智慧家庭設計攻略：你不可不知的電路圖合集

　　【一、家居控制】

　　基于開(kāi)關(guān)電源的無(wú)線(xiàn)智能家居控制系統電路模塊設計

　　針對目前智能家居結構復雜，成本高昂等的缺點(diǎn)，利用開(kāi)關(guān)電源和單片機設計了一種無(wú)線(xiàn)智能家居系統。它將控制指令由遙控器通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)進(jìn)到控制器上的無(wú)線(xiàn)模塊，再由無(wú)線(xiàn)模塊將指令解析給單片機，通過(guò)由單片機控制的開(kāi)關(guān)電源來(lái)控制繼電器的開(kāi)和關(guān)，從而達到智能化控制家電電源開(kāi)關(guān)的目的。

　　2.1 無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊設計

　　發(fā)送模塊主要由HS1527(＄1056.0000)無(wú)線(xiàn)發(fā)碼芯片、聲表面濾波器、指示燈及濾波電路等組成，發(fā)送模塊作為遙控器來(lái)操作，電路圖如圖2所示。當按下不同的按鍵K時(shí)，發(fā)碼芯片就會(huì )通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出不同的編碼，編碼經(jīng)過(guò)天線(xiàn)發(fā)送到接收模塊由接收模塊將編碼交由控制模塊解析處理，發(fā)送模塊供電電壓12 V，由電池供電。

　　圖2 發(fā)送模塊主要電路

　　2.2 無(wú)線(xiàn)接收模塊設計

　　無(wú)線(xiàn)接收模塊由兩部分組成，供電部分由LNK304DN(＄0.5040)及外圍電路組成，該電路可將220 V交流電壓轉換成直流5 V電壓，分別給接收模塊和控制模塊的處理器供電，電路圖如圖3所示。

　　圖3 控制器供電電路

　　無(wú)線(xiàn)接收部分主要由解碼芯片SYN500R、晶振和外圍電路組成超外差接收模塊，接收模塊負責接收來(lái)自發(fā)送模塊的編碼，然后將編碼交由處理器處理，處理器處理后通過(guò)放大器將信號放大，然后控制繼電器的開(kāi)和合，接收部分電路圖如圖4所示。

　　圖4 無(wú)線(xiàn)接收電路

　　2.3 控制模塊設計

　　控制模塊主要由處理器單片機、繼電器和外圍元件組成開(kāi)關(guān)電源，con端接入交流照明電，AC-L和AC-N分別接入交流電火線(xiàn)和零線(xiàn)，OUT端連接負載，此系統可以控制多路負載，實(shí)驗中該控制模塊連接了一個(gè)繼電器控制一路負載，控制模塊電路圖如圖所示。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：目前的智能家居無(wú)線(xiàn)遠程控制技術(shù)還處于不斷發(fā)展完善中，在實(shí)際應用中也遇到了一些問(wèn)題。例如受當前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )信號的干擾、傳送帶寬方面和穩定性的限制，使得諸如高質(zhì)量活動(dòng)圖像傳輸等一些更高層次的功能應用仍比較難以實(shí)現，但隨著(zhù)我國通信網(wǎng)絡(luò )的逐步建成，這些制約都將會(huì )被突破，家居智能化以及無(wú)線(xiàn)遠程控制技術(shù)將會(huì )得到更大的發(fā)展。


——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)2014年12月《智慧家庭特刊》“EE DESIGN(＄9.9900)”欄目

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　　智能家居系統電路設計

　　科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，借助飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò )和信息技術(shù)，人們可以足不出戶(hù)地縱覽全球。為了適應信息化的需求，科研機構將智能化的理念引入小區管理，并進(jìn)一步引入家庭，從而產(chǎn)生了智能家居的概念。將手機通信和以太網(wǎng)通信技術(shù)引入智能家居的設計，恰好利用了現有的良好的通信條件，使在外的業(yè)主能及時(shí)了解家中的安全，提高業(yè)主的安全感，而且通過(guò)手機實(shí)時(shí)控制家電，提高了業(yè)主生活的舒適度。

　　串行端口電路：家電控制板采用串口與XSBase270實(shí)驗箱進(jìn)行通信，其采用了經(jīng)典的兼容RS-232標準的MAX232(＄2.0686)芯片作為串口的電平轉換芯片。電路的連接如圖2-4所示：

　　圖2-4　家電控制板串行接口電路

　　其中2腳RxD為接收引腳，3腳TxD為發(fā)送引腳，GND為信號地引腳。一般情況下普通串口只接這幾個(gè)引腳；特殊的串口，如藍牙串口除接上述的三個(gè)腳之外，還接了DSR引腳和CTS引腳，是因為藍牙串口的數據流輸出采用這兩個(gè)腳的信號控制；而其他引腳是跟MODEM相關(guān)的。在智能家居系統中，家電控制板接普通串口，GSM模塊接藍牙串口。RS-232信號相對于信號地而言，在正負電平之間擺動(dòng)。發(fā)送數據時(shí)，發(fā)送端輸出的正電平在+5V到+15V之間，負電平在-5V和-15V之間。無(wú)數據傳輸時(shí)，線(xiàn)上為T(mén)TL電平。接收器典型的工作電平在+3V~+12V與-3V~-12V。由于發(fā)送電平和接收電平的差僅為2~3V左右，所以其共模抑制能力差，加上雙絞線(xiàn)的分布電容，信號傳輸距離最大為15m，最高速率為20kb/s。MAX232(＄2.0686)包含2個(gè)驅動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路，提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。

　　家電控制電路

　　圖2-7 模擬家電控制電路

　　家用電器控制的接口電路如圖2-7 所示，K1～K4 為繼電器，分別控制四路家電的閉合和斷開(kāi)，Q1～Q4 為繼電器線(xiàn)圈電流驅動(dòng)，電路由單片機的P1口進(jìn)行控制，DD1～DD4 發(fā)光二極管用于顯示某路控制電路的工作情況，主要為了調試電路而設置。

　　傳感器接口電路

　　圖2-8 傳感器接口電路圖

　　煙霧、煤氣泄漏、紅外等這些傳感器的報警信號通過(guò)光電耦合接入單片機的P2 口，如圖2-8 所示，在傳感器沒(méi)有報警信號時(shí)，光電耦合芯片處于截止狀態(tài)，與之相接的單片機端口為低電平；當傳感器有報警，傳感器輸出高電平，此時(shí)光電耦合芯片導通，與之相接的單片機端口為高電平，由單片機對報警信號進(jìn)行采集并做出相應處理。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：這是基于Windows CE.net 5.0嵌入式操作系統，以使用Intel XScale270為CPU的ARM10嵌入式實(shí)驗箱為硬件基礎，以Visual Studio 2005和Delphi為軟件開(kāi)發(fā)平臺的智能家居系統的設計與實(shí)現。設計融合了嵌入式系統、通訊、單片機、軟件開(kāi)發(fā)等學(xué)科的知識。

　　智能家居中紅外遙控電路模塊的設計

　　如圖所示為系統遙控發(fā)射原理圖，P1.0 口為按鍵輸入口；P2.0 口為紅外發(fā)射端口，用于輸出38kHz 載波編碼，脈沖經(jīng)9013（NPN）放大然后由紅外發(fā)射管輸出；第9 腳為單片機的復位腳，采用RC 手動(dòng)復位電路；18、19 腳接晶振。

　　紅外發(fā)射電路圖

　　圖4紅外發(fā)射電路圖

　　紅外接收電路模塊

　　一般的紅外接收頭主要由集成電路外加阻容元件，紅外線(xiàn)接收管及濾波光片等組成，電路設計相對繁瑣，在實(shí)際應用中不方便。而紅外遙控接收頭SM0038 集紅外接收管，前置放大解調等于一體，無(wú)外部電路，體積小，密封性好，靈敏度高，應用簡(jiǎn)單，用小功率紅外發(fā)射管發(fā)射信號接收距離達35 米，并且價(jià)格低廉。它僅有三條管腳，分別是電源正極、電源負極以及信號輸出端，其工作電壓在5V 左右，接收頻率為38kHz，它的主要功能包括放大，選頻，解調幾大部分，要求輸入信號需是已經(jīng)被調制的信號。從而使電路達到最簡(jiǎn)化，靈敏度和抗干擾性都非常好，是一個(gè)接收紅外信號的理想裝置。如圖5 所示：

　　接收電路及調光電路

　　接收電路和調光電路的實(shí)現均是通過(guò)繼電器實(shí)現的，給每一個(gè)繼電器串聯(lián)一個(gè)電阻，構成一個(gè)回路，本電路將四個(gè)繼電器回路并聯(lián)，連接在P0 口上，當四個(gè)繼電器均閉合時(shí)，燈最亮，當三個(gè)繼電器工作時(shí)，燈較亮，當兩個(gè)繼電器工作時(shí)燈次亮，當一個(gè)繼電器工作時(shí)，燈最暗，當四個(gè)繼電器都不工作時(shí)，燈泡處于關(guān)閉狀態(tài)。接收電路圖如圖6 所示：

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：選擇的是51 系列的AT89C51(＄3.7875)芯片，AT89C51(＄3.7875)是一種帶4k字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8 位微處理器。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的AT89C51(＄3.7875) 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51(＄3.7875) 是一個(gè)低功耗高性能單片機，40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內含2 個(gè)外中斷口，2 個(gè)16 位可編程定時(shí)計數器，2 個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51(＄3.7875) 可以按照常規方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。

　　【二、通信 傳輸】

　　用于藍牙低功耗室內燈光能源采集電路設計

　　此系統參考設計與現有解決方案之間有高度差異，這種設計不含電池，因此免去了電池更換、電池充電的麻煩，并且節省了與電池維護相關(guān)的成本。此解決方案還確保了不存在與安裝相關(guān)的限制，只要存在普通室內照明即可。此外，也沒(méi)有 ON/OFF 開(kāi)關(guān)；整個(gè)負載連接和斷開(kāi)均由電源管理 IC 處理，因此確保了此解決方案具有自我管理能力。

　　能量接收電路設計

　　CC2541(＄2.3625)藍牙低能量電路設計

　　經(jīng)優(yōu)化的太陽(yáng)能電池 （Cymbet），適用于室內照明環(huán)境，通過(guò)可管理太陽(yáng)能電池的高效直流/直流升壓轉換器/充電器，實(shí)現超低功耗，從低輸入源實(shí)現持續能量收集：VIN ≥ 80mV（典型值），超低靜態(tài)電流：電源管理 IC 的 Iq 小于330nA（典型值），而 BLE 芯片為 1uA，冷啟動(dòng)電壓：VIN ≥ 330mV（典型值），可編程的動(dòng)態(tài)最大功率點(diǎn)跟蹤 （MPPT）。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：在短距離低功率無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，似乎藍牙技術(shù)的地位已經(jīng)不容置疑。但在功耗和成本成為主要約束的情況下，應用就受到了限制，較高的功耗使其應用不能使用功率極小的鈕扣電池。此外，越來(lái)越多的智能產(chǎn)品要求裝置和設備之間要能夠實(shí)現無(wú)線(xiàn)協(xié)作，以現行的藍牙技術(shù)。

　　智能家居專(zhuān)用STM32(＄20.3400) 以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)板電路設計

　　本文檔介紹的是一款基于STM32(＄20.3400) ENC28J60(＄2.3200)以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)板。作為終端，采集房間內的溫濕度、聲音、光線(xiàn)等信號，并通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送出去。接收端可以為一樣的終端，也可以是PC，甚至是一個(gè)簡(jiǎn)單的安卓APP?？梢宰鳛橹悄芗揖拥膶W(xué)習開(kāi)發(fā)板。STM32(＄20.3400) ENC28J60(＄2.3200) 以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)板整個(gè)電路采用STM32(＄20.3400)F103RBT6（STM 32F103RBT6數據手冊）作為主控制芯片，以太網(wǎng)芯片ENC28J60(＄2.3200)S和NRF24L01(＄1.4400)（NRF24L01(＄1.4400)數據手冊）無(wú)線(xiàn)模塊實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊。

　　功能模塊包括：TM32開(kāi)發(fā)板最小系統、電源模塊、LCD1602液晶顯示模塊NRF24L01(＄1.4400)無(wú)線(xiàn)模塊、ENC28J60(＄2.3200)以太網(wǎng)模塊等。

　　原理圖展示：

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：以太網(wǎng)構成智能家居的數據傳輸網(wǎng)絡(luò )，不僅可以避免重新布線(xiàn)的麻煩，同時(shí)可以提供可觀(guān)的數據吞吐能力，并且可以平滑過(guò)渡與互聯(lián)網(wǎng)相連接。依據以太網(wǎng)這些優(yōu)點(diǎn)，提出一個(gè)基于STM32(＄20.3400) ENC28J60(＄2.3200)以太網(wǎng)終端的解決方案，滿(mǎn)足了智能家居遠程控制的基本需求。

　　【三、家居安防】

　　智能家居安防無(wú)線(xiàn)監控報警系統電路設計

　　無(wú)線(xiàn)監控報警系統主要由GSM短信模塊、監控者手機和智能監控模塊組成，GSM模塊主要提供系統和用戶(hù)之間的通信信道。智能監控模塊及其外圍電路可實(shí)現對周?chē)鷶祿牟杉捅O控，如果監控對象正常的話(huà)就繼續循環(huán)監測，如果出現問(wèn)題，微控制器即采用AT命令通過(guò)GSM短信模塊發(fā)送短信息給監控者，監控者也可用短信息的命令形式去設置以微控制器為核心的智能模塊，以及發(fā)送短信消息查詢(xún)命令和監控情況，從而達到無(wú)線(xiàn)監控的目的。

　　PT2272組成的接收電路

　　PT2262／2272配對使用可組成遙控發(fā)射和接收電路。其中PT2262組成遙控器，PT2272組成接收器，它們必須工作在同一頻段，地址編碼必須完全相同才能配對使用。發(fā)射電路用來(lái)發(fā)射3I5MHz的高頻載波，將編碼后的地址碼、數據碼、同步碼隨同載波一起發(fā)射出去，接收電路將發(fā)射電路發(fā)射出的信號有效地接收過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)放大后，再送入解碼電路解碼后，變成所需的電信號。當解碼芯片PT2272接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號時(shí)，VT腳輸出一個(gè)正脈沖，經(jīng)9014取反后向單片機產(chǎn)生一個(gè)中斷請求，CPU接到中斷信號后讀取PT2272芯片的內容，與此同時(shí)，相應的數據腳也輸出高電平。如果發(fā)送端按鍵一直被按住，編碼芯片也會(huì )連續發(fā)射。當發(fā)射機沒(méi)有按鍵按下時(shí)，PT2262不會(huì )與電源連通，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作。PT2272組成的接收電路設計圖見(jiàn)圖2。

　　PT2272解碼芯片分為鎖存輸出和非鎖存輸出。后綴數字n表示有n路并行的控制通道，當采用n路并行數據時(shí)，對應的地址編碼應該是位。地址輸入端，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接電源、接地；數據輸出端，只有兩種狀態(tài)可供選擇：接電源、接地。本次設計選用PT2272-M4，即采用非鎖存輸出、地址碼8位、數據碼4位。

　　圖2 PT2272及射頻接收模塊組成的接收電路

　　TC35模塊

　　TC35主要由GSM基帶處理器、GSM 無(wú)線(xiàn)模塊、電源模塊、閃存、ZIF連接器、天線(xiàn)接口6部分組成，共有40個(gè)引腳， 通過(guò)一個(gè)ZIF 連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類(lèi)， 即電源、數據輸入／輸出、SIM 卡、音頻接口和控制。第1～14腳為電源部分， 其中1～5為電源電壓輸入端Vbatt+，6～10為電源地GND， 11、12充電引腳，13對外輸出電壓，14為ACCU—TEMP接負溫度系數的熱敏電阻；24～29為SIM 卡引腳；33～40為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話(huà)手柄；15、30、31和32腳為控制部分；16～23位數據輸入／輸出。TC35模塊及其外圍設計電路圖見(jiàn)圖3。

　　使用TC35這個(gè)模塊時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）模塊上電10ms后（電池電壓須大于3V），為使之正常工作，必須在15腳（IGT）加時(shí)長(cháng)至少為100ms的低電平信號，且該信號下降沿時(shí)間小于1ms。啟動(dòng)后，15腳的信號應保持高電平。（2）SIM引腳中的CCIN引腳用來(lái)檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為高電平時(shí)，系統方可進(jìn)入正常工作。（3）TC35的SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(cháng)情況，另一種是指示TC35的工作狀態(tài)。本模塊使用的是后一種功能，即當LED熄滅時(shí)，表明TC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當LED為“600ms亮/600ms熄”時(shí)，表明SIM卡沒(méi)有插入或TC35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )登錄；當LED為“75ms亮/3s熄”時(shí)，表明TC35已登錄到網(wǎng)絡(luò )，處于待機狀態(tài)。

　　本文系統介紹了無(wú)線(xiàn)監控報警系統的工作原理、總體設計框圖，對系統的內部組成部分——電源、單片機、PT2272、TC35進(jìn)行了闡述，并給出了PT2272和TC35的具體設計電路圖。這篇文章是針對家庭安全設計的一款無(wú)線(xiàn)監控報警系統，也可用于其它場(chǎng)合。借助最可靠、最成熟的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，直接將警情以短消息（短消息是全球移動(dòng)通信系統中最簡(jiǎn)便的數據通信方式。隨著(zhù)短消息業(yè)務(wù)的日益完善，短消息已具備承載重要數據信息的能力）的形式反映到用戶(hù)手機顯示屏上，具備可靠性強、體積小和功耗低等特點(diǎn)。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：介紹了一種家居安防無(wú)線(xiàn)監控報警系統的硬件電路設計方法，它以SM89516A單片機為核心，通過(guò)控制由解碼芯片PT2272、射頻接收模塊組成的接收電路，對感應器采集到的報警信息進(jìn)行處理，通過(guò)控制TC35模塊以GSM短消息的方式實(shí)現合法用戶(hù)手機與監控報警系統之間的指令與數據接收和發(fā)送。該報警器具有現場(chǎng)警笛報警和無(wú)線(xiàn)報警功能。

　　智能電話(huà)遠程家電控制系統電路設計

　　提出了通過(guò)遠程電話(huà)實(shí)現智能家電控制系統的一種實(shí)現方案。介紹了家電和電話(huà)之間的控制接口電路， 討論了系統結構及硬件。智能家電是將計算機通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與數字技術(shù)，以簡(jiǎn)單精巧的形式融入到傳統家電中，使家電具備智能化和信息網(wǎng)絡(luò )功能。智能家電的產(chǎn)生和發(fā)展將對傳統家電、計算機和通信業(yè)產(chǎn)生深遠影響。

　　雙音多頻信號解碼電路

　　DTMF 雙音多頻信號解碼電路是目前在按鍵電話(huà)、程控交換機及無(wú)線(xiàn)通信設備中廣泛應用的集成電路。雙音多頻信號是一組由高頻信號與低頻信號疊加而成的組合信號，本系統采用HT9170作為DTMF 信號的解碼核心器件，如圖2 所示。

　　HT9170 是一個(gè)具有數字解碼和濾波功能的雙音多頻信號接收器，通過(guò)三次濾波和兩次數字解碼電路將DTMF 信號輸入轉換為四位并行二進(jìn)制碼數字信號輸出。芯片內有一個(gè)內置的放大電路對輸入信號進(jìn)行調整。其預置濾波電路可將350Hz ～400Hz 信號濾掉，再通過(guò)低通濾波電路和高通濾波電路將信號分解為低頻信號和高頻信號。利用數字計數的方法對16 種DTMF 輸入進(jìn)行解碼，并產(chǎn)生4bit 的代碼輸出。當HT9170 接收到遠端用戶(hù)發(fā)送的DTMF 信號時(shí)，其DV 引腳被置成高電平，同時(shí)DTMF 信號被送至內部電路進(jìn)行解碼，將OE 腳置成高電平后，其D0～D3 腳輸出四位并行二進(jìn)制數據，DTMF 輸入與解碼輸出對應關(guān)系如表1 所示，其中Z為高阻態(tài)。輸出的四位并行二進(jìn)制數據直接與單片機的P0. 0～P0. 3 連接，讀入至單片機處理。

　　振鈴檢測與上線(xiàn)P離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電路

　　電話(huà)被呼叫時(shí)，交換機發(fā)來(lái)振鈴信號。振鈴為連續的正弦波，電壓有效值50V ±12 V ，振鈴周期約為5 秒。為避免用戶(hù)呼叫系統時(shí)產(chǎn)生的高壓振鈴信號對DTMF 信號解碼電路產(chǎn)生危害，在系統待機及振鈴時(shí)，DTMF 信號解碼電路應處于離線(xiàn)狀態(tài)。只有在系統檢測到振鈴并自動(dòng)摘機后，DTMF 信號解碼電路才處于上線(xiàn)狀態(tài) 。

　　系統拋棄了一些復雜的，兼容性差的芯片，取而代之的是得到廣泛應用并且控制簡(jiǎn)單的DTMF 雙音頻解碼芯片和單片機，識別率高，并且技術(shù)成熟，使得系統可以在復雜環(huán)境下穩定工作。此外，可以通過(guò)進(jìn)一步的高級菜單設計與驅動(dòng)電路設計來(lái)完善控制單元，增加控制家電的運作時(shí)間、風(fēng)速等級等復雜操作，使遠程家電控制方式更加智能化。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：介紹的電話(huà)遠程智能家電控制系統以標準程控交換信令作為系統控制命令，實(shí)現對家用電器等設備的遠程控制。廣泛應用并且控制簡(jiǎn)單的DTMF 雙音頻解碼芯片和單片機，識別率高，實(shí)現方案制作簡(jiǎn)單、投資低，此外由于價(jià)格低、使用方便等特點(diǎn)而便于推廣。

　　【四、家庭保健】

　　睡眠呼吸暫停癥監視電路設計

　　每年因為睡眠呼吸疾病死去的人不在少數，很恐怖吧。這就是睡眠呼吸暫停癥，一般在診斷患者是否罹患睡眠呼吸暫停癥是指患者在睡眠中出現呼吸暫停和低，通氣的總次數超過(guò)每小時(shí)5 次。如何保證家里的睡眠呼吸暫停癥患者安全睡眠呢？本文將介紹一種無(wú)線(xiàn)型睡眠呼吸暫停癥監視系統電路設計。

　　生理參數測量計

　　心跳變化使用的感測組件為光傳感器，主要利用人體心臟收縮時(shí)血管中的血流量及血氧濃度會(huì )因此而產(chǎn)生變化。本系統采用光耦合器（CNY70(＄0.5376)）利用光反射法偵測血管末端血流量的變化。音頻信號接收器主要是接收睡眠時(shí)因呼吸道阻塞所產(chǎn)生的鼾聲，本系統采用電容式音頻接收器作為信號接收的主要組件，利用接收音波壓力改變振動(dòng)膜的位移量，使振動(dòng)膜與鋁質(zhì)外殼間的電容CT 隨著(zhù)音波強弱改變電容量，再經(jīng)FET 完成阻抗的轉換產(chǎn)生RECM，使REXT 和RECM 的分壓改變，得到不同的輸出。圖1 為音頻接受器內部架構及動(dòng)作原理。

　　圖1 音頻接受器內部架構及動(dòng)作原理

　　呼吸傳感器的工作原理是利用呼吸時(shí)胸腔會(huì )產(chǎn)生起伏而拉動(dòng)臥式可變電阻因而產(chǎn)生電阻值的改變。

　　生理信號感測電路

　　心跳變化時(shí)，傳感器所測量到的信號，包含有直流偏壓（DC Offset）、心跳變化的信號、呼吸及肌肉顫動(dòng)、60Hz 及高頻的噪聲，其中心跳變化的信號為所需的信號，其它信號一律視為噪聲，因此分別采用硬件的前置濾波電路及軟件兩種處理方式，以消除不同的噪聲對測量所造成的影響。前置濾波電路主要特點(diǎn)是可以減輕軟件程序進(jìn)行數字信號處理所需的運算量及時(shí)間，避免造成信號處理過(guò)程中延遲情形。圖2 為心跳感測電路。

　　呼吸感測電路

　　利用呼吸時(shí)胸腔的起伏拉動(dòng)臥式可變電阻改變電阻值因而產(chǎn)生的電壓變化，經(jīng)由信號放大電路、比較電路，即可判斷呼吸的情形。圖3為呼吸感測電路。

　　CPU 及顯示電路

　　圖4 所示為本系統CPU 及顯示電路。CPU 是使用盛群半導體股份有限公司所生產(chǎn)的HT46R24 微控制器，其中由Port A 及Port C 驅動(dòng)15*4 中文顯示型LCD，作為生理參數數據的顯示，Port B 為生理參數及定時(shí)器的輸入端，而Port D 則經(jīng)過(guò)MAX232(＄2.0686) 準位轉換做串行傳輸。

　　生理參數測量計之程序如下：在生理參數測量時(shí)為了避免讀取到身體翻轉時(shí)的錯誤信號，利用多重讀取的方式加以避免，在信號變化時(shí)連續讀取，且每次讀取間加入一段時(shí)間延遲，再經(jīng)過(guò)比對讀取的信號是否相同，此方式可降低信號讀取時(shí)的錯誤率。處理完成后的生理參數資料存放于微控制器的緩存器，并通過(guò)中文型LCD 顯示所測量到的生理參數。藍牙無(wú)線(xiàn)模塊傳輸方面，主要將儲存在微控制器內部緩存器的生理參數數據通過(guò)RS-232 串行傳輸與個(gè)人計算機間做數據通訊。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：在設計單芯片微控制器時(shí)，必須以時(shí)間軸為基準，測量各項生理參數，才能于重建時(shí)找出各個(gè)生理參數間的關(guān)系。為了使生理參數測量計的體積小型化， 必須選擇低消耗電量及體積較小的組件，并使用微控制器使整體電源消耗最小化。藍牙無(wú)線(xiàn)傳輸模塊為低功率消耗且高安全性的無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備。

　　【五、智能照明】

　　通用照明應用的可調光LED 驅動(dòng)器電路設計

　　近年來(lái)，世界上多個(gè)國家制定政策以分階段淘汰白熾燈泡。熒光燈及緊湊型熒光燈（CFL）的能效比白熾燈高，但含劇毒物質(zhì)汞，存在環(huán)保顧慮。相比較而言，具備環(huán)保優(yōu)勢、近年來(lái)成本穩步下降的高亮度白光LED 技術(shù)已經(jīng)快速改進(jìn)，適合于白熾燈泡替代等LED 通用照明應用。LED 通用照明應用覆蓋寬廣功率范圍，低至3 W 到15 W 的LED 住宅照明，中等功率有如15 W至75 W 的商業(yè)及建筑物裝飾性照明，高至75 W 到250 W 的戶(hù)外及基礎設施照明，典型照明產(chǎn)品有如MR16/GU10 燈、E27/A19 燈泡、鎮流器、筒燈、T8 燈管、街燈等。

　　在低功率LED 通用照明應用方面，可以采用的LED 驅動(dòng)器包括NCL30000(＄0.6000)、NCL30002(＄0.7425)、LV5011、LV5012、LV5026(＄0.9720) 及NCL3008x 系列等。中等功率LED 通用照明應用中可以采用NCL30000(＄0.6000) 及NCL30001(＄1.2600) 等單段式功率因數校正LED 控制器；功率更大的應用可以采用NCL30051(＄1.6625) 和NCP1910(＄1.0875) 這樣的高能效組合控制器。對于中大功率LED 通用照明應用而言，設計人員還可以根據應用需求選擇傳統的兩段式（PFC 段 + DC-DC 轉換段）LED 驅動(dòng)方案。其中，NCL30000(＄0.6000) 及NCL30002(＄0.7425) 均是單段式功率因數校正（PFC）、支持TRIAC 調光的LED 驅動(dòng)器。安森美半導體開(kāi)發(fā)了基于NCL30000(＄0.6000)/2 的非隔離可調光、高功率因數（PF） A 型燈、GU10降壓LED 驅動(dòng)器參考設計，其電路圖如圖4 所示。

　　圖4：基于NCL30000(＄0.6000)/2 的非隔離、TRIAC 可調光A 型燈/GU10 降壓LED 驅動(dòng)器參考設計。

　　LV5011、LV5012 及LV5026(＄0.9720) 均支持TRIAC 調光。其中，LV5026(＄0.9720) 集成了外部泄能控制電路，LV5011 則在LV5026(＄0.9720) 的基礎上集成了功率MOSFET。LV5012 除了內置啟動(dòng)高壓MOSFET，還內置TRIAC 穩定功能。

　　圖5：支持TRIAC 調光的LV5026(＄0.9720)、LV5011 及LV5012 應用電路圖。

　　NCL3008x 系列目前包括NCL30080(＄0.3500)、NCL30081(＄0.3920)、NCL30082(＄0.3920) 和NCL30083(＄0.4340) 等器件，是安森美半導體新推出的高能效準諧振控制器，用于低功率LED 照明應用。這系列器件中，NCL30081(＄0.3920)和NCL30083(＄0.4340) 支持分步調光（5 步調光），而NCL30082(＄0.3920) 支持模擬、數字PWM 及TRIAC 調光。NCL30081(＄0.3920) 和NCL30083(＄0.4340) 的分步調光功能，使LED 照明燈具能夠使用標準壁式開(kāi)關(guān)就可進(jìn)行5步調光。這種調光驅動(dòng)方案可直接使用標準壁式開(kāi)關(guān)，無(wú)需改造照明基礎設施，成本具有優(yōu)勢。

　　圖7：基于NCL30082(＄0.3920) 的可調光低功率LED A 型燈設計。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：隨著(zhù)智能化的普及，LED 照明也得到迅速發(fā)展。本文分析了通用照明LED 驅動(dòng)器面臨的挑戰，簡(jiǎn)要介紹各種功率等級的LED 通用照明應用的驅動(dòng)器方案，并著(zhù)重介紹了可調光的LED 驅動(dòng)電路設計，以推動(dòng)LED 通用照明發(fā)展及迎接LED 智能照明時(shí)代的來(lái)臨。

　　【六、能源管理】

　　智能用電的家庭能源管理儀表電路設計

　　隨著(zhù)中國城市化進(jìn)程的推進(jìn)，經(jīng)濟的發(fā)展，能耗總量呈持續增長(cháng)的態(tài)勢，因此能源管理勢在必行。對工礦企業(yè)、建筑樓宇的能源管理，依賴(lài)于對能源信息的數采集及分析。除電能外，其它種類(lèi)能耗也需要采集，如水、氣等。目前大部分的水表、氣表，其信息遠傳方式為脈沖輸出，并不適合能源管理系統的直接采集需求，因此很難將非電量的能耗信息融入能源管理系統?，F有的脈沖采集器是針對老式機械式電度表開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，完成電能脈沖到電度數的數字轉化，但不能將水量、氣量等轉化成對應的數字當量。

　　信號采集

　　三相交流電壓、電流信號采集：基于成本、內部空間和0.5 級精度設計的綜合考慮，電壓信號采樣選用電阻網(wǎng)絡(luò )分壓的方式，電流信號采樣選用電流互感器加電阻取樣的方式，并都采用二極管BAV199(＄0.0234) 作箝位保護。

　　外部輸入脈沖信號采集

　　對脈寬為80ms±20ms 的三路外部輸入脈沖信號進(jìn)行計數（對于脈寬不在此范圍之內的信號作為雜波濾脈沖輸出接口為光耦隔離型，脈沖波形為標準方波，脈沖寬度為80ms±20ms，硬件原理如圖所示。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評：本文提出了一種新穎的帶脈沖計量的能源管理儀表。采用TERIDIANEnergy Meter IC 71M6533(＄5.0540)，利用其片內高精度22 位Δ-ΣADC 和獨立的32 位計算引擎，利用一系列開(kāi)發(fā)工具，結合豐富的電表設計經(jīng)驗，完成了儀表開(kāi)發(fā)。對比傳統數據采集器，具有成本低、精度高、直觀(guān)易讀、安裝簡(jiǎn)潔、組網(wǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。


——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)2014年12月《智慧家庭特刊》“EE DESIGN(＄9.9900)”欄目

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