1. 應用前景

　　目前市場上熱水器品種主要有電熱水器、太陽能熱水器、燃氣熱水器。就國內具體情況而言，現在很多熱水器均采用人工手動調節或紅外遙控調節方式，家用電器傳統的遙控方式一般采用紅外線遙控，但是紅外線遙控要求遙控器和機體之間不能有障礙物，因此不能穿墻。隨著科技的發展和人們要求的提高，這種功能越來越不能滿足使用者的要求。為此我司研發出一種帶有RF無線遙控和網絡控制的熱水器，使用戶可以在家中和辦公室其他地方隨心所欲的控制熱水器的開關，極大地方便了使用者，也是對傳統方式的一個突破。

　　2. 產品特點

　　該熱水器產品示意圖如圖1所示，特點如下：

　　①該方案由網絡控制器、遙控器、熱水器控制器，網絡服務器4部分組成，其中各個控制器又可以獨立組成多個獨立系統，對熱水器進行控制，如圖1所示，可以任意選擇熱水器的控制方式。

　　②網絡控制主芯片采用Microchip公司針對嵌入式系統的Internet接入應用，開發出的8位集成以太網控制芯片PIC18F66J60，內嵌了Microchip發布的基于此芯片的TCP/IP協議棧。

　　③無線遙控芯片采用美國Intergration公司的IA4421，遙控距離可達100米以上，至少能穿透20CM的墻進行遙控。

　　④網絡控制器與熱水器控制器采用無線方式控制，避免熱水器安裝帶來布線煩惱。

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　　3.網絡服務器架構

　　網絡服務器是實現家庭網絡內部各設備與外部設備相互通信的設備，是家庭網絡中最核心的構成部分。通過家庭網絡內的設備，可以與電信網絡進行信息交互，也可以進行內部設備之間的信息交互。網絡服務器在家庭內部建立統一的數據處理中心，對家庭內部數據進行管理，對外連接運營商網絡。它被定義為：一種簡單的、智能的、標準的、靈活的整個家庭網絡接口單元，可以從不同的外部網絡接收通信信號，通過家庭網絡傳遞信號給各個設備。基于電信網絡的家庭網絡服務器必須具備的兩個主要特點是提供寬帶接入能力和基于IP的數據處理能力。

　　我司開發的用于智能熱水器的網絡服務器是基于網絡TCP/IP通信，通過C/S結構對熱水器進行接入。集數據庫服務﹑SMS服務與Web服務于一體，為用戶提供對熱器進行遠程控制與監測功能。它的簡單結構如圖2：

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　　圖 2 網絡服務器架構

　　4. 接收控制系統設計

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　　圖3 接收系統框架

　　接收控制系統的硬件主要框圖如圖3所示，本文只對其中比較重要的網絡接口電路和無線電路部分進行詳細的介紹。

　　4.1 網絡接口電路

　　主控器采用PIC18F66J60，是microchip公司新推出的一款以太網微控制器，具有出色的計算性能、豐富的功能集以及極具競爭力的價格，包括一系列串行通信外設，多至2個獨立增強型USART 和2個主控SSP模塊，能夠進行SPI 和I2C? (主控和從動)模式操作，具有嵌入式以太網控制器模塊。

　　本文的連接解決方案，完全實現介質訪問控制和物理層收發器模塊，只需使用兩個脈沖變壓器和一些無源器件即可將單片機直接與以太網相連。網絡接口電路如圖4所示，TPIN+/TPIN- 和TPOUT+/TPOUT- 引腳與用于以太網操作的1:1 中心抽頭脈沖變壓器相連。當使能以太網模塊時，兩個TPOUT 引腳會有持續的電流流入;當收發器模塊在發送數據時，通過改變TPOUT+ 和TPOUT-的相對電流大小，將在以太網電纜上產生一個差分電壓，發送和接收接口均需要另外使用兩個電阻和一個電容正確與傳輸線相連，最大限度地減少信號反射，增加通信信號的穩定。

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　　圖4 網絡接口電路

　　4.2無線接口電路

　　無線模塊采用美國INTEGRATION公司的無線收發單芯片IA4421。該芯片是一個完整的無線收發機，包括內在的多邊帶PLL合成器、PA、LNA、混頻器、基帶濾波器、中頻放大器、信號強度指示RSSI、數據質量偵測DQD、電池電壓偵測、AFC和微控制器，外圍元件很少，性能穩定可靠。模塊為一小巧的、低功耗FSK調制收發器，具有很高的接收靈敏度，可工作在433MHz、868MHz和915MHz頻段，每個頻段均有16個頻道可供選擇。

　　IA4421只需使用5個I/O口即可工作，采用SPI兼容控制接口作為數據通訊接口。各個接口功能如下：SCK：SPI串口時鐘輸入;SDI：SPI串口數據輸入;NSEL：SPI片選輸入(低電平有效);SDO：SPI串口數據輸出;NIRQ：中斷請求輸出(低電平有效);芯片具有體積小、功耗低等優點，非常適合于無線設備。電路連接如圖5所示。

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　　圖5 無線模塊接口

　　5.遙控系統硬件框架

　　該遙控采用PIC微控器、IA4421無線傳輸芯片，基于IA4421的無線模塊工作頻率為433MHz、通訊速率為9.6KB、數據傳輸空曠距離不小于110米、至少能夠穿透2堵墻，可以滿足大部分用戶要求。該無線搖控器具有功能如下：設定水溫溫度、顯示水溫溫度、設定即時加熱模式、設定主機電源開關、設定智能控制、功率檔位設定、時間顯示、具備運行模式和睡眠模式、無線學習，當學習鍵按下時，進入學習狀態，學習指示燈LED亮，當學習成功后，立即返回，LED燈滅，平時為透明數據傳送狀態。遙控系統硬件結構如圖6所示。

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　　圖6 遙控系統硬件框圖

　　電源部分使用2顆1.5V的AAA電池供電。系統待機的狀態下，IA4421和PIC16F689都處于睡眠狀態，LCD關閉，降低系統的功耗。

　　IA4421模塊電路連接與接收系統的模塊部分基本一樣，如圖4所示，都是使用SPI方式與無線模塊通信。