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低成本、低功耗、小体积 433MHz 数字量无线控制器

  • 2021 年 12 月 27 日
  • 本文字数:1675 字

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低成本、低功耗、小体积433MHz数字量无线控制器

1、项目背景

当项目需要近距离无线通信,控制传输数字量信号时,若使用蓝牙、WiFi 模块,成本高昂,且需要 AT 指令配置比较繁琐,若使用红外传感器,通信距离短,且容易受到角度影响,无法穿墙。



本篇博文将分享一种有意思的解决方案:基于 433MHz 通信频率制作的无线开关模组,该方案包括:发射器和接收器两部分,传输数字量信号,具有操作简单、扩展性高、穿透性强、待机功耗低等优势。

可应用于:

  • 无线门铃

  • 无线遥控器

  • 部署为传感器信号采集节点

  • 有线按钮升级无线按钮

演示效果如下所示:

https://www.zhihu.com/zvideo/1458614168538116096

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2、方案特点

433MHz 数字量无线控制器具有以下特点:

  • 工作电压:3.3~5.0V DC

  • 稳定传输距离:室内 15M

  • 发射器发射电流:10mA@5V

  • 发射器待机电流:<10uA@5V

  • 接收器发射电流:6mA@5V

  • 接收器待机电流:3mA@5V

  • 输入信号:数字量

  • 接口数量:4

  • 工作频段:433MHz

传输距离:

  • 室内不隔墙:15 米

  • 室内隔 1 面墙:14~15 米

  • 室内隔 2 面墙:13~14 米

3、实现方法

3.1、无线发射器

无线发射器有两种供电方式和控制方式:可以使用 3.7V 锂电池进行供电,通过按钮控制接收器开关,也使用 MCU 供电(5V/3.3V),通过 MCU 内部逻辑,控制数字 I/O 状态,实现无线开关。

无线发射器基于 WF306TBM 芯片,采用 EV1527 编码格式,四位键值码可以组合成 15 种不同的状态。可通过按钮和无线接收器进行配对或者控制无线接收器开关状态。设计原理图如下所示:

电源部分支持 MCU 供电和 3.7V 锂电池供电,具有防反接功能,设计原理图如下所示:

3.2、无线接收器

无线接收器具有配对功能,以保证只有配对的发射设备才能控制接收器。接收器支持:点动、锁存、自锁、互锁四种工作模式,可以配对 EV1527 编码的发射器,一个接收器最多可配对 32 个发射器。发射器和接收器通过配对后支持“一发多收”或“一收多发”模式。

无线接收器基于:WF480RA 和 RH2762A-K 芯片,按钮可使用和无线发射器的配对,设计原理图如下所示:

无线接收器主要用于控制家用设备,所以供电选用 UCC28880D 芯片,将 85V~265V 交流电转换为 5V/200mA 直流电,为了降低成本,缩小体积,本方案电源采用非隔离方式,注意:设备通电后切忌用手触摸模块!设计原理图如下所示:

电源空载时纹波 53mV,满载时 177mV,无线接收器瞬间消耗电流最大也就几十 mA,可以满足基本的应用。各位也可以再设计添加 LDO,性能会更稳定。


接收到无线发射器传输的开关信号,无线接收器控制继电器闭合/断开,实现对设备供电的控制,设计原理图如下所示:

4、无线控制器配对

4.1、无线配对

无线控制器配对流程如下所示:

  • 点按一下无线接收器的按钮(按压时间<0.5S),按钮旁边的蓝色指示灯会亮起,此时进入等待配对状态;

  • 六秒内使无线发射器的任意一路持续发射信号,直到接收器的蓝色指示灯闪烁 3 下,此时配对成功;

  • 蓝色指示灯闪烁三下配对成功后会再次亮起,这时可进行下一个发射器的配对,如果没有下一个要配对的发射器,等待 6S 后会自动退出配对模式;

  • 说明:配对等待时间为 6S,如果 6S 内没有接收到发射器的配对信号则自动退出配对模式。

  • 说明:配对成功后,发射器要重新发射信号接收器才能收到。如果配对失败,重复前两步操作即可。

  • 说明:只需要配对发射器 D0~D3 其中任意一路信号即可,其他三路会自动匹配。

4.2、模式切换

无线接收器默认为点动模式,以下的示例全部以点动模式为例, 如果没有特殊要求,可跳过此步骤

按住按钮 0.5~1.5 秒, 然后松开,蓝色指示灯闪烁两次,表示您已经进入模式切换状态,然后可以根据 6 秒内按下按钮的次数进入不同的模式:

  • 如果按 1 下,则进入锁存模式;

  • 如果按 2 下,则进入自锁模式;

  • 如果按 3 下,则进入点动模式;

  • 如果按 4 下,则进入互锁模式;

根据需要进入的模式,按动相应次数的按钮,然后按住按钮 1.5 秒,时间较短,注意不要超时。松手后蓝色指示灯闪动 2 下即设置成功并进入相应的工作模式。

4.3、清除配对

无线接收器最多可保存 32 组发射器编码,超过 32 组时,最先配对的一组编码会被覆盖。

清除所有配对过的发射器:长按无线接收端按钮超过 4 秒,松手后蓝色指示灯闪动 2 下即成功清除所有配对过的发射器;如果清除失败,则重复上述操作即可。

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【研究方向】物联网、嵌入式、AI、Python 2018.02.09 加入

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