智能排插的基本工作原理是什么？如何设计一个基于单片机的智能排插？

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威廉希尔官方网站 图如图3、图4 所示。

图3 无线发射模块威廉希尔官方网站 图（点击图片放大）

图4 无线接收模块威廉希尔官方网站 图（点击图片放大）

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 的高频发射威廉希尔官方网站 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 的高频发射威廉希尔官方网站 起振并发射等幅高频信号，在17 脚输出低平期间，315MHz 的高频发射威廉希尔官方网站 停止振荡。故高频发射威廉希尔官方网站 完全受控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，因此，对高频威廉希尔官方网站 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 排插系统硬件威廉希尔官方网站 设计

图6 是排插遥控器的威廉希尔官方网站 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 排插遥控器威廉希尔官方网站 图（点击图片放大）

图7 是排插控制器的威廉希尔官方网站 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 排插控制器威廉希尔官方网站 图（点击图片放大）

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，该排插硬件威廉希尔官方网站 简单，稳定性好，工作可靠性高，具有很好的推广应用价值。