無線紅外增氧機(jī)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周凌林，陸 凱

1.江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，江蘇徐州 221116

2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京 210000

0 引言

對(duì)于廣大養(yǎng)殖戶來說，夏季夜晚天氣時(shí)常悶熱，夜間要經(jīng)常起床巡查蝦塘或者魚塘，這是件很累的活，一不小心就很可能造成魚蝦由于缺氧而大面積死亡，損失慘重。同樣，在雷電交加的夜晚，需要到室外冒雨關(guān)閉380V高壓的增氧機(jī)也是件很危險(xiǎn)的事。以往增氧機(jī)的設(shè)計(jì)主要考慮的是增氧機(jī)的性能，以及怎樣最節(jié)約電能，對(duì)于怎樣控制增氧機(jī)的工作方式幾乎沒什么突破性設(shè)計(jì)，然而該系統(tǒng)可以很好地解決這一隱患，通過像控制電視、空調(diào)一樣控制增氧機(jī)，雷雨天氣在家里就能控制增氧機(jī)，從而大大降低了安全隱患；而且，在悶熱的夜間增氧機(jī)能自動(dòng)工作并及時(shí)提醒養(yǎng)殖戶。系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安全性高，系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)用人群廣。

1 紅外遙控簡(jiǎn)介

在現(xiàn)代紅外應(yīng)用中，紅外遙控已作為目前使用最為廣泛的一種通信和遙控手段。在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等惡劣環(huán)境下，采用紅外遙控不僅安全可靠，而且能有效地隔離電氣等的干擾。通用型紅外遙控系統(tǒng)由紅外發(fā)射和紅外接收兩大部分組成?，F(xiàn)在常應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，如圖1所示。發(fā)射部分包括鍵盤、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路等。

圖1 紅外線遙控系統(tǒng)框圖

紅外通信的基本原理實(shí)質(zhì)上就是指利用紅外線來作為載體傳送信息。把單片機(jī)等產(chǎn)生的編碼控制信號(hào)，經(jīng)由調(diào)制電路調(diào)制為32kHz～40kHz的方波信號(hào)（提高發(fā)射效率、降低功耗）。在經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管（IRED）發(fā)出紅外遙控信號(hào)；在接收端使用與發(fā)送端相配對(duì)的紅外光電二極管，接收含有控制信號(hào)的紅外信號(hào)，在將該紅外信號(hào)解調(diào)為電信號(hào)后，在送入單片機(jī)進(jìn)行解碼，以得到相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成紅外信息的傳送。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖2所示，系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

下圖3是室內(nèi)部分實(shí)物模擬圖

圖3

2.2 系統(tǒng)主要硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)的控制分為兩大部分，第一部分為人為遙控控制，通過遙控器發(fā)射固定頻率的信號(hào)給接收端，接收解碼后單片機(jī)解碼后控制增氧機(jī)工作；第二部分為氣壓監(jiān)測(cè)裝置，自動(dòng)檢測(cè)大氣壓變化，當(dāng)大氣壓低于預(yù)設(shè)預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)增氧機(jī)，并通過發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，報(bào)警器響應(yīng)，液晶顯現(xiàn)警告提醒。

控制系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)如下圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)。

2.3 單片機(jī)控制單元

本系統(tǒng)一部分由于長時(shí)間電池供電，所以要求低功耗，并且處理速度要快，因此這里采用TI公司的msp430f149單片機(jī)。msp430 f149單片機(jī)是16位RISC結(jié)構(gòu)，指令速度可達(dá)8M，含60K Flash 程序存儲(chǔ)空間，電源電壓1.8V～3.6V低電壓；活動(dòng)模式耗電250μA/MIPS，I/O口輸入端口的漏電流最大僅50nA。特別方便的是通過串行口可直接下載程序，無需專用編程器和仿真器，大大簡(jiǎn)化開發(fā)成本.

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 部分操作時(shí)序分析

接收端接收信號(hào)解碼時(shí)，必須給單片機(jī)一段延時(shí)，以至解碼完全。當(dāng)一個(gè)鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖，這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（9ms），一個(gè)結(jié)果碼（4.5ms），低 8 位地址碼（9ms～18ms），高8位地址碼（9ms～18ms），8位數(shù)據(jù)碼（9ms～18ms）和這 8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms～18ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.5ms）組成。

代碼格式（以接收代碼為準(zhǔn)，接收代碼與發(fā)射代碼反向）。

解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別“0”和“1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”均以0.56ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“0”為0.56ms，“1”為1.68ms，所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過后，開始延時(shí)，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見，延時(shí)必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms，否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此?。?.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右均可。但根據(jù)碼的格式，應(yīng)該等待9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼完成后才能讀碼。

3.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)程序設(shè)計(jì)主要是紅外裝置的發(fā)射和接收，單片機(jī)正確識(shí)別接收裝置的電平特性，驅(qū)動(dòng)繼電器工作等。首先對(duì)程序進(jìn)行相關(guān)初始化，然后讓單片機(jī)監(jiān)測(cè)接收裝置的電平輸入特性，做出相應(yīng)的操作，控制繼電器，最終控制整夠系統(tǒng)。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)已制作成實(shí)際電路（模型電路），各模塊經(jīng)調(diào)試后均能正常工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)可由操作者通過遙控器發(fā)出固定頻率的信號(hào)控制增氧機(jī)的工作。該系統(tǒng)主要是針對(duì)雷雨等惡劣天氣的需要設(shè)計(jì)的，以單片機(jī)系統(tǒng)為核心，通過無線收發(fā)裝置遠(yuǎn)程控制增氧機(jī)，且也能智能控制增氧機(jī)。功耗低、抗干擾能力較好，可以使用在魚塘，蝦塘等養(yǎng)殖場(chǎng)所。具有較好的適用性，易于操作。

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