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太阳能供电阀门遥控器设计
【摘要】：
随着电子信息和计算机技术的高速发展，无线通信技术也被广泛用于我们的日常生活中，而短距离无线通信技术，也得带了长足的发展。从常见的蓝牙通信和WIFI，虽然很适用，但在短距离，低功率，以及一定穿墙能力的低成本无线通信这一需求来说，以上都不能很好的满足，于是应用了基于433MHz的太阳能供电阀遥控器。除此之外随着发展，清洁能源越来越受到人们的青睐，而太阳能作为一种新型的可再生无污染的清洁能源，其在现代生活中被运用到各个方面。但是靠太阳能板供电并不适用于大部分的普通家庭，成本高，供电不稳定让其并没有普及开来。太阳能供电阀遥控器提供了可能，既降低了能源消耗，也减少了污染问题，除此之外，在农业灌溉方面，太阳能控制阀遥控器也能起到减少人力和物力成本的作用。并且以STM32单片机为核心，操作简便，成本低，易升级，具有广泛应用前景。
关键词：太阳能 STM32单片机 433模块
1前言
我国面积广大，气候多样，阳光资源丰富。但是对于这一资源的大范围集中利用，仅限于光照时间长，阳光强烈的地区，其他地方使用的诸如太阳能路灯等，很少有太阳能产品能供家庭使用来提供电力，因此设计这款基于STM32单片机和433无线模块的太阳能供电阀门遥控器来推广对太阳能的使用。
其中的STM32从内核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7这4种，每个内核又大概分为主流、高性能和低功耗。F1代表了基础型，基于Cortex-M3内核，主频为72 MHz。F4代表了高性能，基于Cortex-M4内核，主频180 M。STM32凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式，迅速在众多Cortex-M3 MCU中脱颖而出，成为最闪亮的一颗新星。STM32一上市就迅速占领了中低端为微控制单元（MCU）市场，支持应用编程（IAP），可接非常多的传感器，可以控制很多的设备。现实生活中，我们接触到的很多电器产品都有STM32的身影，比如智能手环、微型四轴飞行器、平衡车、移动POST机、智能电饭锅、3D打印机等。STM32F103是意法公司生产的一款32位Cortex-M3内核的处理器，最高主频72 MHz，在存储器的0等待周期访问时可达1.25 Mips/MHz，并且具有单周期乘法和硬件除法器。STM32F03具有丰富的外设：2个12位AD通道，7路DMA控制器，具有定时器、CAN、USB、SPI、I2C、USART等总线，多达80个快速I/O端口。调试下载：支持JTAG/SWD接口调试下载。STM32F103具有主频高、功效低、集成度高、开发工具低廉等一系列优点，很适合低成本的嵌入式产品开发。[10]
而433MHz的通信与Zigbee的2.4GHz同隶属于UHF，但是两者在实际应用中有着较大差别，从无线通信的原理可知，通信频率越低，则其通信信号绕身能力越强，也即穿透跨越障碍物的能力越好，由此433MHz的通信时Zigbee的一种补充，其很好的穿墙能力，使其能更好的应用在智能家居，医院看护，安防，仓储自动化等等小范围内隔断多的场景之中，比较符合国内使用环境。[5]
2国内外研究概况
国内外目前还没有将太阳能供电与433无线模块控制相结合的例子，从目前的研究来看，有基于STM32单片机的太阳能充电器，以STM32F103C8T6单片机作为系统的控制核心，设计出的一款多用的太阳能充电器，利用PWM脉冲控制TL494芯片调节输出不同的电压和设置最大的充电电流，实现恒压限流输出；采用INA219电压电流检测电路，对输出电压电流进行监控，实现对充电设备的充电保护和充电状态的监控[2]，但是此设计不能远程操控，还是需要人为去操纵充电器，并且此应用范围较窄，仅限于日常充电活动。还有基于433无线收发模块的物联网智能家居系统设计，此系统在无线移动座机的基础上集成了“防火、防盗、防煤气、老人紧急医疗求助、防劫持”的报警功能, 可以对接“防盗探测器、火警探测器、煤气探测器、医疗求救按钮”等无线探测器及遥控器。当探测器感应到报警信号无线移动座机会自动按照用户设定的接警电话号码, 分别以短信方式和语音方式及时通知用户。除此之外，通过短信指令或Web控制, 还可以可以实现家电远程控制[6]。在外也能提前控制家电进行工作。但是此应用缺少对太阳能的利用，并且对家电智能化要求过高，并不能很好普及到一般家庭。还有一些基于单片机的远程控制系统，例如应用单片机控制植保无人机，无限电子称等，但是都没有去利用太阳能，且应用的地方较为局限。
对此类产品未来的发展趋势，降低能源消耗，和减少污染是必须要去考虑的两点，除此之外还要考虑减少人力消耗，以及具有普适性，成本低，应用范围广，太阳能供电阀遥控器，既利用了太阳能，减少了电力的应用，且普及了太阳能的使用，并且还可以实现远程控制，除此之外，功耗也很小，模块平时处在休眠状态，每隔几十毫秒苏醒一次，尝试接收指令，如果此时有指令发出就正常开始工作，否则继续休眠，这些因素为实现成本低廉、准确有效、安全可靠、快速的系统提供了可能。
3总结
如今有很多应用433无线模块，STM32单片机的设计，但这些设计都没有与有效利用太阳能资源结合起来，现在的太阳能光伏发电技术越来越成熟，但是应用范围较窄，规模较小，地区比较局限，不能很好普及到日常生活中，太阳能控制阀门遥控器对家居生活以及农业灌溉上都能起到很好的作用，以后还能普及到更广的领域。
本次设计主要内容是遥控器主要用来控制阀门执行器的开关，另外要实现定时开关的操作。它包含了电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等。本设计是利用stm32芯片将开和关的信号通过433无线模块远程控制开关动作，同时借助RTC454时钟芯片来实现定时操作。具体操作是：
1、采用STM32单片机作为主控芯片，设计出相关的接口电路；
2、利用STM32的IO口，采用Uart串口通信的方式，与显示屏通信，利用433模块与执行器通信，接收执行器的信号，设计接口电路，并编写模拟程序；
3、设计单片机与433模块、时钟芯片位置的接口电路；
4、使用protel99se或 Altium Designer完成原理图与印制电路板绘制。完成元器件焊接，并进行硬件调试。
5、画出软件流程框图，并编写相关控制软件。
4参考文献：
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资料编号：[253258]
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