智能排插的基本工作原理是什麼?如何設計一個基於單片機的智能排插?

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智能排插的基本工作原理是什麼？如何設計一個基於單片機的智能排插？

工程師黃明星 發表於 2018-07-20 08:51:00

1 引言

隨著節能減排、綠色環保意識的不斷增強，人們對家用電器的節能減排提出了更高的要求。但並不是每家每戶都有資金去更換使用多年、現在仍可以使用的家用電器。為此，本文設計研發了一款基於51 單片機控制的節能環保的智能排插，舊一代的家電通過使用這個排插可以蛻變為智能化家電，具備遙控、定時開關、無待機功耗等功能，節約了家電更新換代的成本。該排插現場運行效果良好，符合一般用戶需求，具有一定的推廣應用價值。

2 智能排插基本工作原理

為方便用戶使用，本設計將系統分成兩部分：排插控制系統和排插遙控器系統（如圖1、圖2 所示），它們分別由一片AT89S52 單片機控制。在排插控制系統中，單片機通過無線接收模塊接收遙控器的遙控命令、解碼並進行相關操作；單片機通過控制與排插插孔相連的繼電器來控制插孔的通斷電。

當然，插孔的通斷電也可以通過手動開關按鈕來操控。LED指示燈用於指示排插當前的工作狀況。在排插遙控系統中，無線發射模塊發送遙控指令，對排插進行定時開關或立即開關等遠程操作。本系統採用成都市飛宇達實業有限公司生產的液晶顯示模塊FYD12864-0402B，內置ST7920 液晶控制器。該LCD用來顯示遙控器人機互動界面。

圖1 排插控制系統

圖2 排插遙控系統

3 智能排插硬體設計

3.1 無線通訊模塊與51 單片機接口及通訊技術

3.1.1 無線收發模塊與51 單片機硬體接口

在排插系統中，為了降低生產成本，我們選用Atmel 公司的單片機AT89S52 為控制單元，採用PT2272 與PT2262 配對編、解碼晶片構成無線通訊模塊。無線發射模塊和無線接收模塊電路圖如圖3、圖4 所示。

圖3 無線發射模塊電路圖（點擊圖片放大）

圖4 無線接收模塊電路圖（點擊圖片放大）

圖4 中，解碼晶片PT2272 的17 腳（VT）為接收有效狀態指示，它與排插控制系統上的單片機I/O口P3.2（INT0）相連；10~13 腳（D0～D3）為解碼後的四個數據腳，它們分別與單片機I/O口P2.0～P2.3相連；1~8 腳為三態（VSS、VDD、空）編碼腳；LM358的1 腳（RXD）輸出的是解調後的方波信號。

從邏輯分析儀採樣結果分析得知，當PT2272 接收到有效編碼數據時，VT 端會輸出高電平。利用此特性，可以將單片機外部中斷觸發方式設置為下降沿觸發，以無線接收模塊接收到有效數據時VT 端的輸出來驅動單片機外部中斷。在外部中斷處理程序中，接收遙控器發送過來的4 位數據，連續接收四次4 位數據為一次完整傳輸過程。

3.1.2 無線收發模塊工作原理

無線發送模塊由編碼晶片PT2262 發出的編碼信號：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼晶片PT2272 接收到信號後，其地址碼經過兩次比較核對後，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平。如果發送端一直按住按鍵，編碼晶片會連續發射。當發射模塊沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，則315MHz 的高頻發射電路不工作；當有按鍵按下時，PT2262 得電工作，其17 腳輸出經調製過的串行數據信號。在17 腳輸出高電平期間，315MHz 的高頻發射電路起振並發射等幅高頻信號，在17 腳輸出低平期間，315MHz 的高頻發射電路停止振蕩。故高頻發射電路完全受控於PT2262 的17 腳輸出的數位訊號，因此，對高頻電路的幅度監控（ASK 調製）相當於調製度為100％的調幅。

3.1.3 無線收發模塊間通訊協議

排插控制系統與遙控器之間通過由PT2272 和PT2262 配對晶片構成的無線模塊來收發數據。由於晶片性能限制關係，沒有內置通訊時序以及協議，並且每次只能發送4 位二進位數據。因此我們自擬定通訊協議來進行複雜數據的通訊。我們擬定每發送四次4 位數據為一次完整通訊過程，具體操作如圖5 所示，這裡假設控制兩個排插插孔的情況。

圖5 無線收發模塊間的通訊協議

3.2 排插系統硬體電路設計

圖6 是排插遙控器的電路圖，由四個按鍵和一個FYD12864 液晶顯示模塊組成人機互動界面。四個按鍵的作用分別是：向上，向下，確認和取消。由於單片機對於無線模塊幹擾比較大，所以這裡採用PC817進行光耦隔離。

圖6 排插遙控器電路圖（點擊圖片放大）

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送的數據，控制繼電器通斷電，繼而控制排插的通斷電。四個LED 色塊指示排插的工作狀況，兩個按鍵可手動控制繼電器。

圖7 排插控制器電路圖（點擊圖片放大）

3.3 數據糾錯功能

由於環境中存在著幹擾源，無線收發模塊的通信必定會出現丟幀或誤碼的情況，故排插控制系統須具備一定的糾錯功能。我們採取如下方式進行糾錯處理：當排插控制系統接收到非完整數據時（完整數據為四次4 位數據），等待0.3s（數據保持時間）後，若仍未接收到有效數據，意味著通訊過程中出現數據幀丟失，此時將前面接收到的非完整數據幀從內存單元中刪除，拋棄原數據等待下一次有效數據的傳輸。

即接收程序只對有效匹配數據進行處理，非有效數據直接拋棄，這樣做能有效地避免在通訊出現誤碼時，排插控制系統出現程序跑飛的情況。

4 智能排插軟體設計

排插系統軟體採用51 單片機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流程圖（見圖8、圖9）。

其他模塊的流程圖因為篇幅的原因，在此就不再贅述。

圖8 遙控器操作程序流程圖

圖9 排插操作控制系統流程圖

5 結束語

本系統利用51 單片機控制的排插，具有一定的創新性。遙控徹底關機，無待機耗電問題，環保省電。

徹底關機讓電器充分休息，延長電器使用壽命，提高用電安全性。定時開關，使舊家電在不用更新換代的情況下智能化、人性化。總之，該排插硬體電路簡單，穩定性好，工作可靠性高，具有很好的推廣應用價值。

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