一種基于微控制器的智能家居電能控制系統(tǒng)

圖5 煙霧檢測(cè)電路原理圖

2.3 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊除了顯示系統(tǒng)時(shí)間以外，還可對(duì)單個(gè)插座進(jìn)行通斷電定時(shí)。時(shí)鐘電路原理圖如圖6所示，DS1302通過串行方式與MCU通信，為保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，接口已做上拉處理。芯片采用雙電源供電，主電源正常工作時(shí)可以對(duì)備用電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電;在掉電情況下啟動(dòng)備用電源，避免因突然停電而造成時(shí)鐘停滯 ?？紤]到使用的便捷性，遙控器由鋰電池供電。DS1302的主電源引腳VCC2連接到集成穩(wěn)壓器的3.3 V輸出，而備用電源引腳VCC1與4700 μF的電容串接，兩個(gè)電源引腳之間通過二極管隔離。由于芯片耗電量很低，在更換電池的過程中，電容的放電作用可以暫時(shí)維持芯片運(yùn)行。

圖6 時(shí)鐘電路原理圖

2.4 射頻收發(fā)模塊nRF905

射頻收發(fā)模塊是連接插座與遙控器的橋梁。nRF905集成收發(fā)器能在3個(gè)ISM頻段配置使用，且功耗很低。本系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)均設(shè)置在433 MHz頻段工作嘲，射頻收發(fā)電路原理圖如圖7所示，其中的SMA接口用來連接特性阻抗為5O Ω的單端天線，有利于信號(hào)的全向輻射。單端天線又被稱為非平衡天線，其主要參考點(diǎn)為信號(hào)地，而nRF905的天線接口(引腳ANT1和ANT2)為差分射頻輸出端口。為了維持信號(hào)平衡，保證兩個(gè)端口的阻抗匹配，此處在兩者之間增加了balun(平衡月乍平衡)電路，對(duì)芯片輸出端的特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖7 射頻收發(fā)電路

2.5 GSM通信模塊

將短距射頻網(wǎng)絡(luò)與GSM技術(shù)相結(jié)合，既發(fā)揮了短距射頻網(wǎng)絡(luò)配置靈活的特點(diǎn)，又發(fā)揮了GSM技術(shù)在通信距離上的優(yōu)勢(shì)。GSM通信電路的核心是SIM300模塊，其外圍電路如圖8所示。

圖8 GSM通信電路原理圖

原理圖SIM300通過串口與MCU通信，模塊與SIM卡之間串聯(lián)的22 Ω電阻用于阻抗匹配。為保證信號(hào)的傳輸質(zhì)量，SIM卡數(shù)據(jù)線作了上拉處理，與引腳并聯(lián)的SMF05C型靜電抑制器用于靜電防護(hù)。電源與地之間并聯(lián)的100 μF鉭電容和1 μF陶瓷電容用于去除低頻毛刺，并在一定程度上兼顧了高頻特性。按下按鍵S1，使PWRKEY引腳的電位拉低約2 s左右，可以完成模塊的上電與掉電，當(dāng)前狀態(tài)由串聯(lián)在VDD_EXT引腳上的發(fā)光二極管指示。為了便于程序控制，在原有按鍵的基礎(chǔ)上增加了一種三極管開關(guān)電路，當(dāng)模塊工作異常時(shí)，可以通過軟件改寫PWR端口的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)SIM300的自動(dòng)復(fù)位。

3 軟件設(shè)計(jì)

遙控器和插座對(duì)于整個(gè)射頻無線網(wǎng)絡(luò)而言都是其中的節(jié)點(diǎn)，但硬件結(jié)構(gòu)上的差異決定了兩者功能與地位上的不同，也使得兩者在軟件設(shè)計(jì)的方式上有所差別。