基于51單片機智能排插的設計與實現*

余華芳 羅建旭 蔡張盛 楊海

（廣東藥學院 醫藥信息工程學院）

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。但并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于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、解碼并進行相關操作；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指示燈用于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。本系統采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交互界面。

圖1 排插控制系統

圖2 排插遙控系統

3 智能排插硬件設計

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單片機硬件接口[1]

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，采用PT2272與PT2262配對編、解碼芯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

圖4中，解碼芯片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）為解碼后的四個數據腳，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）輸出的是解調后的方波信號。

圖4 無線接收模塊電路圖

從邏輯分析儀采樣結果分析得知，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[2]

無線發送模塊由編碼芯片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，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，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，編碼芯片會連續發射。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腳輸出經調制過的串行數據信號。在17腳輸出高電平期間，315MHz的高頻發射電路起振并發射等幅高頻信號，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于PT2262的17腳輸出的數字信號，因此，對高頻電路的幅度監控（ASK 調制）相當于調制度為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配對芯片構成的無線模塊來收發數據。由于芯片性能限制關系，沒有內置通訊時序以及協議，并且每次只能發送4位二進制數據。因此我們自擬定通訊協議來進行復雜數據的通訊。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，這里假設控制兩個排插插孔的情況。

3.2 排插系統硬件電路設計

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交互界面。四個按鍵的作用分別是：向上，向下，確認和取消。由于單片機對于無線模塊干擾比較大，所以這里采用PC817進行光耦隔離。

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

3.3 數據糾錯功能

由于環境中存在著干擾源，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。我們采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）后，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 智能排插軟件設計

排插系統軟件采用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，該排插硬件電路簡單，穩定性好，工作可靠性高，具有很好的推廣應用價值。

[1]蔡朝陽. 單片機控制實習與專題制作[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.11.

[2]電子制作實驗室，200米帶保險推蓋的四鍵遙控器[EB/OL].http://xie-gang.com/200m.htm