基于射频单片机的自动感知遥控暖箱设计

唐华

（南京晓庄学院，江苏南京，211171）

0 引言

暖箱的出现，为南方人们的工作生活提供了便利，不过当前多数暖箱一般仅能够依靠硬件来实现自动开关、智能恒温，功能相对单一，无法很好地满足人们个性化需求。对此，可以采用软件和硬件相互结合的方式，依托物联网技术自动完成暖箱环境内温度的监测、数据的远程传输、数据的显示及远程控制等工作来实现自动、感知、遥控的功能，有效的解决日常生活使用中的若干常见问题，达到温度上限及下限要求时，能自动通断电来控制发热体，从而保证智能控制温度，通信无需对准，用免费的公共信号2.4G的载波频段；同时配有振动传感器，能智能切换安全模式，从而保证熟睡的人的安全；配有压力传感器，通过感知是否有人来自动通断暖箱发热体，从而保证更节能；采用的发热体也是24V供电，发热体可辐射出波长为8-415纳米，对身体有益的远红外，同时保障安全节能，具有一定的现实意义及实用价值。

图1 暖箱系统框图

1 硬件设计

1.1 总体设计

系统总体包括暖箱和遥控器，暖箱硬件部分采用了CC2530单片机、开关电源、温度传感器、压力传感器、发热体等，如图1所示。

暖箱遥控器硬件部分采用了CC2530单片机、OLED、按键等，如图2所示。

图2 暖箱遥控器系统框图

1.2 模块设计

一是单片机模块，CC2530单片机成本低和功耗低，具备良好性能的同时，还遵循2.4G免费无线通讯频段的无线通信技术传递数据和控制指令，该通讯方式是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术，适应无线传感器的低花费、低能力、高容错性等的要求，主要用于近距离无线连接，采用跑单任务程序，不跑系统程序，可以避免系统中由于任务轮询机制造成的事件处理速度慢，可以自由定义通信握手信号，加快数据传输速度，也使AD转换处理的速度也快；二是温度传感器模块，采用DS18B20温度传感器,有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点,采用单总线接口，测温范围是-55℃～+125℃，能精确测量暖箱内温度，配合继电器进行恒温控制；三是振动传感器和压力传感器，振动传感器采用SW-18010P传感器，压力传感器采用应变片，能智能切换安全模式，从而保证熟睡的人的安全，同时压力传感器可以判断是否有人；四是按键模块，遥控器上拥有按键，进行控制，当遥控器找不到的时候可以通过暖箱上的按键进行控制；五是OLED显示模块，为0.96寸的12864屏，用于显示暖箱温度、模式等；六是变送器电路，压力传感器输出的信号微弱，不利于单片机采集，需要增加变送器电路，便于识别；七是发热体，24V供电，发热体可辐射出波长为8-415纳米，对身体有益的远红外[1]。

2 系统设计

2.1 主程序设计

为了确保单片机内部硬件能够正常运作，暖箱系统的主程序运行需要延迟100ms，之后对相应功能模块如按键、串口、RF、ADC、DS18B20等进行初始化操作，CC2530的IO口配置我们需要配置PxSEL、PxDIR、PxINP三个寄存器，有一些复杂功能模块初始化操作不仅要配置IO口，还要配置其它寄存器，例如串口0还需要配置PERCFG、U0CSR、U0GCR、U0BAUD和UT0XIF五个寄存器。编写while进入无限循环，在循环中，扫描按键，采集温度、压力、振动数据并进行处理，作出是否需要发热体工作，需要则驱动继电器使发热体工作，同时通过RF通讯传输暖箱的状况。

暖箱遥控器的主程序则需要对OLED液晶屏、RF和按键进行初始化操作，对OLED液晶屏的初始化直接移植厂家提供的范例。编写while进入无限循环，在循环中，扫描按键，执行相应的功能，并且通过RF通讯接收暖箱传递的数据，并进行显示。

2.2 自动开关程序设计

暖箱实现自动开关，需要获取压力传感器的数据，压力传感器输出微弱的模拟信号，通过变送器放大，在通过自带的ADC模块转换成数字，端口0引脚可以配置为ADC输入端，依次为AIN0~AIN7，配置ADC操作步骤如下：（1）配置APCFG寄存器:当使用ADC时，端口0的引脚必须配置为ADC模拟输入。要配置一个端口0引脚为一个ADC输入，APCFG寄存器中相应的位必须设置为1。这个寄存器的默认值是0，选择端口0为非模拟输入，即作为数字I/O端口。（2）配置ADCCON3寄存器:单通道的ADC转换，只需将控制字写入ADCCON3寄存器即可。（3）ADC初始化:主要对端口的功能进行选择，设置其传输方向，并将端口设置为模拟输入。（4）ADC数据采集:首先将ADCIF标志位清0，接着对ADCCON3寄存器设置，该寄存器一旦被写入，转换立即开启；然后等待ADCIF置1，这时候转换完成，读取数据即可。

配置完后就可以通过主函数读取压力的数据，通过压力来判断是否有人，若有人，则读取温度传感器采集到的温度，根据系统的温度范围，判断是否进行智能恒温调节，如果一段时间（10分钟）内没有人，则停止一系列操作，保障暖箱的使用安全，时间通过定时器累计。

2.3 智能恒温程序设计

初始化DS18B20传感器后，主程序一直读取温度数据，如果温度低于设定的下限值，则CC2530的IO口输出低电平，控制驱动电路驱动继电器，实现发热体的通电，进行加热升温，如果温度高于设定的上限值，则CC2530的IO口输出高电平，控制驱动电路驱动继电器，实现发热体的断电，不进行加热。例如用户设定的温度最小值为28℃，温度最大值为40℃，幅度为2℃，暖箱开始温度为20℃，则暖箱控制发热体工作，升到42℃（温度最大值+幅度）后，发热体不工作，暖箱温度降到26℃（温度最小值-幅度），发热体继续工作，一直循环[2]。

2.4 模式切换程序设计

振动传感器输出数字信号，检测到压力的同时且一段时间（10分钟）没有到振动，则可认为用户睡着，自动切换到人体最适温度范围。

2.5 通讯程序设计

使用CC2530自身的RF通讯，和遥控器进行组网，不需要外接任何无线模块，也不需类似红外，点对点进行通讯，非常的方便，也是系统采用该CPU最主要的原因之一，RF通讯的初始化需要设置TXPOWER、CCACTRL0、FRMFILT0、FSCAL1、TXFILTCFG、AGCCTRL1、AGCCTRL2、FREQCTRL、RFIRQM0、IEN2、RFST 十 一个寄存器，部分寄存器的值推荐通过SmartRF软件生成[3]。

3 结语

本文基于CC2530单片机，对自动感知遥控暖箱系统进行了设计，通过相应的软件程序，实现了硬件模块的有机联系，可以在遥控器的屏幕上对暖箱温度、模式等进行显示，通过暖箱上自带的按键或遥控器调节温度范围、模式，通过振动传感器判断人是否入睡，并且采用低电压，更安全、节能、环保。经调研和问卷调查，暖箱的智能性、安全性和环保性得到了充分肯定，用户也提出了一些富有建设性的意见，如提升发热体的发热效率、加热时间等，可以更进一步的提升暖箱的智能化程度。

[1]张同翰,王正彦,袁双,等.基于CC2530的ZigBee的智能家居设计[J].工业控制计算机,2015,28(4):75-76.

[2]王江红,朱丽君,孙学用.基于DS18B20恒温监控系统的设计与实现[J].湖北农业科学,2013,52(8):1947-1949.

[3]张毅,徐菲菲,雷景生,等.基于CC2530和ZigBee技术智能家居系统的设计与研究[J].上海电力学院学报,2017,33(2):191-195.