隨著智能家居的持續(xù)火熱發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有很多關(guān)于家電整合無線組網(wǎng)技術(shù)、智慧照明系統(tǒng)等相關(guān)產(chǎn)品；在整個(gè)智能家居大環(huán)境下，市面上采用ZigBee模塊組網(wǎng)技術(shù)作為家庭內(nèi)部節(jié)點(diǎn)連接、信息交互的企業(yè)越來越多，也推出了很多好的產(chǎn)品。本案在此背景下推出基于ZigBee無線模塊組網(wǎng)的多功能智能插座的設(shè)計(jì)方案，能夠很好融入智能家居產(chǎn)品線。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)
無線插座采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由4個(gè)模組組成：電源模塊、ZigBee模塊、擴(kuò)展功能模塊和外觀模具部分；這里對(duì)外觀模具不做詳細(xì)討論，主要對(duì)前三個(gè)部分以及軟件設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)
電源模塊電路設(shè)計(jì)主要包含：AC220到DC12V的轉(zhuǎn)換，DC12V到DC5V的轉(zhuǎn)換，DC5V到DC3.3V的轉(zhuǎn)換3個(gè)電路部分。
系統(tǒng)采用了LNK306芯片。LNK306在一片IC上面集成了一個(gè)700 V的功率MOSFET、振蕩器、簡單的開/關(guān)控制電路、高壓開關(guān)電流源、頻率調(diào)制、逐周期的電流限制及過溫保護(hù)電路。
輸入級(jí)由保險(xiǎn)電阻F1、二極管D10和D11、電容C18和C21以及電感L2組成。電阻F1為阻燃可熔的繞線電阻，它同時(shí)具備多個(gè)功能：a)將整流管D10和D11的浪涌電流限制在安全的范圍；b)差模噪聲的衰減；c)在其它任何元件出現(xiàn)短路故障時(shí)，充當(dāng)輸入保險(xiǎn)絲的功能(元件故障時(shí)必須安全開路，不應(yīng)產(chǎn)生任何冒煙、冒火及過熱發(fā)光現(xiàn)象)。
功率處理級(jí)由LNK306、續(xù)流二極管D13、輸出電感L1及輸出電容C19構(gòu)成。電容C19是輸出濾波電容，其主要功能是限制輸出電壓紋波。輸出電壓的紋波最主要取決于輸出電容的ESR而非電容的容量。
二極管D13和D12的正向?qū)▔航凳窍嗤摹Ｒ虼耍?span lang="EN-US">C22兩端的電壓會(huì)跟蹤輸出電壓。連接到LNK306 FB引腳由R26和R27組成的電阻分壓器對(duì)C22的電壓進(jìn)行檢測及穩(wěn)壓。
DC12V到DC5V轉(zhuǎn)換這里選用了常用的7805三端穩(wěn)壓芯片。此電路較為簡單，只需要將輸出通過C14/C16兩個(gè)電容穩(wěn)定濾波后直接接入到7805的輸入，然后在輸出端同樣連接兩個(gè)C15/C17兩個(gè)穩(wěn)定濾波電容即可輸出穩(wěn)定的DC5V。
由于ZigBee數(shù)傳模塊芯片需要3.3V供電，這里采用芯片TPS79633將輸出的5V轉(zhuǎn)換到3.3V供ZigBee數(shù)傳模塊電路使用。只需要將輸出接入到TPS79633的輸入，在輸入輸出端接入穩(wěn)定濾波電容即可，然后就能穩(wěn)定輸出DC3.3V。
2.2 ZigBee模塊電路設(shè)計(jì)
ZigBee模塊電路設(shè)計(jì)采用德州儀器的低功耗無線通信芯片CC2530，具有IEEE802.15.4射頻前端。
芯片的RF-P和RF-N引腳為天線接入引腳，M1為天線接入端；為了節(jié)省模塊以及控制板的空間尺寸，這里采用PCB天線設(shè)計(jì)。芯片的P10~P17作為2位數(shù)碼管模塊的陰極驅(qū)動(dòng)引腳；芯片的P00~P01作為2位數(shù)碼管模塊的陽極驅(qū)動(dòng)引腳；芯片的P02作為4個(gè)LED燈指示燈的驅(qū)動(dòng)引腳；芯片的P06作為按鍵AD輸入；芯片的P03作為蜂鳴器控制引腳、P04作為繼電器控制引腳。ANTENNA為天線接入端子，這里采用PCB天線設(shè)計(jì)以節(jié)省模塊和遙控器空間尺寸。
2.3 擴(kuò)展功能部分設(shè)計(jì)
無線插座設(shè)計(jì)了兩位數(shù)碼管顯示，用來顯示預(yù)約開關(guān)功能的時(shí)間等信息。這里選用了兩位一體的8位數(shù)碼管模塊，同時(shí)通過兩個(gè)9015三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)顯示。無線插座設(shè)計(jì)了4個(gè)LED燈用來分別指示：電源、定時(shí)、預(yù)約開、預(yù)約關(guān)4種狀態(tài)。同樣選用了1個(gè)9015三極管來驅(qū)動(dòng)4位LED燈。無線插座設(shè)計(jì)了4個(gè)功能按鍵：無線插座開關(guān)、預(yù)約開關(guān)、數(shù)碼管指示加1、數(shù)碼管指示減1。設(shè)計(jì)了4個(gè)功能按鍵可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開關(guān)無線插座，和預(yù)約定時(shí)開關(guān)插座等功能。為了節(jié)省芯片引腳，這里采用了AD采集方式來判斷哪個(gè)按鍵被按下。這里選用了4個(gè)10K（R1\R2\R6\R7）電阻串聯(lián)分壓分別對(duì)應(yīng)不同的按鍵。無線插座開關(guān)選用了1個(gè)10A 250VAC的繼電器（2500W），基本上能滿足絕大多數(shù)的功率需要；加了一個(gè)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)一些操作提示。蜂鳴器和繼電器分別選用了1個(gè)8050三極管來驅(qū)動(dòng)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件功能設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。
圖1 軟件功能設(shè)計(jì)架構(gòu)
其中KeyValue：按鍵值變量；SW_Plan：預(yù)約開關(guān)插座命令值變量；SW_Value：遠(yuǎn)程開關(guān)插座命令值變量；Timer：預(yù)約時(shí)間值變量。