摘要：順應(yīng)節(jié)能減排、環(huán)保的時(shí)代潮流，在不更換舊家用電器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一款基于51 單片機(jī)控制的智能排插，賦予傳統(tǒng)家電以遙控、定時(shí)開關(guān)、無待機(jī)功耗等功能，從而實(shí)現(xiàn)舊家電的節(jié)能減排和智能化目的。
1 引言
隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們對(duì)家用電器的節(jié)能減排提出了更高的要求。但并不是每家每戶都有資金去更換使用多年、現(xiàn)在仍可以使用的家用電器。為此，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一款基于51 單片機(jī)控制的節(jié)能環(huán)保的智能排插，舊一代的家電通過使用這個(gè)排插可以蛻變?yōu)橹悄芑译?，具備遙控、定時(shí)開關(guān)、無待機(jī)功耗等功能，節(jié)約了家電更新?lián)Q代的成本。該排插現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果良好，符合一般用戶需求，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
2 智能排插基本工作原理
為方便用戶使用，本設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分成兩部分：排插控制系統(tǒng)和排插遙控器系統(tǒng)（如圖1、圖2 所示），它們分別由一片AT89S52 單片機(jī)控制。在排插控制系統(tǒng)中，單片機(jī)通過無線接收模塊接收遙控器的遙控命令、解碼并進(jìn)行相關(guān)操作；單片機(jī)通過控制與排插插孔相連的繼電器來控制插孔的通斷電。
當(dāng)然，插孔的通斷電也可以通過手動(dòng)開關(guān)按鈕來操控。LED指示燈用于指示排插當(dāng)前的工作狀況。在排插遙控系統(tǒng)中，無線發(fā)射模塊發(fā)送遙控指令，對(duì)排插進(jìn)行定時(shí)開關(guān)或立即開關(guān)等遠(yuǎn)程操作。本系統(tǒng)采用成都市飛宇達(dá)實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的液晶顯示模塊FYD12864-0402B，內(nèi)置ST7920 液晶控制器。該LCD用來顯示遙控器人機(jī)交互界面。
圖1 排插控制系統(tǒng)
圖2 排插遙控系統(tǒng)
3 智能排插硬件設(shè)計(jì)
3.1 無線通訊模塊與51 單片機(jī)接口及通訊技術(shù)
3.1.1 無線收發(fā)模塊與51 單片機(jī)硬件接口
在排插系統(tǒng)中，為了降低生產(chǎn)成本，我們選用Atmel 公司的單片機(jī)AT89S52 為控制單元，采用PT2272 與PT2262 配對(duì)編、解碼芯片構(gòu)成無線通訊模塊。無線發(fā)射模塊和無線接收模塊電路圖如圖3、圖4 所示。
圖3 無線發(fā)射模塊電路圖
圖4 無線接收模塊電路圖
圖4 中，解碼芯片PT2272 的17 腳（VT）為接收有效狀態(tài)指示，它與排插控制系統(tǒng)上的單片機(jī)I/O口P3.2（INT0）相連；10~13 腳（D0～D3）為解碼后的四個(gè)數(shù)據(jù)腳，它們分別與單片機(jī)I/O口P2.0～P2.3相連；1~8 腳為三態(tài)（VSS、VDD、空）編碼腳；LM358的1 腳（RXD）輸出的是解調(diào)后的方波信號(hào)。
從邏輯分析儀采樣結(jié)果分析得知，當(dāng)PT2272 接收到有效編碼數(shù)據(jù)時(shí)，VT 端會(huì)輸出高電平。利用此特性，可以將單片機(jī)外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置為下降沿觸發(fā)，以無線接收模塊接收到有效數(shù)據(jù)時(shí)VT 端的輸出來驅(qū)動(dòng)單片機(jī)外部中斷。在外部中斷處理程序中，接收遙控器發(fā)送過來的4 位數(shù)據(jù)，連續(xù)接收四次4 位數(shù)據(jù)為一次完整傳輸過程。
3.1.2 無線收發(fā)模塊工作原理
無線發(fā)送模塊由編碼芯片PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后，VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射模塊沒有按鍵按下時(shí)，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，則315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262 得電工作，其17 腳輸出經(jīng)調(diào)制過的串行數(shù)據(jù)信號(hào)。在17 腳輸出高電平期間，315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，在17 腳輸出低平期間，315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩。故高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262 的17 腳輸出的數(shù)字信號(hào)，因此，對(duì)高頻電路的幅度監(jiān)控（ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。
3.1.3 無線收發(fā)模塊間通訊協(xié)議
排插控制系統(tǒng)與遙控器之間通過由PT2272 和PT2262 配對(duì)芯片構(gòu)成的無線模塊來收發(fā)數(shù)據(jù)。由于芯片性能限制關(guān)系，沒有內(nèi)置通訊時(shí)序以及協(xié)議，并且每次只能發(fā)送4 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。因此我們自擬定通訊協(xié)議來進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)的通訊。我們擬定每發(fā)送四次4 位數(shù)據(jù)為一次完整通訊過程，具體操作如圖5 所示，這里假設(shè)控制兩個(gè)排插插孔的情況。
圖5 無線收發(fā)模塊間的通訊協(xié)議
3.2 排插系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
圖6 是排插遙控器的電路圖，由四個(gè)按鍵和一個(gè)FYD12864 液晶顯示模塊組成人機(jī)交互界面。四個(gè)按鍵的作用分別是：向上，向下，確認(rèn)和取消。由于單片機(jī)對(duì)于無線模塊干擾比較大，所以這里采用PC817進(jìn)行光耦隔離。
圖6 排插遙控器電路圖
圖7 是排插控制器的電路圖，由無線接收模塊接收遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)，控制繼電器通斷電，繼而控制排插的通斷電。四個(gè)LED 色塊指示排插的工作狀況，兩個(gè)按鍵可手動(dòng)控制繼電器。
圖7 排插控制器電路圖
3.3 數(shù)據(jù)糾錯(cuò)功能
由于環(huán)境中存在著干擾源，無線收發(fā)模塊的通信必定會(huì)出現(xiàn)丟幀或誤碼的情況，故排插控制系統(tǒng)須具備一定的糾錯(cuò)功能。我們采取如下方式進(jìn)行糾錯(cuò)處理：當(dāng)排插控制系統(tǒng)接收到非完整數(shù)據(jù)時(shí)（完整數(shù)據(jù)為四次4 位數(shù)據(jù)），等待0.3s（數(shù)據(jù)保持時(shí)間）后，若仍未接收到有效數(shù)據(jù)，意味著通訊過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀丟失，此時(shí)將前面接收到的非完整數(shù)據(jù)幀從內(nèi)存單元中刪除，拋棄原數(shù)據(jù)等待下一次有效數(shù)據(jù)的傳輸。
即接收程序只對(duì)有效匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，非有效數(shù)據(jù)直接拋棄，這樣做能有效地避免在通訊出現(xiàn)誤碼時(shí)，排插控制系統(tǒng)出現(xiàn)程序跑飛的情況。
4 智能排插軟件設(shè)計(jì)
排插系統(tǒng)軟件采用51 單片機(jī)C語言模塊化編程，主要由主程序、遙控器操作程序、排插操作控制系統(tǒng)程序、液晶顯示程序等組成。在此給出遙控器操作程序流程圖和排插操作控制系統(tǒng)流程圖（見圖8、圖9）。
其他模塊的流程圖因?yàn)槠脑颍诖司筒辉儋樖觥?/p>
圖8 遙控器操作程序流程圖
圖9 排插操作控制系統(tǒng)流程圖
5 結(jié)束語
本系統(tǒng)利用51 單片機(jī)控制的排插，具有一定的創(chuàng)新性。遙控徹底關(guān)機(jī)，無待機(jī)耗電問題，環(huán)保省電。
徹底關(guān)機(jī)讓電器充分休息，延長電器使用壽命，提高用電安全性。定時(shí)開關(guān)，使舊家電在不用更新?lián)Q代的情況下智能化、人性化?？傊?，該排插硬件電路簡單，穩(wěn)定性好，工作可靠性高，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。