摘 要：智能開(kāi)關(guān)是智能控制系統(tǒng)中重要的組成部分。但是市場(chǎng)上銷售的智能開(kāi)關(guān)系統(tǒng)存在著很嚴(yán)重的不足即一個(gè)遙控器可控制的終端數(shù)目很少。基于USB的智能遙控信號(hào)發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)就是為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，通過(guò)單片機(jī)技術(shù)來(lái)模擬傳統(tǒng)模擬電路的編碼和解碼從而達(dá)到用電腦取代遙控器，消除原有弊端實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級(jí)。目前該裝置已經(jīng)制作完成測(cè)試成功并且已經(jīng)獲得了國(guó)家實(shí)用新型發(fā)明。該裝置還具有很強(qiáng)的可拓展性，具有很好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

　　0 引 言。

　　目前在市場(chǎng)上已經(jīng)擁有一種智能開(kāi)關(guān)即可以用一個(gè)遙控器來(lái)控制連接在這個(gè)開(kāi)關(guān)上的電器的通斷。其工作原理是根據(jù)傳統(tǒng)的通用協(xié)議將接收終端用單片機(jī)來(lái)模擬PT2272進(jìn)行軟件解碼，但是存在的不足是發(fā)送端控制的終端數(shù)目太少，一個(gè)遙控器多只能控制4個(gè)終端，為了彌補(bǔ)該產(chǎn)品在這方面的不足，因此設(shè)計(jì)了這種裝置。

　　設(shè)計(jì)思想是按照PT2262/2272傳輸協(xié)議用單片機(jī)模擬進(jìn)行模擬原遙控器上的PT2262芯片編碼，再通過(guò)USB口使得系統(tǒng)和電腦連接通信，由此通過(guò)電腦對(duì)接收端進(jìn)行直接控制，控制數(shù)量大大增加。并且更加實(shí)用，功能更強(qiáng)大。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)主要由USB轉(zhuǎn)串口模塊，單片機(jī)主控模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)的工作流程是由計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)USB串口送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)返回以便校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否發(fā)送正確，若接收到數(shù)據(jù)和原來(lái)發(fā)送的數(shù)據(jù)有誤，則重新發(fā)送，若接收無(wú)誤，則單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理后傳輸?shù)綗o(wú)線發(fā)射模塊，由該模塊將信號(hào)發(fā)射出去。在信號(hào)發(fā)射過(guò)程中用一個(gè)LED燈來(lái)指示信號(hào)的發(fā)射是否完成。

圖1 系統(tǒng)

　　1.2 各模塊設(shè)計(jì)

　　1.2.1 USB轉(zhuǎn)串口模塊設(shè)計(jì)

　　該模塊的電路如圖2所示。該模塊采用經(jīng)典電路設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換芯片采用的是PL2303HX.同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)該裝置的產(chǎn)品化，縮小其體積，因此在設(shè)計(jì)時(shí)在保持性能可靠的前提下盡量減少了元器件的使用。圖2為精簡(jiǎn)的電路設(shè)計(jì)圖。

圖2 USB轉(zhuǎn)串口模塊電路。

　　1.2.2 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)：將USB串口模塊的RXD和TXD線分別連接單片機(jī)的TXD和RXD線，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)主控模塊和電腦的信息傳輸和交換。同時(shí)在P1口選擇兩個(gè)端口，一個(gè)連接LED指示燈，用來(lái)指示工作狀態(tài)，另一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸出口與無(wú)線發(fā)射模塊相連，用于單片機(jī)模塊與無(wú)線發(fā)射模塊的信息傳輸。

　　1.2.3 無(wú)線發(fā)射模塊設(shè)計(jì)

　　該模塊主要負(fù)責(zé)將從單片機(jī)主控模塊傳輸過(guò)來(lái)的編碼依次的發(fā)射出去。該模塊電路產(chǎn)用常見(jiàn)的315無(wú)線收發(fā)電路圖，電路圖如圖3所示。它是由聲表諧振器和高頻三極管組成的三點(diǎn)式振蕩電路。數(shù)據(jù)由單片機(jī)輸入，通過(guò)三極管Q2控制高頻振蕩器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的OOK調(diào)制發(fā)射。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件的設(shè)計(jì)按前面的工作流程來(lái)，分為各個(gè)模塊化來(lái)分別設(shè)計(jì)，主要包含的程序模塊有：串口初始化、PC和單片機(jī)的串口通信，單片機(jī)對(duì)PC傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀和數(shù)據(jù)的編碼設(shè)計(jì)、以及數(shù)據(jù)的無(wú)線發(fā)射這幾個(gè)子程序塊。

圖3 無(wú)線發(fā)射模塊電路

　　2.1 編碼規(guī)則的確定

　　手動(dòng)遙控器中使用的是PT2262芯片，雖然可以查到PT2262/PT2272編碼規(guī)則，但是為了慎重起見(jiàn)必須重新用示波器測(cè)量其編碼規(guī)則。當(dāng)按下遙控器上的一個(gè)按鈕后用示波器測(cè)量其發(fā)射波形，繪制出波形圖。通過(guò)比對(duì)和計(jì)算，確定了手動(dòng)遙控器的編碼規(guī)則為：同步碼+八位地址碼+四位數(shù)據(jù)碼。其中每一位碼都有高阻、高電平和低電平3種狀態(tài)，每種狀態(tài)的波形圖如圖4所示。同步碼長(zhǎng)度為128a其中前4a個(gè)時(shí)間內(nèi)為窄脈沖。

圖4 PT2262的位脈沖波形

　　2.2 延時(shí)的設(shè)定

　　在程序設(shè)計(jì)中主要的延時(shí)有以下幾個(gè)：a、4a、12a和124a的設(shè)定，通過(guò)測(cè)量手動(dòng)遙控器中對(duì)應(yīng)的延時(shí)單位a為120μs,由此編寫的單片機(jī)延時(shí)程序。同時(shí)在編程設(shè)定延時(shí)的時(shí)候，要考慮全面，值得注意的是在該系統(tǒng)中才用的單片機(jī)芯片的指令運(yùn)算速度是傳統(tǒng)51系列單片機(jī)的6倍，這4個(gè)基準(zhǔn)延時(shí)的設(shè)定要盡量減少偏差，為了提高，要把執(zhí)行每條指令消耗的時(shí)間算進(jìn)去。

　　同時(shí)對(duì)于4a和12a的延時(shí)編程不能簡(jiǎn)單的用將a的延時(shí)重復(fù)執(zhí)行若干次來(lái)完成，否則會(huì)有較大的誤差，不能被正確解碼。延時(shí)的設(shè)定要通過(guò)反復(fù)計(jì)算和測(cè)量看是否，不則進(jìn)行修改。

　　2.3 模擬脈沖編碼

　　根據(jù)PT2262/PT2272協(xié)議，同時(shí)通過(guò)對(duì)手動(dòng)遙控器的發(fā)射波形進(jìn)行測(cè)量知道，單片機(jī)的模擬編碼應(yīng)該分為3部分，即同步碼、地址碼和數(shù)據(jù)碼。

　　地址碼和數(shù)據(jù)碼本來(lái)各有3種狀態(tài)，即高電平、低電平和高阻狀態(tài)。手動(dòng)遙控器中地址碼在焊接電路時(shí)已經(jīng)被固定，測(cè)量的編碼為高阻狀態(tài)，4位數(shù)據(jù)碼分別由4個(gè)按鈕控制，所以都只有高電平和低電平2種狀態(tài)，在遙控的時(shí)候只能按一個(gè)按鈕，所以一個(gè)手動(dòng)遙控器只有4種不同的編碼，因此一個(gè)手動(dòng)遙控器多只能控制4個(gè)不同的終端。但是在單片機(jī)進(jìn)行編碼的時(shí)候可以不受控制靈活多變，如果用1和0來(lái)表示高低電平這兩種狀態(tài)來(lái)編碼的話，那么多可以控制212個(gè)不同的終端，如果用00、01、10來(lái)表示這3種狀態(tài)的話，那么多可以控制312個(gè)不同的終端。在普通的工作環(huán)境中僅用1和0兩種狀態(tài)來(lái)編碼就已經(jīng)能夠滿足一般設(shè)計(jì)需求。

　　在用單片機(jī)進(jìn)行模擬脈沖編碼的時(shí)候，通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口模塊送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行相應(yīng)的算法轉(zhuǎn)換來(lái)確定8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼的每一位應(yīng)有的狀態(tài)，再通過(guò)調(diào)用不同的基準(zhǔn)延時(shí)來(lái)模擬不同狀態(tài)編碼，從而構(gòu)成模擬的12位的波形編碼，同時(shí)在還要加上模擬的同步碼，同步碼可以獨(dú)立編一個(gè)程序，直接調(diào)用插入即可。這樣通過(guò)單片機(jī)的軟件編程完成模擬的PT2262芯片編碼。

　　2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　系統(tǒng)已經(jīng)制作完成，通過(guò)PCB制版和焊接已經(jīng)完成了成品，如圖5所示。由于在PCB制版時(shí)沒(méi)有考慮到外殼的問(wèn)題，所以PCB排版還不夠完善，導(dǎo)致LED指示燈的位置并不是十分的恰當(dāng)。

圖5 系統(tǒng)正、反面效果。

　　由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是用電腦代替遙控器控制所以，在系統(tǒng)的硬件制作完成后，用LabVIEW語(yǔ)言編寫了一個(gè)可以安裝在任何電腦上的控制軟件，軟件的控制界面如圖6所示。軟件中可以有效控制的端口數(shù)為212即4 096個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通遙控器的控制數(shù)，基本能夠滿足各種場(chǎng)合的需求。

圖6　系統(tǒng)軟件控制界面

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)制作完成并調(diào)試成功，可以用電腦通過(guò)該設(shè)備控制簡(jiǎn)單的電燈組，該系統(tǒng)用傳統(tǒng)的U 盤外殼包裝，并已經(jīng)獲得國(guó)家實(shí)用新型證書(shū)。號(hào)：ZL2010 2 0546946.5）。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積輕巧，控制靈活，并且通過(guò)電腦控制，控制軟件為用LabVIEW 編寫的控制程序窗口。同時(shí)該系統(tǒng)可以通過(guò)功能擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線媒介或者互聯(lián)網(wǎng)完成接收終端的遠(yuǎn)程智能遙控，屬于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景。