一种无线智能插座设计与开发

第第页一种无线智能插座设计与开发【摘要】本文研究了一种无线智能插座，详细阐述了该方案的软硬件设计。无线发射器采用CS5211作为编码芯片，采用ASK方式进行315MHz的无线调制；接收器采用超外差式的315MHz无线接收模块接收信号，采用了STC15W204S作为主控制器，完成编码信号的解码及控制，通过电磁继电器实现插座的通断电。该插座可以广泛应用于家用电器设备当中，通过无线遥控切断待机电源，有效节省了待机功耗。

【关键词】无线智能插座；CS5211；STC15W204S；超外差式；解码

DesignandDevelopmentofAnIntelligentWirelessRemoteControlledOutlet

GEHai-jiangJINYe-dongCHENYi-lun，SUNLiang-chengZHANGYu-ting

（DepartmentofCommunicationandElectron，HangzhouVocational&TechnicalCollege，HangzhouZhejiang，310018，China）

【Abstract】Anintelligentwirelessremotecontrolledoutletwasstudiedbyelaboratingonthisremotecontrolledoutlet.ThesignalcodeachievedbyacodeCS5211chipatthewirelesstransmitter，accompaniedwiththewirelesssignalmodemof315MHzASKmode.Thewirelessreceiverreceivedsignalsbyusingthe315MHzsuperheterodynewirelessmodule.Thedecodingoftheencodedsignalandthepull-inandreleaseofelectromagneticrelayswereimplementedbythemaincontrollerSTC15W204S.Theoutletcaneffectivelysavepowerbythemodeofcuttingoffthestandbypower，andcanbewidelyusedinhouseholdappliances.

【Keywords】Intelligentwirelessremotecontrolledoutlet；CS5211；STC15W204S；Superheterodyne；Decoding

0引言

据调查，我国家电待机现象十分普遍，有近七成的家庭使用家电后不关闭电源，三成多市民甚至不知道待机也会耗电。电器长期待机有以下三个问题：其一，耗费电能惊人，据统计电器关机没拔插头全国每年待机浪费电量高达180亿度，相当于3个大亚湾核电站年发电量。家里常用家电的待机能耗加在一起，相当于开着一只30至60瓦的长明灯，一般1天待机16小时左右，1～3天即浪费1度电。其二，意外事故频频发生，究其原因，除了插座质量不过关以外，另一个重要原因即是处于长期通电状态下的电器，存在安全隐患，待机时间一长，导致超负荷工作而发生危险。其三，降低电器使用寿命，电器长时间待机，会导致线路老化，缩短各类电器的使用寿命，变相增加了使用电器的成本。鉴于此，本文设计的一种无线智能插座，可以有效地杜绝待机功耗，同时通过无线控制，使用方便。文中将详细阐述该方案的软硬件设计。

1硬件设计

无线智能插座有两部分：无线遥控器和无线接收器电源插座

1.1无线遥控器设计

无线遥控器采用CS5211编码芯片实现按键信号的编码，振荡电阻为2.7M，无线通讯载波频率315MHz，工作方式为ASK调制，高频三极管采用MPSH10，共设置了6个按键，其中4个按键实现单路插座开与关，剩余两个实现全开全关功能。其中地址位设置了8位（A0～A7），数据为4位（D0～D3），在全开和全关按键编码设置中，采用了1N4148二极管，利用二极管的单向导电性，在每个按键上分别正向连接两个1N4148，然后各自连接到对应的数据端口。各个按键的数据编码如表1所示，发射器采用23A，12V的电池供电，CS5211的具体应用电路可参考它的数据手册。

表1无线遥控器各个按键的编码

1.2无线接收器电源插座设计

无线接收器电源插座采用220V交流供电，电路中通过阻容降压[1]、桥式整流、滤波、10V稳压管电路稳压、78L05三端稳压，得到5V的直流电源，给无线接收模块和单片机供电；插座采用三孔式，通过4路继电器控制实现4个插座一端的220V火线供电，4个插座的另外一端全部连接到220V的零线上，各个插座的接地端子连接到电源插头的地线上。无线信号接收采用315MHz的超外差式接收模块[2]实现，电路原理图如图1所示。

图14路无线接收器电源插座电路原理图

2软件设计

无线遥控器发出的数据编码次序为：地址码（A0～A7），数据码（D3～D0）和同步位。

编码方式如图2所示[3-4]，当振荡电阻为2.7M时，Tf1≈77.6us，4Tf1=310us，电阻越大，振荡周期越大，一组完整的数据总时间为512Tf1=39.68ms，设计中，将A0～A3引脚悬空，A4～A7接地，这里将A0～A3对应的编码作为帧前码。CS5211编码芯片数据发送一次，连续发出4帧同样的数据。

图2CS5211数据编码示意图

无线接收器电源插座的主控单片机的工作频率为12MHz，不用外部晶振，采用内部RC振荡方式实现，设置P1端口的4个数据输出口为强推挽模式：P1M0=0x3C；P1M1=0x00，采用定时器0实现定时功能，使用中断方式控制，定时周期为10ms。

无线接收器电源插座程序流程图如图3，图4所示。

2.1记录无线编码信号高电平脉冲宽度

STC15W204S[5]单片机工作在12MHz时，对12Tf1高电平时间脉宽进行测试，得到计数值为320。采用无符号整型数组存储脉冲宽度计数值，低电平数据时不存储，高电平存储，数组长度为50，将接收到的无线信号依次存储到数组中，数组长度50至少可以保证一组完整的有效数据。

图3无线接收器电源图410ms定时器0

插座软件流程图中断服务程序

2.2数组中的脉宽计数值转换二进制值

从数组中0序号开始依次选择32组数进行判断，这里设置的信号宽度值：signal_width=280，大于280为二进制值1，小于等于280为二进制值0。将32个二进制值，依次存储到wireless_data的数组4组数中，其中wireless_data[0]存储bit_width数组中前8个数对应的二进制值，bit_width[0]对应的二进制值存在最高位。

2.3通过移位操作，将帧前码移到最高位

根据wireless_data的数组的4组数，计算result=wireless_data[0]*0x1000000+wireless_data[1]*0x10000+wireless_data[2]*0x100+wireless_data[3][6]；判断result的高8位是否为0x55，否则左移1位result；如果在小于25移动次数内，出现0x55，记录移到的次数K，将bit_width数组的数（序号0开始标号）从第K个开始将脉宽计数值转换二进制值，方法参照2.2节，得到新的wireless_data数组的4组数，转换后将得到wireless_data[0]=0x55，wireless_data[1]=0x00，wireless_data[2]为按键的有效数据。

2.4数据处理及控制

在软件设计中，连续两次收到一样的有效数据后，根据相应的编码信号，实现相应的控制功能，同时开启定时器0计时，采用wireless_data[2]的编码信号如表2所示。

如果在60～200ms一直内都有收到数据，则认为按键是一直被按住，通过置timer_flag标志位，屏蔽后面收到的数据。

如果在210ms没有接收到数据，则认为按键已经都松开，关闭定时器0，恢复所有标志位，计数值都清0。

表2wireless_data[2]的16进制编码

3结论

采用CS5211编码芯片+ASK无线调制方式实现无线遥控器，无线信号接收采用315MHz的超外差接收模块实现，采用这种控制方式，实现方法简单，同时成本较低，本设计的无线智能插座遥控距离大于15m。无线接收器插座采用STC15W204S作为主控器，采用单片机实现解码比采用解码芯片实现，控制上更加灵活，若编码芯片的振荡周期发生变化，只要调节信号宽度值signal_width即可。该无线智能插座可以广泛应用在家庭、企业与社会当中，通过无线控制切断待机设备的电源，使用方便，能有效消除用电设备的待机功耗。

【参考文献】

[1]周志敏，周纪海，纪爱华.LED照明技术与应用电路[M].北京：电子工业出版社，2009（5）：90-93.

[2]李传琦，邹其洪，黄智伟.基于MAX7033的315MHz/433MHzASK超外差式接收电路设计[J].国外电子元器件，2006（12）：65-68.

[3]黄亮.基于STC12C2052单片机的软件解码器设计[J].常州工学院学报，2008（01）：42-46.

[4]邬