无线远程潜水泵控制系统接收控制模块设计 (2)

无线远程潜水泵控制系统接收控制模块设计系别电子与电气工程系专业电子信息工程摘要本文介绍了一种无线遥控灌溉系统接收控制模块的组成、特点和各部分的功能，设计了控制系统的硬件电路和相关的软件控制流程。在系统的硬件设计中，选用PT2272和315MHZ无线接收模块作为接收解码电路，51单片机最小系统和继电器组成控制电路，这两个电路共同构成无线接收控制模块。PT2272将高频载波的产生电路和数字信号的解调电路集成在一块芯片中，这样既降低了成本，又能使系统稳定、可靠地运行；系统以调频方式接收无线信号，最大接收距离为5KM，功率为5W。在软件设计中，通过运用KEILC51软件编程实现地址码、同步校验码和数据码的识别控制，确保了准确的解码，进一步提高系统的安全可靠性；数据码经单片机处理后输出控制信号来控制继电器动态触点的闭合和断开。关键词无线遥控；单片机；解码ABSTRACTTHISARTICLEINTRODUCEDONEKINDOFWIRELESSREMOTECONTROLIRRIGATIONSYSTEMRECEIVECONTROLMODULESCOMPOSITION,THECHARACTERISTICANDVARIOUSPARTOFFUNCTIONS,HAVEDESIGNEDCONTROLSYSTEMSHARDWARECIRCUITANDTHERELATEDSOFTWARECONTROLFLOWINSYSTEMSHARDWAREDESIGN,SELECTSPT2272ANDTHE315MHZWIRELESSRECEIVEMODULETAKESTHERECEIVEDEMODINGCIRCUIT,THEMINIMUMSYSTEMOF51SINGLECHIPCOMPUTERANDRELAYCOMPOSITIONMASTERCONTROLELECTRICCIRCUIT,THETWOTOGETHERCONSTITUTEAWIRELESSRECEIVERCIRCUITCONTROLMODULEPT2272CARRIERWILLHAVEAHIGHFREQUENCYCIRCUITSANDDIGITALSIGNALDEMODULATIONCIRCUITINTEGRATEDONACHIP,BOTHREDUCEDLIKETHECOST,ANDCANCAUSETHESYSTEMSTABLE,TOMOVERELIABLYTHESYSTEMTAKETHEFREQUENCYMODULATIONWAYRECEIVEWIRELESSSIGNAL,THEMAXIMUMRECEIVEDISTANCEAS5KM,THEPOWERIS5WINTHESOFTWAREDESIGN,THROUGHREALIZESTHEADDRESS,THESYNCHRONIZEDVERIFICATIONCODEANDTHEDATACODERECOGNITIONCONTROLBYTHEKEILC51SOFTWAREPROGRAMMING,HADGUARANTEEDTHEACCURATEDECODING,FURTHERENHANCESSYSTEMSSECURITYRELIABILITYDATACODEAFTERMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITPROCESSINGOUTPUTCONTROLSIGNALCONTROLRELAYDYNAMICELECTRONICCONTACTCLOSEDANDSEPARATIONKEYWORDSWIRELESSREMOTECONTROL,SINGLECHIPCOMPUTER,DECODING1引言在农业灌溉中利用潜水泵可以显著的降低灌溉费用和适应目前因为干旱导致机井水比较深的状况，但是在利用塑料管灌溉的过程中机井旁必须有人专门根据需要不断的起停潜水泵，一不到位就会发生塑料管撑破的情况，目前农村由于大量青壮年外出打工，以至农业生产力紧缺。基于这种现状，本课题提出利用无线低速数据通信和单片机技术，一个人就可以完成灌溉和随时起停潜水泵。本课题设计的系统不但可以在农业潜水泵灌溉中广泛应用，其推广应用能直接降低农业灌溉成本，更能降低灌溉劳动强度，解决农业劳动力不足的情况；进一步改进还可以应用在目前利用柴油机械动力的农业灌溉中。2无线遥控灌溉接收控制模块的整体设计21整体设计框图图1无线灌溉接收控制系统整体结构图本设计由三大模块电路组成，分别是图中的无线接收解码电路模块、单片机控制电路模块和电源电路模块。无线接收模块解码电路由与编码电路配对使用的集成电路LCLPT2272组成。解码器的地址A0A7与编码器的地址A0A7相同时，解码器将接收发送来的数据，并行呈现在数据输出端送到单片机，由单片机编程输出控制信号作为水泵控制电路的启停按钮，完成水泵控制电路的启停控制。22设计重点及难点解决1无线低速数据通信。2单片机控制技术。3本课题的重点和难点是在无线低速数据通信中确保数据安全可靠的编解码。在利用单片机和无线数传模块进行无线数据通信时，通常的办法是通过单片机的串行IO口来完成数据的串行通信，然而此方法存在许多不足之处，如差错检测能力差，帧格式不灵活等，针对低速通信的场合，提出了一种通过单片机和无线数传模块以软件为方式实现对传输数据编码、解码的原理和方法，数据的编码采用了曼彻斯特编码格式，每帧数据包括地址码、有效数据码和同步校验位三部分，解码包括地址码和数据码的判定及同步码校验，在数据位的判定中提出用软件实现“测三取二”的判定方法，该判定方法不但可以提高准确度，而且还具有一定的滤波功能，实验结果表明，与单片机的串口通信相比，该编码方法具有抗干扰能力强，传输数据灵活等优点。3系统硬件模块设计系统的硬件设计主要由无线接收解码电路、51单片机控制电路和电源电路组成。其中无线接收解码电路和单片机控制电路时本设计的重点，在设计时除了要选用元器件，还要考虑硬件干扰问题，尽可能确保系统的稳定性。31单片机控制电路设计控制电路主要有51单片机最小系统和继电器组成，P10P13为PT2272的数据端接口。通过编程控制继电器工作，相应连接的LED亮或灭。为了减少硬件干扰，单片机最小系统选用4MHZ或358MHZ的晶体。为了有效抑制单片机对接收模块的电磁干扰，可以采用电源隔离和端口隔离；端口隔离可采用三极管或比较器。实践表明采用隔离的效果非常明显。控制电路如图2。图2控制电路原理图32无线接收解码电路设计接收电路如图3，主要由315MHZ无线接收模块和PT2272解码芯片组成，工作电压为5V。PT2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，它最多可有12位A0A11三态地址端管脚悬空、接高电平、接低电平，任意组合可提供531441地址码。解码芯片PT2272的解码信号是由地址码、数据码、同步校验码组成一个完整的码字。射频接收模块接收信号后送到解码芯片PT2272，其地址码经过三次比较核对后，PT2272的VT脚才输出高电平，否则PT2272的VT端便恢复为低电平状态。工作原理是通过315MHZ无线接收模块接收发射信号并送给ICPT2272，经ICPT227解码后输出到端口D0D3，然后送给51单片机的P10P13。图3无线接收解码电路原理图PT2272的管脚说明如表1表1PT2272管脚说明名称管脚说明A0A1118、1013地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“F”悬空,必须与2262一致,否则不解码D0D578、1013地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换VCC18电源正端（）GND9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端VT17解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）33电源电路设计从图2可知，AT89C51单片机工作电源要用到5V的直流电源，所以，一个稳定的、持续的5V直流电源对本系统十分重要。本系统运用桥式整流电路，将交流转换为直流，为各部分电路提供恒定的5V直流。模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电，保证电路的稳定性和抗干扰，其电路如图4。工作原理从接口J1输入的9V左右的交流电压，经全波整流电桥DB整流后，得到一幅值为08V左右的波动直流。这一波动的直流经C1、C2、C3滤波后，得到一较平稳的直流，再经LM7805稳压为5V，C4再次滤波后，得到稳定的5V直流电流），为系统无线电接收模块和解码芯片PT2272路供电。Q1为继电器驱动管，当其基极接收到解码芯片的高电平时，继电器吸合，K1接通，电压经7805稳压后为AT89C51开机供电。图4电源电路原理图4系统软件设计41系统软件程序流程图图5程序流程图如图5，控制程序运行初始化后，首先检测是否有信号发射并被接收，若无线接收器接收到发射信号，则将信号送给PT2272进行解码。在这个过程中，需要通过验证程序对地址码和同步码进行验证，当接收信号准确无误时才能进行解码。解码后PT2272输出控制信号数据码给单片机，单片机通过I/O口控制信号的转换，然后输出控制信号控制继电器；继电器得到控制信号后执行相应动作（动态触点的闭合和断开），进而控制潜水泵的启动和停止。42系统软件程序调试该程序实现4个继电器输出的双稳态自锁输出，当按压遥控器的按键A，继电器J1吸合，再次按压遥控器按键A，则继电器J1释放，如此触发翻转，实现开关功能，J2、J3、J4的功能相同。程序如下/ORG0000HAJMPMAINORG0033HMAINMOVP1,00H上电初始化JBP10,P10H检测遥控器按键AJBP11,P11H检测遥控器按键BJBP12,P12H检测遥控器按键CJBP13,P13H检测遥控器按键DAJMPMAIN循环检测P10HCPLP14按键A有效，继电器J1动作ACALLDELAY延时JBP10,等待按键释放AJMPMAINP11HCPLP15按键B有效，继电器J2动作ACALLDELAY延时JBP11,等待按键释放AJMPMAINP12HCPLP16按键C有效，继电器J3动作ACALLDELAY延时JBP12,等待按键释放AJMPMAINP13HCPLP17按键D有效，继电器J4动作ACALLDELAY延时JBP13,等待按键释放AJMPMAINDELAYMOVR7,228延时子程序SDL1MOVR6,0FFHSDL0DJNZR6,SDL0DJNZR7,SDL1RETEND/5设计总结在系统调试时，由于电压和天线长短问题，造成通信距离减小。另外，由于芯片PT2262/2272是配对使用的，当需要增加一个通讯机时，用户不得不求助于技术人员或厂家来设置相同地址码，客户自己设置相对比较麻烦。随着人们对操作的要求越来越高，功能变化越来越丰富，2262/2272的这种配对使用严重制约着使用的方便性，而且与51单片机配合使用很难减少硬件干扰，一定程度上影响了系统的稳定性。系统安装时，在靠近水源的地方竖一电杆，电杆顶端安装接收器，电源接收机采用三相电的某一相与接地线供给，接地线一端接地，另一端架在电杆顶部，做防雷用。系统中特别要注意强、弱电隔离，应在交流接触器触点并联阻容吸收电路，并在壳体内以金属罩屏蔽。灵敏继电器触点也应当采用这一方法，以防强电干扰。本系统安装使用方便，性能稳定、可靠，如加入定时控制系统将更加完善。另外，本系统主要用到单片机进行控制，很难完全避免辐射干扰信号，在这一点上有待进一步解决。由于微电子技术的迅猛发展，高性能、低功耗的集成电路及电子元器件层出不穷，本系统也需要不断改进，尽量采用性价比更高的电子元器件，优化整个系统的硬件结构。随着通信网络的日益普及，计算机远程通信己在教育医疗军事商贸等领域得到迅速应用。将计算机通信技术与节水灌溉系统有机地结合起来，形成具有特色，性能优良，易于推广应用的节水灌溉系统是必然的发展方向。一个成熟的成品推广于世，必将经过漫长和复杂地工作，无线遥控灌溉系统的完善也需要不断地研究和探索。相信再经过一段时间的努力，可靠性更高的无线遥控灌溉系统将在农业灌溉中得到推广和使用。参考文献1李红丽我国灌溉农业的现状与发展趋势M内蒙古林学报，19992苏万益,陆桂明灌区井群自动化控制系统研究M华北水利水电学院学报，19993王福瑞编著单片微机测控系统设计大全M北京航空航天大学出版社，19984王世一编著数字信号处理M北京理工大学出版社，19975张肃文编著高频电子电路上M高等教育出版社，19846张肃文编著高频电子电路下M高等教育出版社，19847丁元杰主编单片微机原理及应用M机械工业出版社，19958陆坤,奚大顺等编著电子设计技术M电子工业出版社，19959何立民编著低功耗单片微机系统设计M北京航空航天大学出版社，199310刘大茂编著单片机应用系统设计M机械工业出版社