WIFI智能插座電路設(shè)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(yīng)用的主要優(yōu)點有：WiFi智能節(jié)點可以直接連接無線路由器，從而接入Internet網(wǎng);不需要家庭網(wǎng)關(guān)，節(jié)點可以任意擴充;不會破壞現(xiàn)有裝修;智能手機可以進行局域網(wǎng)控制和遠程控制。

　　當(dāng)然，WiFi技術(shù)相比ZigBee和433 MHz射頻通信技術(shù)也有其缺點：功耗偏大、價格偏高。但隨著節(jié)能技術(shù)的引進和芯片工藝的改進，功耗問題和價格問題已逐步得到解決。鑒于WiFi模塊是筆記本、平板電腦和智能手機的標(biāo)準(zhǔn)配置，基于WiFi技術(shù)的智能家居會逐步得到推廣和應(yīng)用，市場前景廣闊。

　　下面重點圍繞串口WiFi模塊闡述WiFi在智能家居中的應(yīng)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(tǒng)的基礎(chǔ)上，對主機的硬件資源要求很高，像一般的工業(yè)設(shè)備和家庭電器設(shè)備是不能直接驅(qū)動這樣的WiFi網(wǎng)卡的。

　　串口WiFi模塊，又稱為嵌入式WiFi模塊，是內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的WiFi模塊。其硬件構(gòu)成主要是由內(nèi)嵌的一個單片機和WiFi模塊構(gòu)成，單片機要實現(xiàn)裸機驅(qū)動程序和TCP/IP協(xié)議，WiFi模塊則必須完成數(shù)據(jù)的無線收發(fā)。嵌入式WiFi模塊對外提供UART串口或者SPI接口，因而可以通過串口或者SPI接口和單片機連接，讓設(shè)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(quán)的 WiFi芯片開發(fā)的SWM9001EU串口WiFi模塊，該模塊內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧和WiFi模塊，用戶可以輕松實現(xiàn)串口設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)功能，節(jié)省開發(fā)時間，使產(chǎn)品更快地投入市場，增強競爭力。該模塊可以廣泛應(yīng)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、繼電器和輸出觸點構(gòu)成，如圖2所示。

圖2：WiFi插座的構(gòu)成

　　串口WiFi模塊根據(jù)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(dǎo)通，繼電器的線圈有電流流過，繼電器的觸點L_IN和觸點L_OUT吸合，插座供電給負載;

　　模塊收到斷開指令，PC8端口輸出低電平，Q1截止，繼電器的線圈沒有電流，繼電器的觸點L_IN和觸點L_OUT斷開，插座斷電。

　　主芯片HLW8012

　　HLW8012 為插座廠家和智能家居廠家提供了一個高度精確且成本低廉的電能測量解決方案。該集成芯片專為住宅用單相電能表或智能插座設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。它由2 個可編程增益放大器、2 個Δ-Σ調(diào)制器、配套的高速濾波器、功率計算、功率監(jiān)測、串行接口及相應(yīng)功能寄存器等組成。兩個可編程放大器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，Δ-Σ調(diào)制器對模擬量采 樣處理，濾取可用電壓、電流數(shù)字信號，并將計算的功率值、電壓有效值和電流有效值通過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測量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測量電壓，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(zhuǎn)換成12V 電源，采用 SY50103 芯片，可以提供1A 的電流，紋波控制在100mV 以內(nèi)。開關(guān)電源的優(yōu)勢在于功率小、轉(zhuǎn)換效益高，同時體積也小，適合放入較小體積的插座內(nèi)。

開關(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，而無線 WIFI 模塊采用是3.3V 電源供電，所以12V 電源出來之后，又分為兩路，一路使用穩(wěn)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(zhuǎn)為3.3V 給無線模塊提供電源。

智能插座電源電路

編輯點評：本文介紹了WiFi技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用，利用 WiFi智能插座，不需要家庭網(wǎng)關(guān)，不需要破壞現(xiàn)有裝飾，就可以輕松實現(xiàn)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(nèi)在原理，便于自己動手實現(xiàn)基于WiFi技術(shù)的智能家居的構(gòu)建，體驗科技帶來的便利。
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