基于單片機的家用電器無線管理系統的設計

李穎

【摘 要】 本系統主要實現了家用電器的無線控制功能，利用無線電數據收發技術，控制遠程主機繼電器的開關。本設計分為遙控器和控制主機兩部分，都使用stc89c52單片機作為控制核心，遙控器負責將按鍵的鍵值發送給設定的主機，當主機接收到數據后，判斷數據是否發送給自己，然后根據接收的鍵值執行不同的操作，當接收鍵值并驗證正確后，控制主機將數據反送回遙控器，由遙控器判斷數據是否發送成功。

【關鍵詞】 遙控器 家用電器 ?單片機 ?溫度傳感器

隨著家用電器的普及，人們已經不單單追求“能用”，而是更加注重用戶體驗，所以現在很多家電廠商推出各種高端的產品，家用電器正在向著智能化的方向發展?；趩纹瑱C的家用電器無線管理系統的設計是一種家用電器無線控制器的實現方案，通過這個方案，可以進一步實現遠程的控制。

1 總體方案介紹

本設計分為遙控器和控制主機兩部分，都使用stc89c52單片機作為控制核心，遙控器負責將按鍵的鍵值發送給設定的主機，當主機接收到數據后，判斷數據是否發送給自己，然后根據接收的鍵值執行不同的操作，當接收鍵值并驗證正確后，控制主機將數據反送回遙控器，由遙控器判斷數據是否發送成功。

2 硬件設計

2.1 單片機最小系統的實現

STC89C52單片機是C51核心的單片機，較傳統MSC-51單片機增加了一些功能，其內置復位電路，具有8KB的Flash存儲空間和512B的RAM空間。

單片機的最小工作電路中Download為單片機的下載端口，即單片機的串口。單片機內置復位電路，復位口RST內置一個下拉電阻，在設計復位電路時，單片機只需要外面提供一個電容即可，通過這個電容可以控制單片機的復位延時時間，所以使用的電容C3為0.1uF的，只需要很短的復位延時即可。

2.2 無線模塊nRF24L01電路的實現

為了實現通信的可靠性和穩定，選擇數字式的無線數據收發芯片作為無線通信的數據傳輸環節，nRF24L01為NORDIC公司生產的一個無線數據傳輸芯片，數據傳輸于2.4G全球開放ISM頻段，無需入網許可證。nRF24L01適用于多種無線通信的場合，如無線數據傳輸系統、無線鼠標、遙控玩具等。

高頻通信的天線設計是需要專業環節下進行的，天線模型建立后還需要進行頻譜儀測試，所以設計過程繁瑣，同時nRF24L01封裝為QFP封裝，焊接難度大，因為天線和封裝的緣故，在不要求尺寸的應用中通常使用的是nRF24L01的模塊，模塊自帶天線，并將通信接口引出。與單片機通信使用的是SPI通信接口，可以直接和輸出電流<10mA的5V端口相連。

nRF24L01模塊的接口電路中，設計時選擇一片AMS1117的穩壓芯片，該芯片可以穩定提供500mA的供電電流，由于nRF24L01工作電流與工作狀態有關，所以需要在AMS1117的輸出端并聯一個100uF的電容來保證供電電壓的穩定性。

2.3 液晶顯示電路的實現

液晶的接口電路里，VO為液晶自帶的負壓輸出端口，通過Rp電位器調節液晶負壓輸入端口的電壓值，負壓決定液晶顯示的對比度，負壓絕對值越大，液晶的對比度也越大，為了實現良好的視覺效果，需要調整Rp電位器，以便液晶對比度合適。

2.4 時鐘和溫度電路的實現

如圖1為PCF8563時鐘芯片原理圖，芯片內置晶振的起振電容，所以外面無需電容即可工作，但是由于晶振參數不一致，所以一般需要外置兩個電容C14和C15，對晶振進行細微補償。

如圖2為18B20溫度傳感器原理圖，R4的作用是提高單片機IO的驅動能力，在數據線較長或者多顆18B20并聯時，為數據線DQ提供驅動電流。

3 軟件設計

3.1 遙控器軟件設計總體設計

遙控器軟件流程為，系統上電后，遙控器首先進行初始化，初始化內部數據和硬件，之后對nRF24L01進行初始化操作。初始化結束后，處在待機狀體，當檢測到按鍵按下后，遙控器將按鍵鍵值包括地址和密碼發送出去，當控制主機接受到數據后，密碼地址驗證正確后會將鍵值返回，此時為一個正確的收發控制循環，然后遙控器將待命，準備下一次發送。當遙控器多次為接受到返回數據時，證明系統出現了故障，此時進行報警操作。

3.2 控制主機軟總體設計件

上電后系統首先進行的初始化后系統循環顯示當前的溫度，時間以及工作狀態，當系統檢測到數據接收時，將數據從nRF24L01內部將數據讀取到單片機里，然后進行校驗，當密碼和地址都正確的時候，按照按鍵的鍵值控制主機將進行相應的操作，驗證不正確的時候，系統將會把該次接收值摒棄，不進行任何操作。這樣做的目的是為了使得整個系統穩定有序的工作。

3.3 無線模塊nRF24L01控制程序設計

nRF24L01單次循環操作流程為：在空閑模式，單片機設置nRF24L01工作在接收模式，當接收到數據后nRF24L01的IRQ引腳輸出低電平，單片機檢測到該信號后，就可以直接從nRF24L01芯片內將接收的數據讀取出來。

nRF24L01的通信接口為SPI，選擇的單片機為STC89C52沒有硬件SPI接口，所以需要由軟件來模擬實現SPI通信，對于SPI通信，操作時序比較簡單，單片機一直工作在主機模式，nRF24L01模塊工作于從機模式。

對nRF24L01的控制，實際就是通過程序對nRF24L01內部寄存器的讀寫過程，論文已經敘述了SPI的通信接口時序，根據此時序可以完成SPI底層驅動程序的編寫，底層的驅動包含對nRF24L01數據的讀寫，對nRF24L01寄存器的讀寫，利用這兩個基本的讀寫操作函數，程序可以實現對nRF24L01芯片內固定地址數據進行單個讀寫或者連續讀寫操作。

3.4 時鐘和溫度程序設計

時鐘信號線為SCL，時鐘信號都是由主機來負責產生的，在本設計中STC89C52單片機作為通信主機，所以時鐘信號線上的時鐘信號需要由單片機來提供。

I2C時序對時鐘信號的時間精度要求很低，所以I2C程序的難點在于如何控制同步信號上，同步信號包括起始信號，停止信號，以及應答信號。

參考文獻：

[1]郝波.數字電路.北京：電子工業出版社，2003.

[2]張志利，蔡偉.基于AD590的溫度測控裝置研究[J].自動化與儀器儀表，2001.

[3]尹雪飛，陳克安.集成電路速查大全 陜西：西安電子科技大學出版社，1997.

[4]童詩白.模擬電子技術基礎[M].第二版，北京.高等教育出版社，1998.

[5]段尚樞.運算放大器應用基礎[M].第一版，哈爾濱工業大學出版社，1998.

[6]謝自美.電子線路設計.實驗.測試.[M].第一版，華中理工大學出版社，1994.

[7]李勛，耿德根.AT89S52單片機應用技術[M].第一版，北京航空航天大學出版社.2002.6.

[8]金春林，張皆喜.51系列單片機C 語言編程與應用實例[M].清華大學出版社，第二版2003.11.

[9]馬潮.高檔8位單片機ATmega128原理與開發應用指南（上）[M].第一版.