t应用实例t
文章编号:1671-1041(2009)03-0046-02
仪器仪表用户
智能无线电铃控制系统设计与应用
黄桂梅,曲卫冬,刘永立
(保定电力职业技术学院,保定071051)
摘要:本文介绍了用高速嵌入式AVR单片机设计制作的智能无线电铃控制系统的构成、基本原理,分析了在无线电铃控制系统制作和应用中出现的问题,并给出了具体的解决措施。经实践应用,该系统运行良好。
关键词:AVR单片机;无线电铃;软件设计;解决对策中图分类号:TN925+.1 文献标识码:B
1.2 工作原理1.2.1 智能控制器
如图2所示为智能控制器方框图:其主要作用是根据设定的作息时间可输出4路打铃控制信号并通过图中的/四路隔离驱动电路0驱动伺服发射电路发出高频无线控制信号。
Designandapplicationoftheintelligent
wirelessbellcontrolsystem
HUANGGu-ime,iQUWe-idong,LIUYong-li
(PowerEngineeringDepartment,BaodingTechnicaland
VocationalCollegeofElectricPower,Baoding071051,China)Abstrac:tThearticlefirstgivesanintroductiontothestructure,basicworkingprinciplesoftheintelligentwirelessbellcontrolsystemusinghigh-speedembeddedAVRMCU,andthenofferssolutionstotheproblemsemergingintheprocessoftheitsmanufactureandapplica-tion.Thepracticeshowsthatthesystemrunswel.lKeywords:AVRMCU;wirelessbel;lsoftwaredesign;solution
图2 AVR单片机智能控制器方框图
0 引言
电铃在教学场所中是规范教学秩序的重要手段,传统电铃控制多采用有线方式,该方式存在弊端较多,主要有:各个教学楼群间需架设有线电缆;多个相距较远的教学场所,要想统一打铃很困难;同一场所多种铃响时间分时控制很复杂。而采用单片机控制的智能无线电铃系统可以较好的解决上述难题。
智能控制器的核心为高速嵌入式AVR单片机,为保证时间的准确性,时基采用32768钟表晶振;为提高可操作性,参数设置采用4@4矩阵键盘;为增加可读性,液晶显示器采用2@10汉字模式,该液晶显示器有背光电源使夜间也能清晰显示控制信息。为增加使用寿命提高抗干扰能力,其4路输出均采用进口高灵敏继电器。为方便使用,在软件设计时可预存夏时制和冬时制作息时间,冬、夏时制的切换由一键既可转换。1.2.2 伺服发射电路
伺服发射器、中继转发器的原理如图3所示:伺服发射器与中继转发器是无线发射的重要部件,其合理的选用对发射距离、发射稳定性、控制功能的实现等至关重要。
1 无线电铃控制系统的原理
1.1 系统构成
如图1所示,智能无线电铃控制系统主要由AVR单片机智能控制器、伺服转发或中继转发器和接收器三部分组成。
AVR单片机智能控制器根据预先设定的作息时间表进行工作,当控制时刻到,产生脉冲控制信号,该信号控制电磁继电器通断,间接控制伺服发射器编码开关。伺服发射器再根据编码开关动作发出不同编码的无线电调制信号,该信号通过高增益天线向空间发出;安装在各楼层的无线接收器收到相应控制信号后,启动电磁继电器接通电铃则响铃。
图3 伺服发射器和中继转发器原理方框图
图1 智能无线电铃系统框图
目前民用无线发射频率有很多,如150M、315M、413M等,选用频率过低会增加无线接收电路天线的尺寸,过高则高频分布参数对电路影响变大。编码芯片选用为流行的PT2262/2272,该芯片是一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位、通用编解码电路,选定四路控制码输出。发射功率的选择应适当,过大,成本增加,会产生无线污染;过小距离近工作不可靠,为此,发射峰值功率限制在1W左右,发射空间的直线距离依校园大小而定。发射码有38种,选其中1种保密性较强的编码以提高抗
ttpecn
仪器仪表用户
干扰能力。需要较远距离的传送时,可采用中继方式转发。1.2.3 无线电铃接收器
无线接收器原理框图如图4所示。
t应用实例t
图4 无线接收器原理框图
超外差式接收模块将发射电路发出经无线编码的微弱信号进行超外差式放大,然后由无线解码模块对4路控制信号进行解码,解码后再由自锁式RC逻辑定时电路对解出的控制信号进行铃响时间定时。定时时间的长短由RC时间常数及无线解码模块给出的测试信号决定,要求RC时间常数略大于测试信号,让测试信号提前干预RC充电过程,这样,定时时间统一为测试信号发出的时间。
图5 接收电路中的响铃时间逻辑控制图和脉冲时序图
2 在实践应用中存在的问题及改进措施
2.1 发射器工作电源选用
发射器工作在高频载波调制方式,对直流工作电源又有严格要求,选用不当,轻则传输距离变近或不能解码,重则导致发射功放器件的损坏。经过测试其发射时峰值电流在1A左右,因此,配用的电源必须具有较低的内阻并能输出1A左右的额定电流。如果电源内阻高会导致功率减少或寄生低频自激而造成传输距离变近。在几种不同电源测试中,开关电源尽管有较低的内阻,但开关调制会产生较多的谐波,对发射模块产生寄生调制使发射距离大打折扣。采用直流稳压供电其整流滤波后产生的残余波纹度等对发射也有一定影响。效果最好的是容量在500mAH以上的可充电电池,所以在初期设计中采用9V镍氢可充电电池,并由单片机自动进行充放电的切换保证镍氢电池有一定的使用寿命,但当充放电不符合要求时也会缩短其寿命。目前采用多只大容量的电解电容并联取代镍氢电池,经数月运行实践效果优良。2.2 接收器铃响时间的控制
铃响时间长短应适当,且能调节,一般7-15秒左右。铃响时间的控制可有两种方案:一是在接收电路中用RC逻辑电路实现;二是用单片机分别发出铃响和铃停的控制信号来实现。方案一:如图5(a)所示,该电路优点是可靠性高,但RC参数分散性大会造成同一楼群内出现不协调现象。方案二,用单片机控制铃响时间,可以做到铃响时间完全一致,但这种方案不能保证由于某种因素干扰造成单片机发出铃停控制信号丢失的弊端,一旦丢失,则铃响信号无法停止,这将会对教学秩序产生严重干扰。
为了保证铃响时间准确性又能保证铃响动作的可靠性,把上述两种方案进行有机的结合即可。正常情况下由单片机发出铃响关闭信号。当接收电路一旦因某种干扰没有收到单片机发出的铃响关闭信号则由RC电路来实现铃响关闭。其动作过程中的控制脉冲时序如图5(b)所示。2.3 系统的实时监测
有线电铃一旦连接好是不存在丢失控制信号问题,而无线电铃却不同,不同的场合安装,接收信号的强弱不能直接监测。因此,在单片机控制信号中应有一个监测信号,打铃信号时间间隔很长不方便作为监测信号。因此在4路控制信号中设有1个为监测信号,监测信号的时间间隔也不宜过短,会影响发射电路的寿命。所以,定为白天每分钟的第12秒发射一次,既作为无线检测信号,又作为铃响关闭信号。2.4 发射与接收天线的合理使用
影响无线发射与接收距离的因素很多,其中天线的选用至关重要。为保证发接距离有足够的冗余,发射天线选用最好的高增益玻璃钢全向天线,实测驻波系数小于1.15,架设位置应尽量放在教学中心楼群最高点。而接受装置采用内置天线,即用1/4波长单股塑料线缠绕,既简单又能满足接收灵敏度要求。对个别的教学楼群存在的死角,可将内置天线更换高增益鞭状天线,或1/4波长的吸盘天线。
3 结束语
基于AVR单片机的智能无线电铃控制系统设计与应用是一次有价值的尝试,在该设计与应用中把无线电传输、无线电控制技术与AVR单片机控制技术、逻辑电路控制技术等有机的结合起来并取得了预期的效果。目前无线电铃系统经过实际运行,效果良好。t
参考文献
[1]张伟.基于AT89S51的电铃控制系统的制作[J].教育现代
化,2005,(10):105-107.
[2]张建文,李大军.可编程序控制器在教室电铃控制中的应用
[J].华东地质学院学报,2001,(4):019-021.
[3]宋俊磊,周蓓.无线电铃控制系统的设计与实现[J].广东自
动化与信息工程,2005,26(2):016-019,
[4]沈文.AVR单片机C语言开发入门指导[M].北京:清华大学[5][6][7][8]
出版社,2002.
马潮.ATmega8原理及应用手册[M].北京:清华大学出版社,2003.
蒋华,孙强.近距离无线通信技术标准解析[J].信息技术与标准化,2006,(5):007-009.
严晓华.现代通信技术基础[M].北京:清华大学出版社,2006:005-235.
王心洁.一种无线遥控电铃.中国,实用新型专利.申请号/专利号:95246641.1996.
作者简介:黄桂梅(1967-),女,副教授,硕士学位,主研方向:无线电遥
控技术,单片机应用技术。收稿日期:2008-11-15(8565)
欢迎订阅
2009年度仪器仪表用户杂志
邮局订阅代号:18-226
双月刊正文120页全年六期共52.80元本刊编辑部办理补订手续
47
