，提高教学质量，设计适应教学发展的无线多媒体教鞭。硬件部分设计发射端的遥控按键信号编码电路，接收端的解码电路、无线射频接收电路，单片机通过USB接口设备和PC机间互通数据并执行相应动作。软件部分，给出了单片机主程序流程。该设计具有数据传输可靠、体积小、功耗低等优点，有很好的发展前景。
关键词：无线教鞭；无线收发；PT4450；PT4316

    无线教鞭系统由无线发送设备和无线接收设备两大部分组成。工作频段为315 MHz无线射频，因此发射不存在角度问题，全方位发射，接收端都可以接收到遥控信号，完全解决了红外遥控的方向性问题，通信距离空旷地带实测100 m，那么在教室里面应用没有任何问题。发送端采用12 V专用遥控电池供电，电力强劲，持久耐用，发送天线为小拉杆天线外引，外观设计优美，落落大方。接收端采用USB接口电源供电，接收天线印制，灵敏度高，只要接收设备插上PC机USB接口，电脑主动识别设备，无需装驱动，即可实现无线通信，符合即插即用的要求。

1 系统功能框图
    无线发送设备和无线接收设备是无线教鞭的两大组成部分。其中，无线发送设备由编码电路和发送电路组成；无线接收设备由接收电路、解码电路以及USB设备电路组成。图1是系统的功能框图。

2 系统硬件电路设计
2．1 编解码电路
    编码解码电路的功能有两个：一是使编码芯片的数据引脚上的数据连同地址码和同步码传送到解码端，解码芯片对应的数据引脚出现同样的电平；二是为了防止解码芯片接收到数据后，如果发现其的地址码与自己的不一样，则丢弃数据不予解码，当多个收发设备同时工作时，就可以避免相互干扰。
    编码解码芯片的厂商很多，在此中选用PT2260／2272，其是Princeton Technology Corp．生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位通用编解码电路，PT2262／2272最多可有12位(A0～A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供531 441(即312)个地址码，PT2262最多可有6位(DO～D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码以及同步码从17脚串行输出，广泛应用于无线遥控发射电路，车辆防盗系统，家庭防盗系统，遥控玩具以及其他电器遥控。对其工作原理就不在详细说明。
2．2 发射电路
    该设计中的发射电路采用射频发射芯片PT4450来完成编码信号的调制并发射出去。采用ASK调制，稳频措施采用声表面波谐振器(SAW)取代LC组成的谐振网络。在高频无线电遥控电路中，一般选用中心频率为315 MHz或433 MHz的声表面波谐振器，SAW的优点有：
    (1)谐振频率准确，生产中不需要调试震荡频率，生产工艺简单，生产效率高；
    (2)SAW谐振器Q值高，振荡不受杂散磁场的影响，杂波、谐波分量小，图像清晰、层次丰富、色彩鲜艳，图像质量达到主观评价与相当水平；
    (3)频率准确度及稳定性好，批量产品一致性好。
    由上面介绍可知，编码电路将遥控信号连同地址码同步码输出给射频发射电路，在高电平期间315 MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号；在低电平期间315 MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的第17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100％的调幅。
    PT4450是基于声表面波谐振器，ASK调制的射频发射IC，广泛应用在无线遥控，无线进出系统，报警系统，汽车门遥控系统以及无线传感系统。具有集成度高，工作电压低(2．6～3．6 V)，频率范围宽(250～500 MHz)，外围器件少，成本低且引脚简洁等优秀特点。发射端电路由RC振荡器和多阶逐减计数器组成。由编码电路过来的信号经由DIN脚输入．当DIN脚为高电平时触发电路，单触发电路打开功率放大器和SAW振荡器，高频振荡信号输出给功率放大器，从第3脚输出，经天线匹配网络。由天线发射出去。当DIN脚从高转为低时，功率放大器关闭，但是SAW谐振器保持振荡．同时，计数器加载预置值，RC振荡器启动振荡递减计数器的值至零，当计数器值递减到零时，将产生一个脉冲关闭RC振荡器和SAW振荡器。从最后数据的下降边沿到停止振荡，这个过程的延迟时间大约是50 ms。
    第1，6脚之间接的是声表面波谐振器，取代传统的LC振荡网络。具有很高的频率稳定性。图2为发射端电路原理图。

2．3 接收电路
    本设计中的接收电路采用射频接收放大处理于一体的芯片PT4316。发射电路将遥控信号通过ASK调制，通过无线电波短距离发射出来后，接收电路将其通过放大，混频，中放，以及ASK解调，还原成编码后的信号，然后送到由2272组成的解码电路解码，恢复出发送端的遥控信号，最后送给单片机，使之执行相应的动作。
    PT4316是一款工作在甚高频低功耗超外差式无线接收芯片．常用于解调315 MHz或者433 MHz的ASK调制遥控信号。它内部集成低拟基带数据恢复电路。当射频输入信号大于-60 dBm，  PT4316应用独立的一阶自动增益控制电路降低低噪声放大器的增益达20 dB。
    PT4316超外差式接收机提供了从天线输入射频信号到数字信号输出完整的接收链路。适当的信号功率和外围元件的选择可以使得数据速率达到50 Kb／s。
    由PT4316芯片以及外围电路组成的解调电路解调出ASK调制的编码遥控信号，输出给解码电路，由解码电路解出相应的遥控信号，送给单片机执行相应动作。图3为接收电路图。

3 系统软件设计
    前面讲述了无线教鞭系统硬件设计全过程，并给出各个部分的电路图。在该设计中选用CH372作为组成USB口设备的主要芯片。无线教鞭系统中，无线发送和接收部分没有涉及到软件，单片机和CH372芯片组成的USB口设备电路就需要单片机I／O口模拟出相应的时序操作CH372芯片。
    主机通过识别描述符从而认识设备，认识设备数据通信格式，从而才能正常进行数据传送和接收。由于CH372的INT#引脚与单片机的INT0脚连接，所以对应程序是用在中断子程序中。 PageUp和PageDown为无线教鞭键盘上的上／下翻两个键。首先当然要初始化CH372，包括HID(人机接口)设备描述符，配置描述符的枚举，然后单片机和PC机之间才能进行数据上传和下传。
    单片机本地端主程序流程图，如图4所示。

4 结 语
    无线教鞭在日常的教学中的使用越来越有必要，尤其频繁地用于幻灯片的播放。无线教鞭在多媒体的教学中会首先普及，渐渐的也会普及到会议、演讲的场合。该设计具有数据传输可靠、体积小、功耗低等优点，使用方便，有很好的发展前景。