3 硬件電路的具體設(shè)計(jì)

　　根據(jù)前面器件選擇和總體構(gòu)建的考慮，本文完成的無線控制器具體設(shè)計(jì)電路如圖2所示。其中MC9S08QG8微控制器（MCU）的大部分管腳具有多重功能，電路設(shè)計(jì)中，即以MC9S08QG8為核心，實(shí)現(xiàn)各種控制。

　　圖2無線控制器應(yīng)用原理圖分為三部分：MC9S08QG8 MCU所需的基本連接；MCl 3192無線收發(fā)器的連接；16×2 LCD和4個(gè)按鍵的連接。

　　各部分的供電電源為低電壓3 V，可用兩節(jié)7號電池供電。MCU的時(shí)鐘電路無需外接晶振，直接使用MCU內(nèi)部自帶的時(shí)鐘；MCU的RST和BKGD引腳用于BDM接口的連接，完成程序下載后可另作它用，比如MCl3192的中斷信號IRO就接至PTA3／RST／IRQ復(fù)用；圖2中MCl3192收發(fā)器其他外圍電路使用數(shù)據(jù)手冊提供的工作所需的最低硬件要求。MCU與MCl3192的連接按照標(biāo)準(zhǔn)SPI方式連接，MCU為主機(jī)，MCl3192為從機(jī)，通過MOSI，MISO，SPSCK信號線可以配置收發(fā)器，并發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。同時(shí)也可以通過SPI配置收發(fā)器提供的定時(shí)器和GPIO引腳，將其用于其他的目的。收發(fā)器的片選CE信號由MCU的通用I／O口PTB5進(jìn)行選通。收發(fā)器要切換運(yùn)行模式（接收、發(fā)送、半休眠、休眠或空閑）還需要另外一個(gè)信號，該信號稱為RXTXEN，由MCU的通用I／O口PTB7進(jìn)行處理。MCU與MCl3192之間的數(shù)據(jù)傳輸模式可采用流模式，每次收發(fā)一個(gè)字（16 b），都通過中斷由MCU控制處理，這樣可以最大限度地保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

　　16×2 LCD的RS，R／W，E信號由MCU通用I／O口PTB的三個(gè)引腳進(jìn)行控制，實(shí)際上可以將R／W直接接低電平，或者軟件控制使始終為低點(diǎn)平，因?yàn)閼?yīng)用時(shí)只需對LCD做命令、數(shù)據(jù)寫入；數(shù)據(jù)線采用LCD的4線訪問形式，即只用DB4～DB7，由MCU的PTA0～PTA3提供；背光電源BKL+，BKL-不接，以減少功耗。4個(gè)按鍵也接在MCU的PTA0～PTA3，與LCD數(shù)據(jù)線復(fù)用，按鍵的上拉電阻使用MCU內(nèi)部配置的，無需外接上拉以減省元件。同時(shí)當(dāng)?shù)却幚戆存I時(shí)，MCU將按鍵輸入直接配置成按鍵輸入中斷，也減少了硬件連接和軟件復(fù)雜度，按鍵發(fā)生時(shí)MCU自動(dòng)轉(zhuǎn)去讀取按鍵輸入及按鍵處理，當(dāng)要進(jìn)行LCD顯示時(shí)，MCU又將復(fù)用線臨時(shí)配置成數(shù)據(jù)輸出，配合LCD控制信號完成LCD的內(nèi)容顯示。

　　MCU的8 KB FLASH和512 B的存儲器資源對于一般的無線控制是足夠的，另外，設(shè)計(jì)中還會(huì)用到MCU的定時(shí)器資源，通過定時(shí)比較器生成一般無線控制應(yīng)用中都需要的定時(shí)時(shí)間，通過軟件編程可以方便地實(shí)現(xiàn)。

　　4 無線控制功能示例

　　以上設(shè)計(jì)方案適用于多種無線控制應(yīng)用，如空調(diào)、智能風(fēng)扇等的無線控制。在此方案基礎(chǔ)上還可以擴(kuò)展出更復(fù)雜的無線控制應(yīng)用，因?yàn)镸CU還有少量口線（比如再增加一個(gè)設(shè)備開關(guān)按鍵）、MCl3192還有很多接口如它自帶的GPIO、定時(shí)器等都是可利用資源；同時(shí)此方案其實(shí)仍然可以精簡，比如不需要顯示的無線控制應(yīng)用，就可省去LCD顯示器。

　　以空調(diào)的無線控制應(yīng)用為例，按本文硬件設(shè)計(jì)原理，使用LCD來顯示不同的功能菜單，如當(dāng)前溫度、定時(shí)設(shè)置、溫度設(shè)置和工作狀態(tài)報(bào)告等。4個(gè)按鍵可以分別安排為：

　　SW1為功能菜單或狀態(tài)報(bào)告；SW2為增加數(shù)值或功能切換；SW3為減少數(shù)值或功能切換；SW4為確認(rèn)或接受，兼用開關(guān)設(shè)備。

　　當(dāng)應(yīng)用開始時(shí)，空調(diào)總是處于關(guān)閉狀態(tài)。必須先按SW4按鍵才能打開空調(diào)。當(dāng)強(qiáng)制關(guān)閉空調(diào)時(shí)，SW1+SW4按鍵起作用?？照{(diào)打開后，LCD上會(huì)顯示當(dāng)前溫度和上次設(shè)定溫度，一旦空調(diào)打開，可以分別使用SW2鍵和SW3鍵來降低或增加溫度。這時(shí)如果要設(shè)置空調(diào)的各種工作模式如制冷、制熱、除濕、自動(dòng)、風(fēng)向、風(fēng)速、定時(shí)時(shí)間及溫度等，可以按動(dòng)SW1切換功能并配合SW2鍵、SW3進(jìn)行操作，每次用按鍵修改了工作模式、溫度、定時(shí)時(shí)間等設(shè)置后，系統(tǒng)會(huì)采用一個(gè)簡單的協(xié)議將控制命令通過MCl3192無限收發(fā)器發(fā)送到加熱／制冷系統(tǒng)。此時(shí)可按SW4鍵確認(rèn)以使LCD恢復(fù)到狀態(tài)報(bào)告及新的設(shè)定指示。

　　如果沒有設(shè)置定時(shí)時(shí)間，空調(diào)永遠(yuǎn)不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，需要人工強(qiáng)制關(guān)閉。設(shè)置定時(shí)時(shí)間能自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，安排定時(shí)時(shí)間在5～300 min之間。如果設(shè)置希望的定時(shí)時(shí)間，步驟如下：

　?。?）打開空調(diào)，如果空調(diào)處于關(guān)閉狀態(tài)，則不能設(shè)置定時(shí)時(shí)間；

　?。?）按SW1鍵。調(diào)整菜單到定時(shí)功能，使在LCD上顯示定時(shí)設(shè)置菜單；

　?。?）按SW2鍵或SW3鍵來減少或增加希望的定時(shí)時(shí)間；

　　（4）按SW4來接受新的定時(shí)時(shí)間；

　?。?）一旦接受新的定時(shí)時(shí)間后，LCD上會(huì)再次顯示工作模式、當(dāng)前溫度、定時(shí)時(shí)間、剩余時(shí)間等相關(guān)信息。

　　對應(yīng)于設(shè)備定時(shí)關(guān)閉，空調(diào)的自動(dòng)開啟功能則需要在本文電路基礎(chǔ)上增加專門的時(shí)鐘芯片來獲得日期、時(shí)間信息基準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)，具體本文不做討論。

　　5 結(jié) 語

　　本文僅使用了一個(gè)FREESCALE MC9S08QG8低端微控制器，再加上很少的一些連接線和硬件資源，已經(jīng)具有無線通信能力和人機(jī)交互功能。這說明ZigBee無線應(yīng)用并不一定總是需要高性能的微控制器，低端微控制器也能夠完成無線網(wǎng)絡(luò)要求的一些基本任務(wù)，從而降低了整個(gè)解決方案的成本。同時(shí)，本文實(shí)現(xiàn)的無線控制器具有功耗低、元器件少、成本低、性能高而功能全的特點(diǎn)，是嵌入式無線控制應(yīng)用的一種精簡解決方案。