现有的定时控制器都是一对一的控制，灵活性好，独立性强，但在使用多个定时器的场合，由于定时部分无法共享，故硬件成本较高。本文开发的系统，将现有的单机定时控制器、无线遥控器、网络通讯模块融合在一起，使系统的性价比有了极大的提高：本系统可实现“一对五”的控制，既一个定时器可控制５个用电设备（无线接收控制插座），可大大的降低系统的硬件成本；定时控制器与被控设备的通讯采用ＲＦ无线方式，免去了布线的麻烦；将网络技术应用于定时器控制，彻底突破了控制距离的限制和提高了系统控制的实时性及灵活性；整个系统基于单片机来实现，成本低功耗小。系统的构成如图１所示。 图１
１系统硬件概述
系统的硬件主要由ＭＣＵ、网络模块、看门狗芯片、时钟芯
片、Ｅ２ＲＯＭ、ＲＦ无线收发模块以及人机交互界面构成（如图２）。
本系统网络登陆方式采用了Ｂｒｏｗｓｅｒ－Ｓｅｒｖｅｒ（浏览器－服务器）结构，在单片机的ＲＯＭ里需要保存由大量的网页构成的数据库。因此，选用了华邦公司的Ｗ７８Ｅ５１６Ｂ型号５１单片机作为主控ＭＣＵ芯片。此芯片内置６４ＫＦＬＡＳＨＥＰＲＯＭ，５１２字节的ＲＡＭ空间。
粘扣作为嵌入式系统，必须提高系统运行的安全稳定性。因此外加了一片看门狗芯片Ｘ５０４５。为了保存用电器的大量定时信息，通过Ｉ２Ｃ总线外扩一片Ｅ２ＲＯＭ芯片。因为系统的运行是全自动
的，如果使用单片机内部定时器产生时钟，可能会造成较大偏
差，造成定时运行的不准确。为了产生比较准确的时钟，使用了一片外挂的ＰＣＦ８５６３时钟芯片，为系统产生准确的时钟信息。因为与网络芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ进行连接需要大量的网络数据缓冲区，本系统还外扩了一片大容量的ＲＡＭ芯片。
另外，本系统使用单片机内置定时器模拟ＰＴ２２６２产生软编码信号，通过电容三点式ＬＣ振荡电路产生无线信号发射。
２网络部分硬件及软件设计
２．１ＭＣＵ与网卡模块的连接
本系统网卡模块采用了Ｒｅａｌｔｅｋ公司的ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片。ＲＴＬ８０１９ＡＳ支持８位和１６位的数据传输，ＷＩＮＢＯＮＤ７８Ｅ５１６Ｂ是８位ＭＣＵ，所以ＲＴＬ８０１９ＡＳ的［ＳＤ０～ＳＤ７］接单片机的Ｐ０口，［ＳＤ８～ＳＤ１５］悬空。ＲＳＴＤＲＶ（３３脚，ＲＥＳＥＴ）接单片机的Ｐ１．１来复位网卡。ＩＯＲＢ，ＩＯＷＢ接到单片机的ｐ３．７，ｐ３．６（
／ＲＤ，
／ＷＲ）。
本系统没有采用ＲＴＬ８０１９ＡＳ的中断，采用的是查询方式来对网卡进行控制。
ＳＡ１９～ＳＡ０为网卡的地址线，共２０根，我们用到的网卡地
址为十六进制的０３００Ｈ～０３１ＦＨ（芯片的Ｉ／Ｏ地址由以下几个引脚８５，８４，８２，８１（ＩＯＳ３～ＩＯＳ０）决定，笔者取ＩＯＳ３～ＩＯＳ０全为０），转换为二进制为：００００００００００１１００００００００Ｂ～００００
基于５１单片机的低价型远程多用途无线遥控模块
徐
渺
唐厚君
左冀青（上海交通大学电气工程系，上海２００２４０）
摘要
开发完成了一种基于单片机的远程无线遥控系统，其主控制器为Ｗ７８Ｅ５１６Ｂ微处理器，网络通讯采用ＲＴＬ８０１９ＡＳ芯片，实现了低成本和低功耗；远程登录采用浏览器／服务器（Ｂ／Ｓ）模式，不需要在远程终端上安装软件就可完成相应的操作；本地控制器与被控设备的通讯采用ＲＦ无线遥控方式，免去了布线的麻烦；通过单片机进行软件模拟ＰＴ２２６２硬件编码，节约了硬件成本。
关键词：ＲＴＬ８０１９ＡＳ，Ｂ／Ｓ，ＰＴ２２６２软件编码，嵌入式，远程控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｒｅｍｏｔｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐＷ７８Ｅ５１６Ｂ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ＇ｓｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｂｕｉｌｔｏｎｔｈｅＲＴＬ８０１９ＡＳＣＭＯＳｃｈｉｐ，ｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅｒｅｍｏｔｅｌｏｇｉｎｕｓｅｓｔｈｅｂｒｏｗｓｅｒ／ｓｅｒｖｅｒｍｏｄｅ，ａｎｄｉｔｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｏｎｒｅｍｏｔｅｔｅｒ－ｍｉｎａｌ．Ｔｈ洗水
ｅＲＦｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｉｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｄｅｖｉｃｅ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｔｒｏｕｂｌｅｂｒｏｕｇｈｔｂｙｒｏｕｔｉｎｇｉｓａｖｏｉｄｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．ＵｓｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｅｎｃｏｄｉｎｇｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅＰＴ２２６２ｓａｖｅｓｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｏｓｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＴＬ８０１９ＡＳ，Ｂ／Ｓ，ＰＴ２２６２ｓｏｆｔｗａｒｅｅｎｃｏｄｅｒ，ｅｍｂｅｄｄｅｄ，ｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌＤｅｓｉｇｎｏｆＲｅｍｏｔｅＷｉｒｌｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎ５１ＳｅｒｉｅｓＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐ
图２系统硬件框图
６９
基于５１单片机的低价型远程多用途无线遥控模块
００００００１１０００１１１１１Ｂ，可以发现，网卡地址线的Ａ１９～Ａ５是
固定的００００００００００１１０００，因此Ａ１０～Ａ１９和Ａ５～Ａ７接地，
ＳＡ８～ＳＡ９接＋５Ｖ，ＳＡ０～ＳＡ４对应接微处理器的Ａ０～Ａ４。
微处理器访问网卡Ｉ／Ｏ的地址为十六进制的７ＦＥ０Ｈ～
７ＦＦＦＨ，在程序里定义了ｒｅｇ００－ｒｅｇ１ｆ来对应３００Ｈ～３１ＦＨ的
Ｉ／Ｏ端口。
＃ｄｅｆｉｎｅｒｅｇ００ＸＢＹＴＥ［０ｘ７ＦＥ０］／D网卡Ｉ／Ｏ３００ＨD／
＃ｄｅｆｉｎｅｒｅｇ０１ＸＢＹＴＥ［０ｘ７ＦＥ１］／D网卡Ｉ／Ｏ３０１ＨD／屋面玻纤瓦
＃ｄｅｆｉｎｅｒｅｇ０２ＸＢＹＴＥ［０ｘ７ＦＥ２］
＃ｄｅｆｉｎｅｒｅｇ０３ＸＢＹＴＥ［０ｘ７ＦＥ３］
．．．
＃ｄｅｆｉｎｅｒｅｇ１ｆＸＢＹＴＥ［０ｘ７ＦＦＦ］／D网卡Ｉ／Ｏ３１ＦＨD／
对ＲＴＬ８０１９ＡＳ的初始化、发包、收包都可以通过以上
３００Ｈ～３０ＦＨ共１６个地址四页寄存器来实现。３１０Ｈ～３１７Ｈ八
个地址对应为远程ＤＭＡ接口，３１８Ｈ～３１ＦＨ都为ＲＴＬ８０１９ＡＳ
的复位地址，只用其中一个即可。
２．２网络部分的软件设计
网络部分的软件组成分为底层的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈部分以及
ＨＴＴＰ应用层程序部分。
２．２．１ＴＣＰ／ＩＰ底层协议
ＴＣＰ／ＩＰ协议是一套把因特网上的各种系统互连起来的协
议组，保证因特网上数据的准确快速传输。参考开放系统互连
（ＯＳＩ）模型，ＴＣＰ／ＩＰ通常采用一种简化的４层模型，分别为应用层、传输层、网络层和链路层。
相对ＰＣ机和服务器中用的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，本系统的ＴＣＰ／ＩＰ出于代码量和实时性的考虑，不可能包含完整的ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的所有协议，所以只用了应用层的ＨＴＴＰ协议、传输层
的ＴＣＰ、ＵＤＰ协议和网络层的ＩＰ、ＡＲＰ、ＩＣＭＰ协议，链路层是Ｅｔｈｅｒｎｅｔ方式。
本系统中的ＩＣＭＰ协议主要用来完成Ｐｉｎｇ（ＰａｃｋｅｔＩｎｔｅｒ－ｎｅｔＧｏｐｈｅｒ分组网间网探测器）命令，利用了ＩＣＭＰ协议的“回响”功能来实现主机／服务器是否有应答的测试，从而对远程主机的可达性进行判断。
在本设计中，ＷＥＢ嵌入式系统只做为Ｓｅｒｖｅｒ功能存在，其余的ＴＣＰ连接也只作为响应，不做出对外的连接请求，故ＴＣＰ的程序流程用图３所示即可，因而，ＴＣＰ的另外一些状态，如发送ＳＹＮ、正在关闭、ＦＩＮ等待２，在此系统中是不必要的。对ＴＣＰ的编程采用套接字的方案，Ｗｉｎｓｏｃｋ的申请和ＴＣＰ端口的监听等，完全参照ＶＣ＋＋里的套接字实现技术，使程序的移植更加方便灵活。ＴＣＰ的８０端口作为嵌入式ＷＥＢ的接入端口，１０２４端口作为远程直接连接端口。
２．２．２ＷＥＢ服务器处理程序
经底层ＴＣＰ／ＩＰ协议栈处理将ＩＰ包解包送ＴＣＰ层，ＴＣＰ层再解包送至ＨＴＴＰ应用层处理，图４为应用层处理的流程图。
经ＨＴＴＰ应用层处理好的页面发送至缓冲区，在经过ＴＣＰ打包，ＩＰ打包，将数据发出，完成一次远程信息处理。２．２．３浏览器／服务器模式
本系统的远程登录方式采用的是浏览器／服务器（Ｂ／Ｓ）模式，这样在用户希望进行远程更改控制控制信息的时候，不需要在远程终端上再安装软件，只需要用浏览器登录本模块内置的ＷＥＢ服务器即可完成相应操作。
３遥控发射部分
遥控发射部分采用了ＲＦ无线发射方式，可完全不受方向
性的影响，发射距离可以达到５０ｍ左右，完全满足家用条件。发射电路采用的是电感三点式ＬＣ振荡电路。完全采用分立元件，成本极低。
另外，本系统使用单片机的Ｐ１．０口产生软编码模拟ＰＴ２２６２编码芯片发生编码信号，发射效果较好，节省了成本。
下面介绍软编码模拟ＰＴ２２６２芯片的原理。
３．１脉冲宽度取值
ＰＴ２２６２共有１２个地址端，发射的每一组数据都由１２个位脉冲组成，顺序是从Ａ０、Ａ１…Ａ１１，由于每个地址端有３种接法即悬空（高阻态）、高电平及低电平，故数据端输出的波形有３～１２种形式。
观察ＰＴ２２６２输出口的波形，如图６所示，假设振荡周期为Ｔ，则窄脉冲的宽度是４Ｔ，间隔是１２ａ；宽脉冲的宽度是１２Ｔ，间隔是４Ｔ，从而一个完整的位脉冲宽度是３２Ｔ。
根据解码芯片ＰＴ２２７２振荡电阻取值，取ＰＴ２２６２的振荡电阻为２ＭｋΩ，可测得ＰＴ２２６２发射的窄脉冲宽度约为２５０μｓ，宽脉冲约为７５０μｓ，而发射２组数据之间的间隔约为６ｍｓ。３．２地址编码
为区分不同的用电器，只要将接收模块的地址编码Ａ０～Ａ１１设定为不同的状态。对于发射模块，可在程序中使用一个整
（下转第７２页）
图５远程用户端浏览页面
pvb边角料
图３ＴＣＰ状态流程图图４ＨＴＴＰ应用层的程序流程图
７０
基于ＰＬＣ的ＦＢＴ隧道炉设计
（上接第７０页）
形的变量存储不同用电器的１２位地址Ａ０～Ａ１１状态（只用到１６位Ｂｉｔ中的低１２位即可）。“１”表示高电平，“０”
表示表示低电平。此时，最多可以控制用电器开关的个数为２～１２个。若需利用第三种状态“高阻态”，只需用一个字节的两位表示即可，如“００”，“０１”，“１０”分别表示高、低电平及高阻态，此时最多可以控制用电器开关的个数为３～１２个。
发送脉冲程序就是根据存储地址变量的低１２位数值发送连续１２个“１”，“０”或“
高阻”数据脉冲。脉冲的宽度是参考
ＰＴ２２６２硬件编码的脉冲宽度用延时来实现的。
４结束语
本系统将现有的单机定时控制器、无线遥控器、网络通讯模
块融合在一起，使系统将原来的“一对一”单机定时控制控制方式改为“一对多”（如一对五）方式，大大减少了控制模块的数量，从而大幅度降低了系统的硬件成本；由于本系统中的定时控制器与被控对象的通讯采用ＲＦ无线方式，免去了布线的麻烦，极
大地提高了系统布置的方便性；本系统将网络技术应用于定时控制器，彻底突破了控制距离的限制，另外还提高了系统控制的灵活性和实时性；本系统基于单片机实现网络控制功能，使得低成本低功耗成为可能，提高了系统的竞争优势。
参考文献
［１］ＴｉｍＰａｒｋｅｒＭａｒｋＳｐｏｒｔａｃｋ．ＴＣＰ／ＩＰ技术大全［Ｍ］．前导工作室，译．
北京：机械工业出版社，２０００
［２］ＬｅａｎＪｅｒｅｒｎｙＢｅｎｔｈａｍ．嵌入式系统ＷＥＢ服务器ＴＣＰ／ＩＰ［Ｍ］．陈
向，等，译．北京：机械工业出版社，２００３
［收稿日期：２００５．１１．２１］
图６
ＰＴ２２６２的位脉冲波形
断温度传感器是否开路，若开路，则给出声光报警信号；设定温度值在系统运行前由ＨＭＩ直接设定。
２
ＰＬＣ控制系统设计（１）总体技术思路
１）采用ＰＬＣ作为系统控制核心，实现系统各部开关量逻辑控制、模拟量运算、处理和类ＰＩＤ调节程序化控制，并通过控制
程序的设计和优化，全面完善提升系统控制功能；
２）采用ＰＬＣ、
全数字式直流调速装置、高性能信号变送器组成托盘进给闭环控制系统，实现进给的程序化、全数字
化控制。
（２）通道分配
注：表中ｎ可根据加热组需要设定。（３）ＰＬＣ选择
采用三菱的ＦＸ２Ｎ－８０ＭＲ小型ＰＬＣ，用于隧道炉的所有开关量采集和控制、另外加ＦＸ２Ｎ－４ＡＤ－ＴＣ扩展模块，用于实时温度的模拟量数据采集；加ＦＸ２Ｎ－４ＤＡ扩展模块，用于模拟量
输出控制。
激光测长仪
（４）控制算法的选择
隧道炉是一个具有纯滞后的大惯性系统，若采用常规ＰＩＤ控制，在系统启动、大幅度改变给定值或遇到大的扰动时，由于短时间内产生很大偏差，控制器严重饱和，系统会出现较大的超调和长时间的振荡。在隧道炉温度调节系统中，由于的时间常数相对采样周期来说比较大，所以其闭环调节系统可用一个一阶滞后环节来近似，其传递函数可表示为：
Ｇ（ｓ）＝［Ｋ／（１＋τｓ）］ｅｘｐ（－θＳ）
式中Ｋ为调节系统总放大倍数，τ为惯性时间常数，θ为系统的纯滞后时间。
利用飞升曲线法可以求出Ｋ、τ和θ，从而求出被控对象的数学模型。本系统：Ｋ＝３００℃／１００Ｖ，θ＝５０Ｓ，τ＝２００Ｓ。考虑整个系统为纯滞后环节，所以可以用大林算法来设计数字控制器。但是考虑到被控对象模型的不精确性和其参数随时间的漂移，在调试中我们选择了增量式ＰＩＤ控制算法：
△ｕ（ｋ）＝α０ｅ（ｋ）＋α１ｅ（ｋ－１）＋α２ｅ（ｋ－２）ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ－１）＋△ｕ（ｋ）α０＝Ｋｐ１＋ＴＴＩ＋Ｔ
ＤＴ
"#α１
＝－ｋＰ１＋２ＴＤ
剑式机器人Ｔ
"$α２＝Ｋｐ
ＴＤＴ
式中Ｔ为采样周期，ＴＤ为微分时间常数，ＴＩ为积分时间常数、Ｋｐ为比例系数，ｅ（ｋ）和ｕ（ｋ）分别为系统的偏差信号和调节器输出信号。
３结束语
在该系统中，ＰＬＣ控制充分发挥了其配置灵活、
控制可靠、编程方便和可现场调试的优点。设备自投入使用自今，一直运行正常可靠，为企业带来可观的经济效益和良好的社会效益。该方法对其他生产线和设备设计具有一定的参考作用。
参考文献
［１］日本三菱电机公司．ＭＥＬＳＥＣ－ＦＰＬＣ编程手册．２０００
［２］王兆义．可编程序控制器原理及应用［Ｍ］．上海：上海大学出版社，
１９９９［收稿日期：２００６．１．２６］
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７２
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