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1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1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、433/868/915 MHz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～ 3.6 V 的单电源上，待机功耗为2uA，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8051兼容，指令时序与标准的8051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、RADIO1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4 KB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MSI()、SCK和MOSI与P1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10位ADC，A/D转换参考电压可通过软件设置在AREF和1.22 V 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。
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(0xA0)编程进行控制。发射模式下，射频电流消耗为11 mA，接收模式下为12.5 mA。
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1。
表1 nRF9E5工作模式| TRX_CE | TX_EN | 工作模式 |
| 0 | × | 待机模式 |
| 1 | 0 | 射频接收模式 |
| 1 | 1 | 射频发送模式 |
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10 A 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5 V直流控制继电器，最大通过15 A的220 V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=140 A，故可以不带散热片直接使用，在86型暗盒里特别有效。
在继电器断开时，市网电压主要落在控制系统上，而控制系统只需6 V直流电源，因控制系统功耗低，故主要压降可由1/4 W 的金属膜电阻来承担；同时，选用BVcbo≥600 V的硅NPN大功率晶体管13002作为控制系统电源的调整管。
由图1主框图可知，控制系统是串联在被控电器的前端，用来代替86型墙面机械开关的。由于没有零线，加之又不能重新布线，因此只能在火线上考虑如何保留开关功能和如何为控制系统提供稳定的续流电源。图2所示的火线开关和火线取电电路，分为继电器断开和继电器闭合两部分。显然，场效应管IRL3803S、晶体管13002、6 V直流控制继电器、R1和R2金属膜电阻为关键元器件。
市网电压220 V刚来时，或者是微控制器发送关断信号时，继电器J1断开，220 V交流电压主要落在控制系统上。交流电压经过D3半波整流，R2降压，经Q4与Q5组成一个串联型稳压电源，提供6 V电压。由于整个系统功耗较小，经过计算，金属膜电阻R2的阻值为20 kΩ，功率为1/4 W，可为控制系统提供在继电器断开时的主要压降。
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