智能家電電子電路設計圖集錦 —電路圖天天讀（90）

　　TOP1 智能家電遠程控制系統電路設計

　　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。目前智能家電的實(shí)現方案眾多，采用專(zhuān)用集成電路是方案 。文中介紹的電話(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，以公用電話(huà)交換網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)，用戶(hù)可以在遠端發(fā)送DTMF 雙音多頻信號，實(shí)現對家用電器等設備的遠程控制。本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，使得本系統可以在復雜環(huán)境下穩定工作。

　　智能家電應具有很多功能，文中僅討論遠程控制系統的設計。圖1 為系統功能框圖，由單片機，DTMF 雙音頻解碼模塊、家電控制驅動(dòng)接口、振鈴檢測與上線(xiàn)P離線(xiàn)開(kāi)關(guān)等幾個(gè)部分組成。系統檢測到遠程電話(huà)線(xiàn)傳輸過(guò)來(lái)的信號后，由雙音頻解碼器對遠程電話(huà)的 DTMF（Dual Tone Multi(＄198.7500) Frequency） 進(jìn)行解碼識別，并對相應的受控電器發(fā)出相應的動(dòng)作指令。

　　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)（固定電話(huà)、移動(dòng)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，我國國家標準規定了電話(huà)鍵盤(pán)按鍵與雙音多頻信號的對應關(guān)系。本系統采用HT9170作為DTMF 信號的解碼核心器件，如圖2 所示。

　　振鈴檢測與上線(xiàn)P離線(xiàn)開(kāi)關(guān)

　　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)（與用戶(hù)電話(huà)線(xiàn)斷開(kāi)） 。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)（與用戶(hù)電話(huà)線(xiàn)接通） 。根據振鈴信號電壓的特點(diǎn)，可以先使用二極管和濾波電路對振鈴進(jìn)行整流濾波，所得信號經(jīng)穩壓二極管穩壓至5V 后加在開(kāi)關(guān)三極管的基極，使對應有振鈴信號的時(shí)間內輸出高電平，如圖3 所示。再將此信號輸出至單片機的中斷計數器輸入口，當計數至7 次后（一般電話(huà)來(lái)電振鈴為8 次） 由單片機控制接通繼電器完成自動(dòng)摘機，并閉合系統上線(xiàn)P離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)啟DTMF 信號解碼電路與電話(huà)用戶(hù)線(xiàn)的連接。

　　驅動(dòng)電路

　　家電遠程控制系統通過(guò)對繼電器的閉合實(shí)現對受控電器的控制。因此，在單片機與受控電器之間必須設置一個(gè)驅動(dòng)接口電路。本系統采用美國 TexasInstruments 和Sprague 公司開(kāi)發(fā)的ULN2003A(＄0.1500) 芯片，來(lái)關(guān)閉與開(kāi)啟繼電器開(kāi)關(guān)，如圖4 所示。

　　本文提出了通過(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設計。利用本系統可以實(shí)現固定電話(huà)對空調器、電燈、電飯鍋等家用電器設備的遠程控制。另外，本系統也可應用于工農業(yè)中，實(shí)現對無(wú)人值守崗位的遠程控制。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。
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　　智能家電技術(shù)資料集錦——讓家電設計邁入嶄新時(shí)代！

　　TOP2 WiFi構成的智能家電電路設計須知

　　智能家電是利用綜合布線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設施集成，構建高效的家庭日程事務(wù)的管理系統，提升安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現環(huán)保節能環(huán)境。最常實(shí)現的應用是燈光、熱水器、空調、入侵監測、煙霧報警、視頻監控和窗簾的智能控制。

　　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(＄68.6000) 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。

　　WiFi 插座的控制電路設計

　　電路原理：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。以上只是以WiFi 插座為例，敘述基于WiFi 技術(shù)的智能家居，如果要實(shí)現智能家電中的其他功能，實(shí)現原理類(lèi)似。例如，要實(shí)現遠程視頻監控，只需將插座改為攝像頭并實(shí)現相應的軟件功能即可。

　　智能家電控制散熱系統電路模塊設計

　　電路原理：當談到控制風(fēng)扇時(shí)，使用熱敏電阻替代熱電偶的做法已變得更流行。使用熱敏電阻來(lái)控制溫度已不是什么新鮮事，該器件就被用來(lái)測量PCB散熱器溫度的升降情況。本文將探討其在風(fēng)扇控制中的工作情況和性能，以減少噪聲，并提高效率。在基于熱敏電阻的風(fēng)扇控制中，如果環(huán)境溫度上升到高于室溫狀態(tài)，測溫電橋將檢測到溫度的上升，并開(kāi)啟風(fēng)扇。這一工作是全自動(dòng)的，當環(huán)境溫度回到室溫時(shí)，風(fēng)扇將會(huì )關(guān)閉。負溫度系數（NTC）熱敏電阻能夠非常有效地檢測出環(huán)境溫度的上升。因為是負溫度系數，當環(huán)境溫度上升時(shí)，熱敏電阻的阻值將降低。本例中的測溫電橋在控制風(fēng)扇工作的過(guò)程中，利用的就是熱敏電阻的這一獨特特征。

　　測溫應用

　　電路中的風(fēng)扇通過(guò)對電路進(jìn)行適當冷卻，可增強能效，降低風(fēng)扇所產(chǎn)生的噪聲效應。電氣噪聲通常是由于風(fēng)扇未能在全功率條件下工作而產(chǎn)生的。

　　圖1：比較器電路中的輸入信號。

　　圖2：測溫電橋電路。

　　圖2給出了用于風(fēng)扇控制的典型測溫電橋電路。電阻R2（50W、300Ω）由下式確定，它將影響輸入信號。

　　TOP3 智能家電紅外發(fā)射電路模塊

　　在本系統設計中，單片機發(fā)出的信號如何被紅外發(fā)射管識別，發(fā)射管能否正常發(fā)射紅外信號是發(fā)射電路要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。要發(fā)射紅外信號，必須要有紅外發(fā)射器件。紅外發(fā)光二極管是一種能產(chǎn)生紅外光的發(fā)光二極管，目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線(xiàn)波長(cháng)為940nm 左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。常見(jiàn)的紅外發(fā)射二極管有黑色，透明色，它與普通發(fā)光二極管的最大區別在于所發(fā)出的光為不可見(jiàn)光，而普通發(fā)光二極管發(fā)出的是各種顏色的可見(jiàn)光，通常，紅外發(fā)光二極管分為兩種結構形式：一種是遙控發(fā)射型紅外發(fā)光二極管（即最常用的手持遙控器所用的紅外發(fā)射二極管）；一種是近距離發(fā)射型紅外發(fā)光二極管，這種二極管把紅外光的發(fā)射與接收共集為一體。由于本設計實(shí)現的是家居遙控，因此采用第一種即可。

　　如圖4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。

　　圖4紅外發(fā)射電路圖

　　紅外接收器件介紹

　　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：

　　圖 5 SM0038

　　接收電路及調光電路設計

　　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)。接收電路圖如圖所示：

　　本論文最大的難點(diǎn)是如何實(shí)現紅外信號的發(fā)射與接收，為了減少電路的繁瑣，我使用單片機來(lái)實(shí)現軟件編碼解碼，大大提高了電路的靈活性，降低了成本，僅僅使用一個(gè)鍵就能實(shí)現對一個(gè)燈具的開(kāi)關(guān)和亮度調節，若是把一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)改設成一個(gè)矩陣鍵盤(pán)，就可以實(shí)現對整個(gè)家里的燈具的開(kāi)關(guān)和亮度控制，實(shí)用性很強。

　　TOP4 智能家電串行接口電路設計指南

　　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。

　　本文提出了基于嵌入式系統ARM10的智能控制平臺的設計，功能包括了短信控制家電，傳感器探測非正常環(huán)境并且通過(guò)手機短信告知業(yè)主，以及以太網(wǎng)實(shí)時(shí)視頻監控等功能。使用標準串口線(xiàn)連接家電控制板與PC機。使用“串口調試助手”軟件進(jìn)行對串口的讀寫(xiě)操作。往家電控制板輸入形如“%0001”的字符串，觀(guān)察是否能啟動(dòng)對應的LED。同樣的，按對應的“傳感器”按鈕，觀(guān)察PC機是否能收到正確的字符串。經(jīng)過(guò)測試，家電控制板能夠正常運行。

　　TOP5 智能家電中的無(wú)線(xiàn)數據傳輸電路設計方案

　　通過(guò)中央管理平臺，讓家居生活舒適、安全、便利、節能、健康、環(huán)保。類(lèi)似名稱(chēng)的還有數碼家居、數字字園、網(wǎng)絡(luò )家庭、家庭自動(dòng)化、E－HOME等等。目前，智能家電可為用戶(hù)提供家居安全報警、可視對講、家電、照明調光、設備的室內外遙控、電話(huà)遠程控制、Internet(＄68.6000)遠程控制等多種功能。產(chǎn)品類(lèi)型包括有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)結合，無(wú)線(xiàn)方式具有無(wú)布線(xiàn)，移動(dòng)，安裝方便、應用場(chǎng)合廣等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為應用主流。

　　燈光控制部分硬件組成框架

　　燈光控制部分硬件組成框圖如圖1所示，其中各部分接口電路如下：

　　圖1 無(wú)線(xiàn)燈光控制電路

　　圖2 非隔離電源電路圖

　?、俜歉綦x電源電路為MCU和無(wú)線(xiàn)模塊提供工作電壓，如圖2所示，采用PI的LinkSwitch-TN，由于功率MOSFET和控制器集成在一個(gè)IC當中，設計過(guò)程可得到極大地簡(jiǎn)化。電路路中所用元件數目很少，無(wú)需變壓器，即可以利用設計速成部分，使用標準元件完成常用輸出電壓和電流的設計。

　?、跓o(wú)線(xiàn)模塊連接電路如圖3所示，PHY只需使用5個(gè)I/O口即可工作，同時(shí)采用SPI兼容的控制接口作為數據通訊接口，我們測試板也正是使用這種方式與 PHY模塊進(jìn)行連接的。各個(gè)接口功能如下：SCK：SPI串口時(shí)鐘輸入；SDI：SPI串口數據輸入；NSEL：SPI片選輸入（低電平有效）；SDO：SPI串口數據輸出；NIRQ：中斷請求輸出（低電平有效）；PHY模塊用作數據。該模塊具有體積小、功耗底等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于無(wú)線(xiàn)設備上。

　　圖3 無(wú)線(xiàn)模塊連接電路

　?、壅{光模塊電路如圖4所示，包括一個(gè)EMI濾波器、一個(gè)無(wú)源功率因數校正、鎮流器控制和燈諧振輸出級，輸出級采PWM輸出驅動(dòng)信號，通過(guò)驅動(dòng)變壓器驅動(dòng)半橋MOS管，實(shí)現燈光的控制。

　　圖4 調光控制電路

　　TOP6 手持RF遙控部分硬件組成框架

　　手持RF遙控部分硬件組成框架如圖5所示，具體電路接口如下：

　　圖6 按鍵電路

　?、侔存I電路如圖6所示，

　　4*4輕觸按鍵作為用戶(hù)的輸入，用戶(hù)按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個(gè)按鍵定義為，可以根據開(kāi)發(fā)著(zhù)設計需要而定。

　?、跓o(wú)線(xiàn)模塊連接電路與手持RF無(wú)線(xiàn)模塊的電路與燈光控制部分基本一樣，電路如圖3所示，都是使用SPI方式與無(wú)線(xiàn)模塊通信。

　?、垭娫措娐啡鐖D7所示，手持遙控使用5V～9V干電池為系統供電。

　　圖7 電源電路

　　本文介紹的智能化燈光控制方案，可以通用到任一智能家居設計方案中，方便的應用于各種智能家居系統上。

　　智能家電報警系統電子電路設計指南

　　報警器能根據監控的對象進(jìn)行設計，種類(lèi)繁多，廣泛地運用于各行各業(yè)及人們的日常生活。一般而言，報警器的電路可分為單點(diǎn)式和多點(diǎn)式。單點(diǎn)式報警器電路結構較為簡(jiǎn)單，只需把傳感器監測到的信號進(jìn)行放大，直接驅動(dòng)聲光報警器電路工作。多點(diǎn)式報警器電路常采用單片機技術(shù)開(kāi)發(fā)的電話(huà)報警系統，當有外人侵入、煤氣泄漏、火災等險情時(shí)，能及時(shí)地報警，可靠性大大提高。與單點(diǎn)式相比，多點(diǎn)式運用的范圍更多，比如說(shuō)工農業(yè)生產(chǎn)、安全防災、住災區防盜等諸多領(lǐng)域。常見(jiàn)的電子報警器有電子防盜報警器、可燃性氣體報警器、火災報警器等。

　　報警器的總體方案

　　下面對個(gè)別電路模塊進(jìn)行方案論證，其典型應用電路如圖：

　　MT5087撥號電路

　　在圖2-3電路中，鍵盤(pán)控制邏輯電路的行線(xiàn)和列線(xiàn)對應1-0中的一位數字，供程控交換機新服務(wù)性能使用，還有多余四個(gè)鍵備用。當按下一鍵時(shí)，就確定了是哪兩種音調的組合，經(jīng)過(guò)高、低兩個(gè)音組的D/A轉換，合成的正弦波經(jīng)加法器相加后由MT5087的16端輸出。MT5087鍵值與音頻關(guān)系如表2-1 所示。

　　TOP7 電源電路的設計

　　該電路將家用220V交流電經(jīng)降壓、整流、穩壓后得到穩定的5V直流電。其電路設計如圖3-1所示。

　　如圖3-1，變壓器T1將交流220V電壓變成12V交流低壓，再經(jīng)橋堆整流、濾波后轉換成不穩定的直流電壓（16.968V），然后加在三端集成穩壓器7805輸入端，經(jīng)穩壓器后輸出穩定的直流電壓。同時(shí)，為減小電網(wǎng)電壓波動(dòng)對電路的影響，分別在三端集成穩壓器7805輸入端及輸出端接上 470uF電解電容C20、0.01uF電容C22及100uF電解電容C19、0.01uFC21電容。其中，C19和C20主要起減小紋波的作用，同時(shí)C19還可改善負載的瞬態(tài)響應；C22可旁路高頻干擾脈沖，C21起減小高頻輸出阻抗的作用。

　　鍵盤(pán)及顯示電路的設計

　　根據方案論證，鍵盤(pán)及顯示電路設計如圖3-2所示。

　　圖3-2 鍵盤(pán)及顯示電路

　　如圖3-2，鍵盤(pán)電路采用3×4矩陣式接口方式，由STC89C52單片機P0.0-P0.6七個(gè)口控制。根據按鍵識別原理，行線(xiàn)接5V高電平及 10K上拉電阻，處于高電平狀態(tài)，可將列線(xiàn)置低，檢查行線(xiàn)狀態(tài)，若為高則無(wú)鍵按下，為低則有鍵按下；然后讓列線(xiàn)逐列為低，再檢查行線(xiàn)狀態(tài)，判斷出哪個(gè)鍵按下。顯示電路通過(guò)單片機串行口RXD、TXD輸出，采用串行輸入芯片MC74HC164(＄0.0779)接收，通過(guò)QA-QH 八個(gè)口經(jīng)300歐姆限流電阻送至八段數碼管顯示。

　　TOP8 智能家電中熱水器電路設計方案

　　主控器采用PIC18F66J60(＄3.5000)，是一款以太網(wǎng)微控制器，具有出色的計算性能、豐富的功能集以及極具競爭力的價(jià)格，包括一系列串行通信外設，多至2個(gè)獨立增強型USART 和2個(gè)主控SSP模塊，能夠進(jìn)行SPI 和I2C模式操作，具有嵌入式以太網(wǎng)控制器模塊。

　　本文的連接解決方案，完全實(shí)現介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制和物理層收發(fā)器模塊，只需使用兩個(gè)脈沖變壓器和一些無(wú)源器件即可將單片機直接與以太網(wǎng)相連。網(wǎng)絡(luò )接口電路如圖所示，TPIN+/TPIN- 和TPOUT+/TPOUT- 引腳與用于以太網(wǎng)操作的1:1 中心抽頭脈沖變壓器相連。當使能以太網(wǎng)模塊時(shí)，兩個(gè)TPOUT 引腳會(huì )有持續的電流流入;當收發(fā)器模塊在發(fā)送數據時(shí)，通過(guò)改變TPOUT+ 和TPOUT-的相對電流大小，將在以太網(wǎng)電纜上產(chǎn)生一個(gè)差分電壓，發(fā)送和接收接口均需要另外使用兩個(gè)電阻和一個(gè)電容正確與傳輸線(xiàn)相連，最大限度地減少信號反射，增加通信信號的穩定。

　　該方案主要是以IAI442X系列芯片和PIC系列微控制器研發(fā)的智能家居控制方案，可以方便地推廣應用到各種智能家電系統中。

　　揭秘STC12C控制智能家電防盜系統應用電路

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火安保設備的需求量日益增長(cháng)，報警系統也從原來(lái)的簡(jiǎn)單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。本文設計防盜系統采用STC12C系列高速1T單片機作為整個(gè)系統的控制核心，負責對家居內的各個(gè)智能防盜模塊進(jìn)行控制管理，若出現異常物體或者人員侵入，在啟動(dòng)高強度聲音報警的同時(shí)，還可控制本系統中的GPRS模塊SIM300自動(dòng)撥打設定的電話(huà)或者發(fā)短信，實(shí)現系統的智能遠程報警。同時(shí)遠程控制者還可以通過(guò)撥打電話(huà)或者短信方式實(shí)現對系統的遠程控制，對受控區域的電源或者其他裝置進(jìn)行控制管理，從而保護個(gè)人的家居財產(chǎn)安全。

　　GPRS通信模塊

　　本設計中GPRS通信模塊采用的是一款三頻段GSM/GPRS模塊SIM300，適合于開(kāi)發(fā)一些GSM/GPRS的無(wú)線(xiàn)應用產(chǎn)品，如移動(dòng)電話(huà)，無(wú)線(xiàn) MODEM卡，無(wú)線(xiàn)POS機，無(wú)線(xiàn)抄表系統以及無(wú)線(xiàn)數據傳輸業(yè)務(wù)，應用范圍十分廣泛。SIM300模塊具有一套標準的AT命令集，包括一般命令、呼叫控制命令、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)相關(guān)命令、電話(huà)本命令、短消息命令、GPRS命令等。本系統中與GPRS模塊的通信是通過(guò)串口連接，通過(guò)處理相應的AT命令，來(lái)實(shí)現系統與模塊的數據通信。

　　系統中，設計了SIM300模塊的相應接口板電路，該電路板主要包含SIM300必要的外圍電路，4.2V電壓供給電路 ， SIM卡座以及RS232(＄780.5000)串口電平轉換電路等。該模塊的功能是通過(guò)天線(xiàn)接收手機發(fā)過(guò)來(lái)的信息，并且通過(guò)串口與系統主控CPU通信，判斷是否有讀短信的AT 命令，等單片機讀短信成功，由系統主控CPU對信息進(jìn)行分析后，做出相應的處理。同樣，當防盜系統發(fā)出報警信號時(shí)，由主控CPU發(fā)出報警，控制 SIM300模塊實(shí)現相應的信息發(fā)送。

　　圖2SIM300外圍接口部分電路

　　圖3CPU及部分外圍電路

　　設計采用增強型高速單片機STC12LE5A60S2為控制器、SIM300作為無(wú)線(xiàn)GPRS通信模塊來(lái)實(shí)現系統的遠程控制，各防盜模塊與系統之間采用無(wú)線(xiàn)模塊來(lái)通信。系統可通過(guò)撥打指定手機或發(fā)送短信等方式，實(shí)現對各個(gè)模塊的狀態(tài)進(jìn)行遠程監控，異常情況可遠程操作該系統實(shí)施相應的控制命令。

　　TOP9 智能家電無(wú)線(xiàn)報警系統網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)與電源電路

　　無(wú)線(xiàn)報警網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件設計

　　無(wú)線(xiàn)報警網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)主要由微處理器AT89C2051(＄0.5999)、nRF2401(＄1.8620)無(wú)線(xiàn)通信芯片、外圍設備和開(kāi)關(guān)量輸入接口的傳感器構成。微處理器AT89C2051(＄0.5999)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件系統的核心控制部件，負責接收傳感器觸發(fā)的開(kāi)關(guān)量報警信號，發(fā)送nRF2401(＄1.8620)通信命令，控制信息的傳輸。單片射頻收發(fā)芯片nRF2401(＄1.8620)是實(shí)現無(wú)線(xiàn)數據傳輸的關(guān)鍵器件。nRF2401(＄1.8620)工作于2.4～2.5GHzISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序配置，芯片功耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采用nRF2401(＄1.8620)進(jìn)行數據傳輸，來(lái)實(shí)現報警信息的無(wú)線(xiàn)傳輸。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)通過(guò)連接的傳感器感知外部環(huán)境異常變化。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的電路原理圖如網(wǎng)2 所示。

　　在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中電源是能源中心，在節點(diǎn)中起著(zhù)非常重要的作用，特別是在無(wú)線(xiàn)通信系統中，電源不光是能源供應者，它也直接影響通信的質(zhì)量。器件對加到輸入引腳或輸出引刪的電壓通常是有限制的。這些引腳由二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過(guò)高，電流將會(huì )通過(guò)二極管或分離元件流向電源。另外系統自身的發(fā)送頻率也會(huì )經(jīng)過(guò)電源感應反饋到通信系統造成干擾。兇而可在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個(gè)不同容值的電容所構成的濾波電路來(lái)抑制各種高頻信號。使節點(diǎn)能夠得到穩定可靠且低干擾的電源，保證節點(diǎn)的可靠運行。該電源電路如圖3所示。

　　PC機智能家電控制系統電路設計詳解

　　本系統采用單片機AT89C51(＄3.7875) 為控制核心，以電腦作為上位機，實(shí)現在電腦上自動(dòng)控制8路家電的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，單片機嵌入式系統亦可以通過(guò)按鍵控制家電的開(kāi)關(guān)。硬件部分包括單片機最小系統，串口通信、液晶顯示界面三大部分。最小系統部分單片機選用了AT89C51(＄3.7875)單片機，串口選用232電平轉TTL電平的MAX232(＄2.0686)芯片，進(jìn)行電平轉換。液晶選用128X64點(diǎn)陣的液晶模塊。本系統顯示直觀(guān)，控制方便。

　　穩壓直流電源設計

　　本系統設計為5V直流穩壓電源給系統供電，AC220(＄44.0800)市電經(jīng)220V～9V變壓器變壓，然后經(jīng)橋式整流電路，再經(jīng)電容濾波電路，經(jīng)7805穩壓管穩壓，再進(jìn)行二次濾波，輸出較穩定的5V電壓，給本系統供電。

　　矩陣按鍵部分由8個(gè)輕觸按鍵，單片機的P2口檢測及按鍵狀態(tài)，并記錄相應的鍵值，指示相應的指示燈亮，并同步把相應信息通過(guò)串口傳給PC機。

　　鍵盤(pán)的硬件電路如圖2-2所示：

　　圖2-2鍵盤(pán)硬件圖

　　鍵連擊現象的克服和處理

　　當我們按下某個(gè)鍵時(shí)，對應的功能便會(huì )通過(guò)鍵盤(pán)分析程序得以執行，如果在操作者釋放之前，對應的功能多次執行，如同操作者在連續不斷的操作該鍵一樣，這種現象就稱(chēng)為連擊。連擊先可用圖4-2-3所示流程圖的軟件方法來(lái)解決：當某個(gè)鍵按下時(shí)，首先進(jìn)行軟件去抖處理，確認鍵被按下后，便執行與該鍵相對應的功能，執行完后不是立即返回，而是等待鍵釋放之后再返回，使每一次按鍵只被響應一次，從而達到避免連擊的目的。

　　指示燈硬件圖

　　如果把連擊現象加以利用，有時(shí)會(huì )給操作者帶來(lái)便利。例如在某些儀器中。因設計的按鍵很少，沒(méi)有安排0～9數字鍵，只設置了一個(gè)調整鍵，這時(shí)需要采用加 1（或者減1）的方法來(lái)調整有關(guān)參數，但當調整量較大時(shí)就需要多次按鍵，使操作者很不方便。如果允許存在連擊現象，我們只要按住鍵不放，參數就會(huì )不停的加 1（或者減1），會(huì )讓操作比較方便、快捷。具體實(shí)現流程圖如圖4-2-3所示，其中加入的延時(shí)環(huán)節是為了控制連擊的速度。

　　TOP10 液晶顯示驅動(dòng)電路的設計

　　液晶顯示的原理分析

　　現在，在市場(chǎng)上所使用的液晶都是液晶模塊，也就是說(shuō)，現在的液晶模塊都是將液晶以及相應的驅動(dòng)芯片，寄存器，驅動(dòng)電源電路等一系列的輔助電路都集成在了一起，從二使用戶(hù)能夠更加的方便是液晶，即所謂的大眾化。12864采用的是點(diǎn)陣式液晶，分為128X64個(gè)點(diǎn)，即有1204個(gè)字節，也就是說(shuō)每一個(gè) ROM內存單元對應一個(gè)點(diǎn)陣。如何對其驅動(dòng)是對12864的主要難點(diǎn)，對于其驅動(dòng)大致可以分為：初始化，設置起始位顯示，輸送數據幾大塊。初始化主要的就是按照芯片手冊來(lái)，因為那些命令語(yǔ)句的內存單元都是定的，不能夠根據用戶(hù)的喜好來(lái)自己定義。設置起始位數據顯示位置，主要是要搞清楚ROM的對應地址。 12864分為左半屏面和右半屏面。其中左邊占64列，右邊占64列。共128列。行分為64行。又將其分為8頁(yè)，每一頁(yè)占8行。列的起始地址為40H，行的起始地址為B8H。

　　系統仿真

　　隨著(zhù)集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使智能家電的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統的家電控制方式逐步的被智能化所取代。智能家電的核心部件是單片機，因其極高的性?xún)r(jià)比得到廣泛的應用與發(fā)展，從而加快了智能家居的發(fā)展。

　　智能家電過(guò)壓保護電路原理分析

　　電路原理：該裝置工作原理見(jiàn)圖，電容器C1將220V交流市電降壓限流后，由二極管VD1、 VD2整流，電容器C2擔任濾波，得到12V左右的直流電壓。當電網(wǎng)電壓正常時(shí)，穩壓二極管VDW不能被擊穿導通，此時(shí)三極管VT處于截止狀態(tài)，雙向可控硅VS受到電壓觸發(fā)面導通，插在插座XS中的家電通電工作。

　　如果電網(wǎng)電壓突然升高，超過(guò)250V，此時(shí)在RP中點(diǎn)的電壓就導致VDW擊穿導通，VDW導通后，又使得三極管VT導通，VT導通后，其集電極—發(fā)射極的壓降很小，不足以觸發(fā)VS，又導致VS截止，因此插座XS中的家電斷電停止工作，因而起到了保護的目的。一旦電網(wǎng)電壓下降，VT又截止，VT的集電極電位升高，又觸發(fā)VS導通，家電得電繼續工作。

　　用于智能家電的單相副電量表電路設計

　　能源監視器設計作為一套完善工具，用于測量和顯示智慧建筑內各負載（如主要家電）的能耗。借助這一工具，工程師可快速評估 TI 為低成本電能計量應用提供的解決方案。該參考設計配備硬件和軟件設計文件，可加快工程師的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。能源監視器設計還可進(jìn)行擴展與 TI 的 ZigBee 和 Wifi 參考設計結合，將無(wú)線(xiàn)通信功能添加到終端產(chǎn)品中。

　　單相電能計量系統

　　通過(guò)板載顯示屏來(lái)顯示輸入交流電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因素和能耗 （kWh），支持 110V-240V 輸入電壓范圍，用于調節 LCD 顯示屏和時(shí)間設置的簡(jiǎn)單按鈕，提供 TI 通信模塊接口，適合于 ZigBee （CC2538EM-RD）、Wifi （CC3000EM-RD） 和面向無(wú)線(xiàn) M-Bus 的低于 1GHz 射頻。
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