WIFI智能插座電路設計與原理解析 —電路圖天天讀（232）

　　WiFi技術(shù)在智能家居中的應用的主要優(yōu)點(diǎn)有：WiFi智能節點(diǎn)可以直接連接無(wú)線(xiàn)路由器，從而接入Internet網(wǎng);不需要家庭網(wǎng)關(guān)，節點(diǎn)可以任意擴充;不會(huì )破壞現有裝修;智能手機可以進(jìn)行局域網(wǎng)控制和遠程控制。

　　當然，WiFi技術(shù)相比ZigBee和433 MHz射頻通信技術(shù)也有其缺點(diǎn)：功耗偏大、價(jià)格偏高。但隨著(zhù)節能技術(shù)的引進(jìn)和芯片工藝的改進(jìn)，功耗問(wèn)題和價(jià)格問(wèn)題已逐步得到解決。鑒于WiFi模塊是筆記本、平板電腦和智能手機的標準配置，基于WiFi技術(shù)的智能家居會(huì )逐步得到推廣和應用，市場(chǎng)前景廣闊。

　　下面重點(diǎn)圍繞串口WiFi模塊闡述WiFi在智能家居中的應用。

　　 串口WiFi概述

　　電腦上使用的WiFi模塊或是WiFi網(wǎng)卡，是需要運行在操作系統的基礎上，對主機的硬件資源要求很高，像一般的工業(yè)設備和家庭電器設備是不能直接驅動(dòng)這樣的WiFi網(wǎng)卡的。

　　串口WiFi模塊，又稱(chēng)為嵌入式WiFi模塊，是內嵌TCP/IP協(xié)議的WiFi模塊。其硬件構成主要是由內嵌的一個(gè)單片機和WiFi模塊構成，單片機要實(shí)現裸機驅動(dòng)程序和TCP/IP協(xié)議，WiFi模塊則必須完成數據的無(wú)線(xiàn)收發(fā)。嵌入式WiFi模塊對外提供UART串口或者SPI接口，因而可以通過(guò)串口或者SPI接口和單片機連接，讓設備輕松接入Internet網(wǎng)絡(luò )。

　　圖1是靈芯微電子科技（蘇州）有限公司利用公司自主知識產(chǎn)權的 WiFi芯片開(kāi)發(fā)的SWM9001EU串口WiFi模塊，該模塊內部集成了TCP/IP協(xié)議棧和WiFi模塊，用戶(hù)可以輕松實(shí)現串口設備的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能，節省開(kāi)發(fā)時(shí)間，使產(chǎn)品更快地投入市場(chǎng)，增強競爭力。該模塊可以廣泛應用于油田、礦山、工業(yè)、智能家居以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。模塊的機械尺寸為33 mm×20 mm×4.5 mm。

　　圖1 SWM9001EU串口WiFi模塊

　　WiFi插座的控制原理

　　WiFi插座由串口WiFi模塊、繼電器控制電路、繼電器和輸出觸點(diǎn)構成，如圖2所示。

圖2：WiFi插座的構成

　　串口WiFi模塊根據接收到的控制指令控制繼電器的通斷，控制電路如圖3所示。

圖3：WiFi插座的繼電器控制電路

　　模塊收到合上指令，PC8端口輸出高電平，Q1導通，繼電器的線(xiàn)圈有電流流過(guò)，繼電器的觸點(diǎn)L_IN和觸點(diǎn)L_OUT吸合，插座供電給負載;

　　模塊收到斷開(kāi)指令，PC8端口輸出低電平，Q1截止，繼電器的線(xiàn)圈沒(méi)有電流，繼電器的觸點(diǎn)L_IN和觸點(diǎn)L_OUT斷開(kāi)，插座斷電。

　　主芯片HLW8012

　　HLW8012 為插座廠(chǎng)家和智能家居廠(chǎng)家提供了一個(gè)高度精確且成本低廉的電能測量解決方案。該集成芯片專(zhuān)為住宅用單相電能表或智能插座設計，可精確測量電流有效值IRMS 和電壓有效值VRMS、有功功率和電量。

　　HLW8012 的內部結構如圖所示。它由2 個(gè)可編程增益放大器、2 個(gè)Δ-Σ調制器、配套的高速濾波器、功率計算、功率監測、串行接口及相應功能寄存器等組成。兩個(gè)可編程放大器采集電壓和電流數據，Δ-Σ調制器對模擬量采 樣處理，濾取可用電壓、電流數字信號，并將計算的功率值、電壓有效值和電流有效值通過(guò)脈沖指示方式對外輸出。

　　HLW8012 工作原理

　　HLW8012 的V1P 和V1N 引腳輸入電流信號波，電流通道集成一個(gè)固定增益放大器，允許的最大差分輸入信號為±43.75mV;電壓通道允許的最大輸入信號是±700mV. HLW8012 可以使用低成本的錳銅采樣電阻或電流互感器來(lái)測量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來(lái)測量電壓，其芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。

智能插座電源功能管理

　　電源電路有兩路，一路是將交流220V 經(jīng) AC-DC 轉換成12V 電源，采用 SY50103 芯片，可以提供1A 的電流，紋波控制在100mV 以?xún)?。開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢在于功率小、轉換效益高，同時(shí)體積也小，適合放入較小體積的插座內。

開(kāi)關(guān)電源電路圖如下圖所示：繼電器選用12V 10A 繼電器，12V 繼電器相比5V 繼電器的成本要低一些。由于主控制器和電能計量 IC 需提供5V 電源，而無(wú)線(xiàn) WIFI 模塊采用是3.3V 電源供電，所以12V 電源出來(lái)之后，又分為兩路，一路使用穩壓芯片78L05，將電源降到5V，給 MCU 和 HLW8012 提供電源；另一路采用 DC-DC 芯片，將12V 轉為3.3V 給無(wú)線(xiàn)模塊提供電源。

智能插座電源電路

編輯點(diǎn)評：本文介紹了WiFi技術(shù)在智能家居中的應用，利用 WiFi智能插座，不需要家庭網(wǎng)關(guān)，不需要破壞現有裝飾，就可以輕松實(shí)現對家用電器的智能化控制。芯片HLW8012 工作原理的解析讓讀者更能了解到智能插座的內在原理，便于自己動(dòng)手實(shí)現基于WiFi技術(shù)的智能家居的構建，體驗科技帶來(lái)的便利。
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