ZigBee无线插座设计

随着智能家居的持续火热发展，现在已经有很多关于家电整合无线组网技术、智慧照明系统等相关产品；在整个智能家居大环境下，市面上采用ZigBee模块组网技术作为家庭内部节点连接、信息交互的企业越来越多，也推出了很多好的产品。本案在此背景下推出基于ZigBee无线模块组网的多功能智能插座的设计方案，能够很好融入智能家居产品线。

1 系统设计架构

无线插座采用模块化设计，主要由4个模组组成：电源模块、ZigBee模块、扩展功能模块和外观模具部分；这里对外观模具不做详细讨论，主要对前三个部分以及软件设计做详细介绍。

2 系统硬件设计

2.1 电源模块电路设计

电源模块电路设计主要包含：AC220到DC12V的转换，DC12V到DC5V的转换，DC5V到DC3.3V的转换3个电路部分。

    系统采用了LNK306芯片。LNK306在一片IC上面集成了一个700 V的功率MOSFET、振荡器、简单的开/关控制电路、高压开关电流源、频率调制、逐周期的电流限制及过温保护电路。

    输入级由保险电阻F1、二极管D10和D11、电容C18和C21以及电感L2组成。电阻F1为阻燃可熔的绕线电阻，它同时具备多个功能：a)将整流管D10和D11的浪涌电流限制在安全的范围；b)差模噪声的衰减；c)在其它任何元件出现短路故障时，充当输入保险丝的功能(元件故障时必须安全开路，不应产生任何冒烟、冒火及过热发光现象)。

    功率处理级由LNK306、续流二极管D13、输出电感L1及输出电容C19构成。电容C19是输出滤波电容，其主要功能是限制输出电压纹波。输出电压的纹波最主要取决于输出电容的ESR而非电容的容量。

    二极管D13和D12的正向导通压降是相同的。因此，C22两端的电压会跟踪输出电压。连接到LNK306 FB引脚由R26和R27组成的电阻分压器对C22的电压进行检测及稳压。

    DC12V到DC5V转换这里选用了常用的7805三端稳压芯片。此电路较为简单，只需要将输出通过C14/C16两个电容稳定滤波后直接接入到7805的输入，然后在输出端同样连接两个C15/C17两个稳定滤波电容即可输出稳定的DC5V。

    由于ZigBee数传模块芯片需要3.3V供电，这里采用芯片TPS79633将输出的5V转换到3.3V供ZigBee数传模块电路使用。只需要将输出接入到TPS79633的输入，在输入输出端接入稳定滤波电容即可，然后就能稳定输出DC3.3V。

2.2 ZigBee模块电路设计

ZigBee模块电路设计采用德州仪器的低功耗无线通信芯片CC2530，具有IEEE802.15.4射频前端。

    芯片的RF-P和RF-N引脚为天线接入引脚，M1为天线接入端；为了节省模块以及控制板的空间尺寸，这里采用PCB天线设计。芯片的P10~P17作为2位数码管模块的阴极驱动引脚；芯片的P00~P01作为2位数码管模块的阳极驱动引脚；芯片的P02作为4个LED灯指示灯的驱动引脚；芯片的P06作为按键AD输入；芯片的P03作为蜂鸣器控制引脚、P04作为继电器控制引脚。ANTENNA为天线接入端子，这里采用PCB天线设计以节省模块和遥控器空间尺寸。

2.3 扩展功能部分设计

无线插座设计了两位数码管显示，用来显示预约开关功能的时间等信息。这里选用了两位一体的8位数码管模块，同时通过两个9015三极管进行驱动显示。无线插座设计了4个LED灯用来分别指示：电源、定时、预约开、预约关4种状态。同样选用了1个9015三极管来驱动4位LED灯。无线插座设计了4个功能按键：无线插座开关、预约开关、数码管指示加1、数码管指示减1。设计了4个功能按键可以实现手动开关无线插座，和预约定时开关插座等功能。为了节省芯片引脚，这里采用了AD采集方式来判断哪个按键被按下。这里选用了4个10K（R1\R2\R6\R7）电阻串联分压分别对应不同的按键。无线插座开关选用了1个10A 250VAC的继电器（2500W），基本上能满足绝大多数的功率需要；加了一个蜂鸣器来实现一些操作提示。蜂鸣器和继电器分别选用了1个8050三极管来驱动。

3 系统软件设计

软件功能设计流程图如图1所示。

 

图1 软件功能设计架构

其中KeyValue：按键值变量；SW_Plan：预约开关插座命令值变量；SW_Value：远程开关插座命令值变量；Timer：预约时间值变量。