网站原创摘 要：设计出一种基于ZigBee无线网络的多功能无线插座.它采用基于微功耗的单芯片CC2530作为主控器和无线发送接收器,通过一系列的电源转换电路通过AC220转换到DC5V/DC3V直接为弱电部分供电,设计了按键和显示部分来完成传统智能插座的一些预约定时等功能.该插座可以与智能家居系统兼容,通过ZigBee网络实现远程在线控制一些家电设备的开启或关断等功能.
关 键 词 ：ZigBee ；无线插座；CC2530；智能家居；照明系统
项目来源：重庆市教委科学技术研究项目《基于ZigBee自动化应用模式（HA）的智能家庭灯光控制系统》（项目编号：KJ122206）
随着智能家居的持续火热发展,现在已经有很多关于家电整合无线组网技术、智慧照明系统等相关产品；在整个智能家居大环境下,市面上采用ZigBee组网技术作为家庭内部节点连接、信息交互的企业越来越多,也推出了很多好的产品.本案在此背景下推出基于ZigBee无线组网的多功能智能插座的设计方案,能够很好融入智能家居产品线.
1.系统设计架构
无线插座采用模块化设计,主要由4个模组组成：电源模块、ZigBee模块、扩展功能模块和外观模具部分；这里对外观模具不做详细讨论,主要对前三个部分以及软件设计做详细介绍.
2.系统硬件设计
2.1 电源模块电路设计
电源模块电路设计主要包含：AC220到DC12V的转换,DC12V到DC5V的转换,DC5V到DC3.3V的转换3个电路部分.
系统采用了LNK306芯片.LNK306在一片IC上面集成了一个700 V的功率MOET、振荡器、简单的开/关控制电路、高压开关电流源、频率调制、逐周期的电流限制及过温保护电路.
输入级由保险电阻F1、二极管D10和D11、电容C18和C21以及电感L2组成.电阻F1为阻燃可熔的绕线电阻,它同时具备多个功能：a）将整流管D10和D11的浪涌电流限制在安全的范围；b）差模噪声的衰减；c）在其它任何元件出现短路故障时,充当输入保险丝的功能（元件故障时必须安全开路,不应产生任何冒烟、冒火及过热发光现象）.
功率处理级由LNK306、续流二极管D13、输出电感L1及输出电容C19构成.电容C19是输出滤波电容,其主要功能是限制输出电压纹波.输出电压的纹波最主要取决于输出电容的ESR而非电容的容量.
二极管D13和D12的正向导通压降是相同的.因此,C22两端的电压会跟踪输出电压.连接到LNK306 FB引脚由R26和R27组成的电阻分压器对C22的电压进行检测及稳压.
DC12V到DC5V转换这里选用了常用的7805三端稳压芯片.此电路较为简单,只需要将输出通过C14/C16两个电容稳定滤波后直接接入到7805的输入,然后在输出端同样连接两个C15/C17两个稳定滤波电容即可输出稳定的DC5V.
由于ZigBee芯片需要3.3V供电,这里采用芯片TPS79633将输出的5V转换到3.3V供ZigBee模块电路使用.只需要将输出接入到TPS79633的输入,在输入输出端接入稳定滤波电容即可,然后就能稳定输出DC3.3V.
2.2 ZigBee模块电路设计
采用德州仪器的低功耗无线通信芯片CC2530,具有IEEE802.15.4射频前端.
芯片的RF-P和RF-N引脚为天线接入引脚,M1为天线接入端；为了节省模块以及控制板的空间尺寸,这里采用PCB天线设计.芯片的P10～P17作为2位数码管模块的阴极驱动引脚；芯片的P00～P01作为2位数码管模块的阳极驱动引脚；芯片的P02作为4个LED灯指示灯的驱动引脚；芯片的P06作为按键AD输入；芯片的P03作为蜂鸣器控制引脚、P04作为继电器控制引脚.ANTENNA为天线接入端子,这里采用PCB天线设计以节省模块和遥控器空间尺寸.
2.3 扩展功能部分设计
无线插座设计了两位数码管显示,用来显示预约开关功能的时间等信息.这里选用了两位一体的8位数码管模块,同时通过两个9015三极管进行驱动显示.无线插座设计了4个LED灯用来分别指示：电源、定时、预约开、预约关4种状态.同样选用了1个9015三极管来驱动4位LED灯.无线插座设计了4个功能按键：无线插座开关、预约开关、数码管指示加1、数码管指示减1.设计了4个功能按键可以实现手动开关无线插座,和预约定时开关插座等功能.为了节省芯片引脚,这里采用了AD采集方式来判断哪个按键被按下.这里选用了4个10K（R1＼R2＼R6＼R7）电阻串联分压分别对应不同的按键.无线插座开关选用了1个10A 250VAC的继电器（2500W）,基本上能满足绝大多数的功率需要；加了一个蜂鸣器来实现一些操作提示.蜂鸣器和继电器分别选用了1个8050三极管来驱动.
3.系统软件设计
软件功能设计流程图如图1所示.
其中
KeyValue：按键值变量；SW_Plan：预约开关插座命令值变量；SW_Value：远程开关插座命令值变量；Timer：预约时间值变量.