隨著計算機技術、通信技術與自動化技術的發展，照明控制技術有了很大的進步，逐步進入了智能控制時代。傳統智能照明控制系統采用總線方式，具有布線麻煩、增減設備需要重新布線、系統可擴展性差、安裝和維護成本高以及移動性能差等缺點。智能照明控制系統在逐步進人無線控制時代。文獻報道了在ZigBee傳感網技術的基礎上提出了一種新型的室內智能照明控制系統，但實用的室內照明控制器
隨著計算機技術、通信技術與自動化技術的發展，照明控制技術有了很大的進步，逐步進入了智能控制時代。傳統智能照明控制系統采用總線方式，具有布線麻煩、增減設備需要重新布線、系統可擴展性差、安裝和維護成本高以及移動性能差等缺點。智能照明控制系統在逐步進人無線控制時代。文獻報道了在ZigBee傳感網技術的基礎上提出了一種新型的室內智能照明控制系統，但實用的室內照明控制器必須是低價位的，目前基于ZigBee協議標準的無線收發芯片的價格，便宜的也在十幾元，這就使得開關結點的價格過高。
AMICCOM(笙科)公司于2008年推出的一款2．4 GHz無線收發芯片A7105，該芯片低價位的突出特點為其在無線短距離消費市場贏得了巨大的優勢。但與ZigBee系列的標準芯片相比，A7105的開發不具備標準協議，這使得其開發難度大大增加，這也是該芯片遲遲未能得到廣泛應用的主要原因。本文采用經過二次開發后的A7105無線收發模塊，設計了發送與接收端的軟硬件電路。發送端通過按鍵控制來實現數據的發送，接收端接收到信號后，控制LED的亮滅，實現了無線控制功能，為進一步研究實用的室內照明無線遙控系統奠定了良好基礎。
1 A7105及無線收發模塊
A7105內含高靈敏度的接收器(1 Mbps@-93 dBm)，在10 m以內的產品應用中可大幅度減低RF的輸出功率(0～10 dBm)，以避免射頻產品對人體造成可能的損害，同時又能適應50 m一般環境的應用。A7105的所有參數可以通過SPI口配置內部寄存器來進行設置，最高的速率可達500 kb／s，適應4線或3線的SPI控制。另外射頻數據的處理有2種模式可供選擇：FIFO(利用RF內部的memory先儲存要發射／接收的數據)和Direct(直接發射／接收)。A7105內建RSSI，溫度傳感器，可以用來偵測環境對RF IC的影響，而且也內建1路ADC，作為偵測電壓使用。
A7105芯片的具體特點如下：1)頻帶為2 400～2 483MHz(ISM頻帶)；2)FSK／GFSK調制；3)發射電流為19 mA(輸出0 dBm)；4)接收電流為16 mA；5)休眠電流<1 μA；6)內置RA振蕩器；7)高靈敏度：-99 kb／s，-96 dBm@500kb／s；8)收發獨立的64字節FIFO。
本文使用的是經過二次開發的以A7105為核心的無線收發模塊。該模塊集成了無線收發的基本元器件，A7105的SCS、SCK、SDI0、IO1、GPI02等管腳已預留接口，便于和微處理器相連。模塊上帶有PCB天線，如果想增大傳輸距離，也可以外置天線。該無線模塊采用直流電源，工作電壓為+3．3 V，最大工作電流不超過21 mA，電源可以和別的設備公用，但要注意電源的質量和接地的可靠性。為防止靜電或強電擊穿，在系統設備中使用時，需要可靠的接地，接地的同時需與市電完全隔離。
2 室內照明無線控制系統
室內照明無線控制系統由1個主遙控器和多個無線遙控終端(無線開關)組成。由于室內距離較短，故系統拓撲結構采用星型結構，如圖1所示。各個無線開關用于控制室內各個照明燈具，在遙控器上有多個按鍵，用于控制室內的無線開關，從而實現對照明燈具的無線控制。
在主遙控器和各個無線開關終端中，核心元件均為A7105模塊和AT89C2051單片機。在A7105模塊中，已將A7105芯片及其正常工作所需的基本硬件電路制作完好，并留出了與微處理器相連的接口，因此A7105模塊的推出為該芯片的應用提供了很大的方便。AT89C2051單片機內部有非易失性Flash存儲器。
這為無線開關終端始終保存自身的地址信息提供了便利，不需額外增加硬件地址電路，從而降低了系統的成本。
在遙控器(發射電路)上有多個按鍵，當某個按鍵按下時，遙控器發送1個64位的地址信息。各個無線接收終端接收到該信息后，喚醒微處理器將接收到的地址信息與自身的地址進行對比，若相同，則啟動繼電器控制開關進行動作，同時將信息回饋給主控制器，以示接收成功；若不相同，節點則繼續進入睡眠模式，等待下一次喚醒。
3 系統硬件電路設計
在本系統中，采用AT89C2051的P1口管腳與A7105無線收發模塊進行數據傳遞。對于A7105無線收發芯片，其控制是通過SPI串行操作讀出或寫入數據的，SPI串行操作可以采用三線制或四線制。這里采用四線制，遙控器的電路如圖2所示，接收電路如圖3所示。在接收電路中，當接收到數據之后，通過P3．7的循環取反，實現對LED燈的亮滅控制。
由89C2051單片機的p1．0作為A7105模塊的片選信號，P1．1為模塊提供串行時鐘信號。P1．2與模塊的SDI引腳相連，負責地址信息由單片機輸出和進行數據寫操作時的數據寫入A7105。P1．3管腳與模塊的GI01相連，當進行數據的讀操作時，由P1．2送出8位地址信息，數據則通過GI01管腳被讀入單片機內部。采用四線制，需要對A7105中的GPI0x的控制寄存器進行設置，這里使用的GI01作為輸出管腳，因此需要將GPI01 Pin Control Register(地址位0Bh)中的GPI01S3～GPI01S0四個二進制位設置為“0110”即可。四線制的SPI讀寫時序分別如圖4和圖5所示。
由于A7105的工作電壓范圍為1．9～3．6 V，AT89C2051的工作電壓范圍為2．7～6 V，所以在本實驗系統中，將其電壓統一為3 V，采用兩節5號電池供電。在以后的實驗中，可考慮采用低壓差電壓調節器LM1117。
4 系統軟件設計
A7105無線收發芯片有兩種工作模式：FIFO(利用RF內部的存儲器先儲存要發射／接收的數據)和Direct(直接發射／接收)模式。不同的工作模式可以由初始化相應的寄存器來設定。在本系統中，設置A7105工作在FIFO模式下，此時最大可以寫入64個字節的數據，這里設置8個字節(64 bit)的數據作為接收模塊的地址信息。
4．1 A7105的初始化
A7105芯片在上電之后，首先進行的就是初始化，下面結合初始化程序進行說明。
4．2 發射電路程序設計
發射電路在上電之后，首先對A7105無線收發模塊進行初始化，之后進入按鍵檢測狀態。若有按鍵按下，則進行發送數據，之后進入等待接收來自接收電路的反饋信號。在電路初始化時，已將A7105的GI01管腳設置為高電平，進入等待接收數據后，如果有數據到來，則GI01管腳變為低電平。當數據到來時，將GPI01 Pin Control Register(地址位OBh)中的GI01I設置為1，可以讓GI01管腳輸出反向。發射電路的系統程序流程如圖6所示。
4．3 接收電路程序設計
在接收電路中，MCU首先初始化A7105模塊，和存儲64位的地址信息，然后進入等待接收狀態。當接收模塊接收到發送電路發來的數據后，與自己內部儲存的64位的地址信息進行對比，若相同，則發送確認信息，并控制P3．7管腳輸出低電平，點亮LED，其主程序流程如圖7所示。
5 結論
該系統采用89C2051和A7105無線收發模塊，實現了LED的無線遙控，為進一步研究室內照明無線遙控系統奠定了基礎。當然，本系統電路和實際使用的無線遙控系統還有一定差距，主要表現在以下三點：1)實用的室內無線照明系統的接收模塊是通過繼電器去控制220 V的交流電，本系統中僅以一個LED來模擬；2)實際中有多個無線接收模塊，因此在主控制器中也應該有多個按鍵；3)本系統尚未考慮節能的問題。如果采用電池供電，必須考慮節能的問題，在沒有數據傳輸時，均應考慮讓單片機和無線收發模塊進入體眠模式。如果能從220 V交流電中獲取能量，則可以不考慮能量的問題，但會使得設計成本增加。
本系統的突出優點在于價格低，A7105無線收發模塊批量購買，每片不足5元，AT89C2051單片機1元左右。若設計成實用的產品，則需增加繼電器，目前普通繼電器例如MK2P(JTX-2C)在5元左右，若批量購買，價格會更低。另需按鍵和外殼等，最終成本可以控制在15元以內。因此，若本系統能夠成功應用于室內照明無線遙控，則出售價格會非常低，普通百姓能夠承擔得起，在國內將會擁有廣闊的市場。 |
