基于单片机的智能排插的设计方案

　　　摘要：
   　　1 引言
   　　随着节能减排、绿色环保意识的不断增强，人们对家用电器的节能减排提出了更高的要求。但并不是每家每户都有资金去更换使用多年、现在仍可以使用的家用电器。为此，本文设计研发了一款基于51 单片机控制的节能环保的智能排插，旧一代的家电通过使用这个排插可以蜕变为智能化家电，具备遥控、定时开关、无待机功耗等功能，节约了家电更新换代的成本。该排插现场运行效果良好，符合一般用户需求，具有一定的推广应用价值。
   　　2 智能排插基本工作原理
   　　为方便用户使用，本设计将系统分成两部分：排插控制系统和排插遥控器系统（如图1、图2 所示），它们分别由一片AT89S52 单片机控制。在排插控制系统中，单片机通过无线接收模块接收遥控器的遥控命令、解码并进行相关操作；单片机通过控制与排插插孔相连的继电器来控制插孔的通断电。
   　　当然，插孔的通断电也可以通过手动开关按钮来操控。LED指示灯用于指示排插当前的工作状况。在排插遥控系统中，无线发射模块发送遥控指令，对排插进行定时开关或立即开关等远程操作。本系统采用成都市飞宇达实业有限公司生产的液晶显示模块FYD12864-0402B，内置ST7920 液晶控制器。该LCD用来显示遥控器人机交互界面。
   
   　　
   　　图1 排插控制系统
   　　
   　　图2 排插遥控系统
   
   　　3 智能排插硬件设计
   　　3.1 无线通讯模块与51 单片机接口及通讯技术
   　　3.1.1 无线收发模块与51 单片机硬件接口
   　　在排插系统中，为了降低生产成本，我们选用Atmel 公司的单片机AT89S52 为控制单元，采用PT2272 与PT2262 配对编、解码芯片构成无线通讯模块。无线发射模块和无线接收模块电路图如图3、图4 所示。
   
   　　
   　　图3 无线发射模块电路图
   
   　　
   　　图4 无线接收模块电路图
   
   　　图4 中，解码芯片PT2272 的17 脚（VT）为接收有效状态指示，它与排插控制系统上的单片机I/O口P3.2（INT0）相连；10~13 脚（D0～D3）为解码后的四个数据脚，它们分别与单片机I/O口P2.0～P2.3相连；1~8 脚为三态（VSS、VDD、空）编码脚；LM358的1 脚（RXD）输出的是解调后的方波信号。
   　　从逻辑分析仪采样结果分析得知，当PT2272 接收到有效编码数据时，VT 端会输出高电平。利用此特性，可以将单片机外部中断触发方式设置为下降沿触发，以无线接收模块接收到有效数据时VT 端的输出来驱动单片机外部中断。在外部中断处理程序中，接收遥控器发送过来的4 位数据，连续接收四次4 位数据为一次完整传输过程。
   　　3.1.2 无线收发模块工作原理
   　　无线发送模块由编码芯片PT2262 发出的编码信号：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。如果发送端一直按住按键，编码芯片会连续发射。当发射模块没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，则315MHz 的高频发射电路不工作；当有按键按下时，PT2262 得电工作，其17 脚输出经调制过的串行数据信号。在17 脚输出高电平期间，315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，在17 脚输出低平期间，315MHz 的高频发射电路停止振荡。故高频发射电路完全受控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，因此，对高频电路的幅度监控（ASK 调制）相当于调制度为100％的调幅。
   　　3.1.3 无线收发模块间通讯协议
   　　排插控制系统与遥控器之间通过由PT2272 和PT2262 配对芯片构成的无线模块来收发数据。由于芯片性能限制关系，没有内置通讯时序以及协议，并且每次只能发送4 位二进制数据。因此我们自拟定通讯协议来进行复杂数据的通讯。我们拟定每发送四次4 位数据为一次完整通讯过程，具体操作如图5 所示，这里假设控制两个排插插孔的情况。
   
   　　
   　　图5 无线收发模块间的通讯协议
   
   　　3.2 排插系统硬件电路设计
   　　图6 是排插遥控器的电路图，由四个按键和一个FYD12864 液晶显示模块组成人机交互界面。四个按键的作用分别是：向上，向下，确认和取消。由于单片机对于无线模块干扰比较大，所以这里采用PC817进行光耦隔离。
   
   　　
   　　图6 排插遥控器电路图
   
   　　图7 是排插控制器的电路图，由无线接收模块接收遥控器发送的数据，控制继电器通断电，继而控制排插的通断电。四个LED 色块指示排插的工作状况，两个按键可手动控制继电器。
   
   　　
   　　图7 排插控制器电路图
   
   　　3.3 数据纠错功能
   　　由于环境中存在着干扰源，无线收发模块的通信必定会出现丢帧或误码的情况，故排插控制系统须具备一定的纠错功能。我们采取如下方式进行纠错处理：当排插控制系统接收到非完整数据时（完整数据为四次4 位数据），等待0.3s（数据保持时间）后，若仍未接收到有效数据，意味着通讯过程中出现数据帧丢失，此时将前面接收到的非完整数据帧从内存单元中删除，抛弃原数据等待下一次有效数据的传输。
   　　即接收程序只对有效匹配数据进行处理，非有效数据直接抛弃，这样做能有效地避免在通讯出现误码时，排插控制系统出现程序跑飞的情况。
   　　4 智能排插软件设计
   　　排插系统软件采用51 单片机C语言模块化编程，主要由主程序、遥控器操作程序、排插操作控制系统程序、液晶显示程序等组成。在此给出遥控器操作程序流程图和排插操作控制系统流程图（见图8、图9）。
   　　其他模块的流程图因为篇幅的原因，在此就不再赘述。
   
   　　
   　　图8 遥控器操作程序流程图
   
   　　
   　　图9 排插操作控制系统流程图
   
   　　5 结束语
   　　本系统利用51 单片机控制的排插，具有一定的创新性。遥控彻底关机，无待机耗电问题，环保省电。
   　　彻底关机让电器充分休息，延长电器使用寿命，提高用电安全性。定时开关，使旧家电在不用更新换代的情况下智能化、人性化。总之，该排插硬件电路简单，稳定性好，工作可靠性高，具有很好的推广应用价值。