基于单片机的家用电器电源无线控制系统设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的家用电器电源无线控制系统设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

7A除 了上述基本电路所占用的 7 支接脚外，其余的 33支接脚都可当成输出、输入接脚，输入输出端口是单片机基本界面，可以与周边电路进行电路控制和信号传输与检测。 PIC 是 8位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满 8 支 接 脚 ， 并 将 I/O 命 名 为 PORTA(RA0~RA5) 、 PORTB(RB0~RB7) 、PORTC(RC0~RC7)、 PORTD(RD0~RD7)和 PORTE(RE0~RE2)等。 系统所选无线模块 模块介绍 nRF905 采用 Nordic 公司的 VLSI ShockBurst 技术。 ShockBurst 技术使nRF905 能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速 MCU来进行数据处理 /时钟覆盖。 通过将与 RF协议有关的高速 信号处理 放到芯片内， nRF905 提供给应用的微控制器一个 SPI 接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。 nRF905通过 ShockBurst工作模式在 RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。 在 ShockBurst RX 模式中，地址匹配 AM 和 数据 准备就绪 DR 信号通知 MCU 一个有效的地址和 数据包 已经各自接收完成。 在ShockBurst TX 模式中， nRF905 自动产生前导码和 CRC 校验码，数据 准备就绪DR 信号通知 MCU 数据传输已经完 成。 总之，这意味着降低 MCU 的存储器需求也就是说降低 MCU 成本，又同时缩短软件开发时间。 NRF905 无线模块特点 (1)433Mhz 开放 ISM 频段免许可证使用 (2) 最高工作速率 50kbps，高效GFSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合 (3) 125 频道，满足多点通信和跳频通信需要 (4) 内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制 (5)低功耗 工作，待机模式下状态仅为 (6)收发模式切换时间 650us (7) 模块可软件设地址，只有收到本机地 址时才会输出数据（提供中断指示 )，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便 (8) TX Mode: 在 +10dBm 情况下，电流为 30mA。 RX Mode: (9)标准 DIP 间距接口，便于嵌入式应用 (10)RFModuleQuickDEV 快速开发系统，含开发板。 接口电路管脚说明 如下 ： 1 VCC 电源 电源 +～ DC *****大学毕业设计（论文） 10 2 TX_EN 数字输入 工作模式选择 3 TRX_CE 数字输入 使能芯片发射或接收 4 PWR_UP 数字输入 芯片上电 5 uCLK 时钟输出 (未使用 ) 6 CD 数字输出 载波检测 7 AM 数字输出 地址匹配 8 DR 数字输出 接收或发射数据完成 9 MISO SPI 接口 SPI 输出 10 MOSI SPI 接口 SPI 输入 11 SCK SPI 时钟 SPI 时钟 12 CSN SPI 使能 SPI 使能 13 GND 地 接地 表 21 接口电路管脚说明 （ 11） NRF905 无线模块 原理图： 图 22 NRF905无线模块 原理图 系统总体设计框图 本设计方框图如图 1图 2所示，单片机的正常工作由电源、时钟电路、和复位电路组成。 图 1发射电路中键盘扫描为控制按键；数码显示电路用以显示*****大学毕业设计（论文） 11 所操作的路数；指示灯电路用以指示用电器的指示状态； 将信号 调制在 315MHZ高频上 通过无线发射模块 nRF905 的 高频发射电路是将高频信号经过放大后发射出去。 图 2 接收电路中高频接收 模块 nRF905 电路将接收到的高频信号放大 、检波 ， 检波出数字信号，保证信号的强度 ， nRF905 数据输出端的信号直接置位单片机的 P口，让单片机得到相应的控制信号；控制各路继电器是由单 片机根据接收到的控制信号调用程序控制相应继电器，从而实现用电器的开与关。 图 23 无线系统设计框图 图 24 无线接收系统设计框图 PIC16F877A 复位电路 nRF905 时钟电路 指示灯显示 控制各路继电器 高频接收电路 无 线 发 射 系 统 无 线 接 收 系 统 *****大学毕业设计（论文） 12 三、硬 件设计 prote 99SE 软件的使用 在这里我要介绍一下，接下来我在绘制系统电路原理图 时所要要使用到的 prote 99SE 软件。 随着电子工业的飞速发展 , 电路构成的复杂化与精密化 , 器件体积的减少与功能变得越来越复杂 , 电路板的结构也就变得愈来愈复杂与精密 , 这使得传统的生产工艺随着计算机的发展和普及 , 逐渐将计算机辅助设计技术引入其中，而相应软件的发展是伴随着操作系统的发展而前进的。 prote 99SE 有很多功能，这里我所要使用到的是 电路图设计，主要有 Advanced Schematic 99： 此模块主要用于原理图设计，包含原理图编 辑器，元器件库编辑器和相应报表生成器； Advanced PCB 99： 此模块用于电路板设计，主要包含电路板编辑器， 元器件编辑器和电路板组件管理器； Advanced Route 99： 用于 PCB 的自动布线器。 表 31 prote 99SE软件界面图 Protel 99SE 软件功能强大，具有人机界面友好，使用方便，是从事电子线路设计与开发人员的一个很好的工具。 因此，学习本软件的使用，除了具有一般软件操作技能外，还需具备一定的电子线路专业方面的知识和具备一定的实践技能。 通过学习使用该软件，我便开始接下来的各系统电路图的设计绘制工作。 键盘电路的设计 *****大学毕业设计（论文） 13 根据要求，控制对象是十路以上的被控电路，用 数码管显示级数，因此采用单片机的 4x4键盘进行编码，最多可以控制十六路 对象，可以采用单片机编程来实现。 键盘为 4 4矩阵键盘，行列式矩阵键盘只需 N条行线和 M 条列线即可组成具有 N M 个按键的键盘，具有使用很少 I/O 线实现按键扩展的优点， 4 4矩阵键盘用一个 P 口即可。 工作原理可描述为：首先判别键盘中有无按键按下，由单片机I/O 口向键盘送全扫描字，然后读入列线状态来判断。 方法是：向行线输出全扫描字 00H，把全 部行线置为低电平，然后将列线的状态读入累加器 A 中。 如果有按键按下总会有一根列线电平被拉至低电平，从而使列输入不全为 1。 判断键盘中哪一个按键被按下是通过将行线逐行置低电平后，检查列输入状态实现的。 方法是：依次给行线送低电平，然后查所有列线状态，称行扫描。 如果全为 1，则所按下的键不在此行；如果不全为一，则所按下的键必在此行，而且是在与零电平列线相交的交点上的那个键。 显示电路的设计 本设计用 P2 口做为键盘的扫描口，高位为列，地位为行，由单片机循环扫描， 实时取出每次按下的按键，从而去实现相应的功能。 本次设计用 DPY7SEG数码管显示用户所操作的用电器 工作状态。 采用 两个数码管 更清晰的显示受控电器的工作状态。 如图 4 所示。 PIC16F877A 的串行口 RD0 至 RD6 为一个全双工串行通信口，工作在方式 0 下可作同步移位寄存器，其数据由 RD 口 串行输出或输入，在同步时钟作用下，实现由串行到并行的数据通信。 本电路中即是 设计 使用串行通信来实现了用户控制用电器路数的实时显示。 并且由单片机直接驱动共 阴发光二极管，当相应按键按下时， 在显示程序的控制下相关 发光二极管发亮， 显示出数 字，对应该数字的是受控电器的一种工作状态。 通过显示电路可以很直观的满足人们的操作明确性，和指令针对性。 因此数码显示电路是必不可少的硬件设备。 ● RD0— RD6：并行输出端，分别接 LED 显示各引脚。 ● 在数码管脚与单片机引脚的连接线路中设计连接 300 欧姆电阻和 9013 三极管。 此次设计使用共阴型数码管，由 PIC16F877A 单片机 直接驱动。 数码管的 的数据输入端 a 至 g 脚接 PIC16F877A 的串行口数据输出端 RD0 至 RD6。 当需要显示路数时，单片机将要显示的数字的字型码由 输出端直接 送出， 数码管中的 7*****大学毕业设计（论文） 14 个发光二 极管依据命令对应的几个二极管发光显示出数字，表示出电器的工作状态。 发射电路的设计 本设计的发射电路由编码器 无线发射模块 nRF90 HEADER4*2 模块 组成。 HEADER4*2 模块的 1脚接电源模块、 2 脚接地， 7 脚分别接单片机的 RBRB RB3 输出脚。 8脚分别接单片机的 RB RB RB2 输出管脚。 无线模块则插接在 HEADER4*2 模块的端口上。 形成一个无线发射组合设计。 PIC16F877A通过 RB2RB7 引脚输出控制信号 ，通过这些管脚传送到无线发射模块，无线模块在接收到主控单片机的命令后，调整放大信号， 送出调制过的 433MHZ 高频控制信号给发射电路，经过高频发射。 接收电路的设计 当 nRF905发现有和接收频率相同的载波时，其载波检测 (CD) 被置为高电平；此后，当 nRF905 接收到有效地址时，地址匹配 (AM) 被置为高电平；当 nRF905接收到有效的地址包 (CRC 校验正确 ) 时， nRF905 将去掉前导码、地址和 CRC 位，同时将数据准备就绪位 (DR)置为高电平， 并用 MCU（控制器）设置 TRX CN 为低电平，以进入 standby 模式，从而使 MCU 能够以合适的速率通过 SPI（ 通信总线 ）接口读出有效的数据；当所有的数据读出， nRF905 将 AM 和 DR 设置为低电平，以便使 nRF905 准备进入 ShockBurstRX、 ShockBurst TX 或 Powerdown 模式。 接收电路的作用是将发射电路发出的 433MHZ 高频信号通过天线接收。 经过识别 、检波电路、滤除杂波电路，最后将信号送到 无线接收模块 nRF905，由无线模块调制解调高频信号 的数据 并 进行解码分析 通过固体开关直接 输入PIC16F877A。 电路如图 为接收模块系统连接图 所示： *****大学毕业设计（论文） 15 图 33 接收系统原理图 .接收电路组成模块设计 PIC16F877A 单片机设计 图 34 接收电路单片机图 电源及其他电路模块设计 为 适合本设计的要求 此处我选择的是 LM1117 稳压模块。 LM1117 特性 如下 ： 提供 、 、 、 、 5V 和可调电压的型号； 节省空间的 SOT223 和 LLP 封装； 电流限制和热保护功能； *****大学毕业设计（论文） 16 输出电流可达 800mA； 线性调整率： %（ MAX）； 负载调整率 ： %（ MAX）； 温度范围 —— LM1117:0℃ ~125℃ 图 35 电源接口与固体开关电路图 复位电路 是必不可少的一部分， 它 的作用在于能 把 工作 电路恢复到起始状态。 进行清零操作。 以便回到原始状态，重新 操作。 一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。 篡位电路都 是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了。 再复杂点就有三极管等等配合程序来进行了。 图 36 复位开关设计电路图 *****大学毕业设计（论文） 17 ④无线模块设计 （ 1） VCC 脚接电压范围为 ~，不能在这个区间之外，超过 将会烧毁模块。 推荐电压 左右。 (2)除电源 VCC 和接地端，其余脚都可以直。