1、基于 485 总线的网络控制开关设计摘要：本文介绍了一种可以提供过 485 总线控制的红外感应开关。具有人体感应模式、强制开启/关闭模式、光照度感应模式等多种工作方式，可控制 500W 以下的照明设备，应用灵活可靠，有效节约电能。集成的人体红外热释电传感器可以有效检测区域内是否有人进入，进而实现更多灵活功能。 关键词：红外热释电 开关 网络 485 总线 1 引言 传统的电灯开关都是依靠手动控制，经常出现忘记关灯、人员短时离开灯光常亮的现象。本文设计了一种可以通过 485 总线远程控制的照明开关，内部集成了人体红外热释电传感器、环境光亮度传感器、交流电流互感器、小型功率继电器、485 总线通信
2、模块，由单片机进行智能控制。开关可以检测环境光亮度与有无人员进入，在环境光较暗的时候，发现有人进入立即打开开关，而环境光线足够的环境，则不启动人造光源，有效的节约了电能。 2 系统概况 网络型红外感应控制开关是由主控 IC、人体红外热释电传感器、可见光强度传感器、继电器控制电路、电流检测电路、RS-485 网络接口电路和电源电路组成。主控 IC 检测到各传感器传送来的信号，进行逻辑判断，通过继电器控制电路控制白织灯或荧光灯动作。RS-485 网络接口为系统提供了网络协同处理能力。 3 硬件电路设计 （1）电源电路设计 本设计电源部分采用的交流电源变压器，输入电压 220V AC 输出电压 12
3、V DC，满载电流 29.1mA。变压器次级经过全桥整流，得到稳定的直流 12V 输出。另外系统还集成了 3.3V 三端稳压模块，用于提供给主控 IC和红外热释电传感器部分电路。5V 稳压电源用于 485 通信电路。 （2）主控 IC 电路设计 主控 IC 采用宏晶科技的 STC11L04E，芯片内部包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、UART 串口、IO 接口、看门狗及片内 R/C 振荡器和外部晶体振荡电路等模块。 STC11L04E 内部集成了 4KB 的 Flash，用于存储程序。同时集成 1KB EEPROM，可以将红外开关的机号、工作模式设置等信息存储在 EEPRO
4、M 里，擦写次数可达 10 万次以上。 芯片内部集成硬件看门狗功能，可以在程序崩溃以后提供可靠的复位。芯片提供 ISP/IAP 功能，更新程序时只需要连接一根 3 芯数据线即可。 （3）通信电路设计 在 TIA/EIA-485-A 标准中规定了 485 可驱动的最大负载数为 321，本设计中采用的 485 通信 IC 选择德州仪器公司设计生产的 75HVD3082，最多支持 256 个节点。用三极管 Q2 控制发送/接收状态。三极管导通时，DE/RE 被拉高，系统处于发送数据状态。当三极管截止时，DE/RE 被拉低，系统处于接收数据状态。发光二极管 D2 指示了系统的发送/接收状态。 为了防止
5、总线空闲时出现不确定状态，增加了 R15 和 R17，用来在总线空闲时，给总线上一个确定的信号。在 RS485 总线两端，会产生阻抗不连续的情况，会出现信号反射的情况。为了降低这种不匹配和不连续，需要在总线两端添加终端电阻，典型值为 1202，在总线的两端通过短接 J5 将此电阻接入总线。 75HVD3082 输出为 5V 信号，而主控 IC 工作电压为 3V，所以在75HVD3082 的输出 RO 到主控 IC 引脚间加了两个电压匹配电阻，来改变主控 IC 的输入电压。而由于主控 IC 的 IO 输出高电平为 3.3V，已经可以达到 75HVD3082 对输入高电平的要求，所以输入端直接与主
6、控 IC 的 IO 口连接即可。 （4）人体热释电红外检测电路设计 人体热释电红外检测控制 IC 使用了深圳全智芯科技有限公司设计生产的 AS081。AS081 是一个 CMOS 工艺集成的 PIR 控制芯片，功耗低。内部架构采用模拟及数字混合电路的 Mixed-mode 方式设计，各种情况下使用皆十分稳定。 为了防止主板上其它数字电路对传感器造成干扰，采用单点接地的方式，用 R12 和 R13 将数字地与模拟地分开。PCB Layout 时，也要充分考虑模拟部分信号地的铺铜处理。 （5）继电器控制电路设计 本设计采用了一组常开触点继电器，继电器线圈通电时触点吸合，线圈断电时触点断开。继电器触
7、点串连在电灯电源线路上，用来控制电灯的开关。继电器线圈采用 NPN 型三极管 Q3 控制。当单片机引脚LIGHT_CONTRL 输出高电平时，Q3 饱和导通，继电器线圈通电，触点吸合。当单片机引脚 LIGHT_CONTRL 输出低电平时，Q3 截止，继电器触点断开。 （6）电流检测电路设计 检测负载电路中有无电流通过，可以初步判断负载是否损坏，可及时通知相关维修维护人员进行检修。 4 网络通信协议格式 开关采用标准串行通信，发送和接收数据每字节 11 位，1 位起始位（0） ，8 位数据位，1 位奇偶校验位，和 1 位停止位（1） 。 通信数据流格式为：帧起始符（1 Byte）+机号（地址域）
8、 （6 Bytes）+帧起始符（1 Byte）+控制码（1 Byte）+数据长度（1 Byte）+数据域（n Bytes）+数据校验（1 Bytes）+结束符（1Byte） 。 帧起始符 69H：表示一帧开始，值为 69H=01101001B。 地址域 A0A5：地址域由 6 个字节构成，用压缩 BCD 码表示 12 位10 进制数。每个终端有一个独立的通讯地址。通讯地址 999999999999 为广播地址，广播地址仅对特定的指令进行响应，在不知道某终端通讯地址时可以通过广播地址查询。为避免总线堵塞，应慎用广播地址。 控制码 C：控制码占用一个字节，传输控制字，终端应答消息的控制码为服务器发
9、送的控制码+80H。 数据长度 L：数据域所传输的字节数。写数据时，数据长度小于50，读数据时，数据 长度小于 200。 数据域 DATA：数据域包含上位机下达的指令与控制参数或下位机上传的状态信息。数据的发送方要按字节加 33H，接收方受到数据后，按字节减 33H。 校验码 CS：校验码为从帧起始符开始到校验码之前的所有数据模256 的和。即本帧校验码前所有数据相加的和，不计超过 256 溢出的部分。结束符：表示一帧的结束，值为 17H=00010111B。 发送前导字节：在发送信息之前，先发送 14 个 FEH，以唤醒接收方或告知接收方准备接收数据。 数据传输次序：所有数据均先发送低位字节
10、，后发送高位字节。 数据传输响应时间：服务器发送命令到终端，终端接收到数据后做出响应。收到数据后的响应时间 Td：20msTd500ms。字节之间停顿时间 Tb：Tb500ms。 差错控制：字节校验为偶校验，帧校验为数据累加和校验，接收方无论检测到字节校验出错还是帧校验出错，均抛弃整帧信息，不予响应。传输速率：9600bps 5 软件设计 由于红外热释电传感器需要一个适应环境的过程，整机上电以后，等待 45 秒时间让红外热释电传感器适应现场光线，稳定后开始工作。程序运行时，先接收、处理上位机发送来得指令，再根据相应工作模式设置开关的状态，最后打开或关闭开关。 6 总结 经过实际应用与测试，本文设计的网络型红外感应控制开关能较好的实现预想效果，成功安装应用到了学校教室、机关单位走廊等公共场所。设置为人体感应工作模式时，在无人的房间，始终保持电灯关闭。有人进入后，马上点亮对应区域的电灯，实现了节约电能的作用。 参考文献： 1 于月森、叶王庆.RS-485 总线可靠性应用研究J.微计算机信息，2007，23（3）：274-276. 2 张晨昊、吴桂清、戴喻兴等.基于 485 总线的数字化温湿度控制系统的设计J.科学技术与工程，2007，7（11）：2656-2658，2661.
