引 言
传统的机械式墙壁开关，是一开一关的简单控制方式，且大多是在86型暗盒上实现的。要想在 86×86×50的暗盒里实现射频遥控开关，就必须考虑到几个因素：86型暗盒的空间；只有l根火线，无零线，不能再布线；不能影响被控电器原功能的使用；1个遥控器(即上位机中央集成控制系统)实现对多个开关终端控制(一对多)，并且与其他遥控器不能发生冲突。
基于上面必须考虑的几个因素，提出一种无线射频解决方案，采用内置增强型51兼容的单片机集成一体化射频芯片nRF9E5来实现一对多功能；在单一火线上实现开关控制和为控制系统提供电源，构成一个低成本、适合装入86型暗盒，无须任何改装，无须附加任何外围器件的单线制射频遥控开关系统。图l所示的主框图，突破了传统电工产品单线制(即无零线)供电方式的限制，所有射频遥控开关都是按照电工安全规范布线(即零线不入开关)，彻底解决了单线制接入技术。
1 控制系统硬件设计
1．1 nRF9E5功能介绍
nRF9E5是Nordic VLSI公司推出的系统级RF芯片，内置增强型8051兼容微控制器、433／868／915MHz的nRF905射频收发器和4路输入10位80 kbps A／D转换器。芯片嵌入了电压调整模块，最大限度地抑制噪声，可工作在1．9 V～3．6V的单电源上，待机功耗为2μA，QFN5×5封装。由于nRF9E5集成度高，功能强，功耗低，很适合用于小型化和低压场所的射频控制系统的设计。
1.1.1 增强型51内核微控制器
nRF9E5的片内微控制器与标准805l兼容，指令时序与标准的805l稍有不同：nRF9E5的内置微控制器的指令周期为4～20个指令周期。中断控制器支持5个扩展中断源：ADC中断、SPI中断、 RADI0l中断、RADIO2中断和唤醒定时器中断。微处理器除了256B的数据外，还扩展了512B的ROM和4KB的RAM，并扩展了2个数据指针，以便从XRAM区读取数据。上电复位或软件复位后，处理器自动执行ROM引导区中的代码。用户程序通常是在引导区的引导下，从EEPROM加载到4 KB的RAM中。如果应用中不用内含ROM的nRF9E5，则程序代码必须从外部加载，比较常见的是通过SPI接口连接型号为25320的EEPROM。而SPI接口引脚是MISO、SCK、MOSI和EECSN，其中MSIO、SCK和MOSI与Pl口的低3位复用，通过寄存器SPI_CTRL来控制功能间的切换。
nRF9E5内置有lO位ADC，A／D转换参考电压可通过软件设置在AREF和1．22V之间(内部参考电压)。A／D转换器的4个输入可通过软件进行选择，默认工作于10位方式，可通过软件使其工作于6位、8位或12位方式。nRF9E5还增加了CKLF时钟、RTC唤醒定时器、GPIO唤醒和 WTD，以及一些特殊功能寄存器。更多的功能扩展可查询参考文献。
1.1.2 nRF9E5收发模块
nRF9E5收发器通过内部SPI口与其他模块进行通信，具有同单片射频收发器nRF905相同的功能：载波监测输出CD，可避免空间无线通信碰撞；地址匹配输出AR，易于实现点对多点无线通信设计；数据接收就绪DR，便于节能设计，满足低功耗设计要求。内置完整的通信协议和CRC效验，只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输。输出功率、频道和其他射频参数可通过对特殊功能寄存器RADIO(OxAO)编程进行控制。发射模式下，射频电流消耗为 11mA，接收模式下为12．5mA。
nRF9E5使用SPI接口进行内置微处理器与无线模块间的数据传输。nRF9E5的收发器有3种工作方式：ShockBurst接收(RX)方式、 ShockBurst发送(TX)方式和空闲方式。nRF9E5收发器的工作方式由特殊功能寄存器TRX_CE和TX_EN决定，详见表l。
1．2 火线开关和火线取电电路设计
传统的机械式墙壁开关，大多是装在86型暗盒上的，一般可以通过10A的额定电流，是一个功率器件控制开关。要设计能代替传统的机械式墙壁开关的控制系统，首先要从功率上考虑，选择能控制大于10 A电流的功率器件；然后是功能的实现，即为负载提供的火线开通和切断，并能为控制系统提供稳定续流的电源；最后是电子元器件体积的选择。
为了简化电路的设计，火线开通和切断选用5V直流控制继电器，最大通过15A的220V交流电压即可。在继电器开通时，选用IRL3803S大功率场效应管，其内置的稳压二极管，既可为系统提供电源，也可为负载提供通路。因其额定工作电流ID=140A，故可以不带散热片直接使用，在86型暗盒里特别有效。