智慧家庭設(shè)計(jì)攻略:你不可不知的電路圖合集
【一、家居控制】
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/369345.htm基于開(kāi)關(guān)電源的無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)電路模塊設(shè)計(jì)
針對(duì)目前智能家居結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高昂等的缺點(diǎn),利用開(kāi)關(guān)電源和單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種無(wú)線智能家居系統(tǒng)。它將控制指令由遙控器通過(guò)無(wú)線方式發(fā)進(jìn)到控制器上的無(wú)線模塊,再由無(wú)線模塊將指令解析給單片機(jī),通過(guò)由單片機(jī)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(dá)到智能化控制家電電源開(kāi)關(guān)的目的。
2.1 無(wú)線發(fā)送模塊設(shè)計(jì)
發(fā)送模塊主要由HS1527($1056.0000)無(wú)線發(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(dāng)按下不同的按鍵K時(shí),發(fā)碼芯片就會(huì)通過(guò)天線發(fā)出不同的編碼,編碼經(jīng)過(guò)天線發(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)線接收模塊設(shè)計(jì)
無(wú)線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(zhuǎn)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(fù)責(zé)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(hào)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)線接收電路
2.3 控制模塊設(shè)計(jì)
控制模塊主要由處理器單片機(jī)、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和零線,OUT端連接負(fù)載,此系統(tǒng)可以控制多路負(fù)載,實(shí)驗(yàn)中該控制模塊連接了一個(gè)繼電器控制一路負(fù)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(píng):目前的智能家居無(wú)線遠(yuǎn)程控制技術(shù)還處于不斷發(fā)展完善中,在實(shí)際應(yīng)用中也遇到了一些問(wèn)題。例如受當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的干擾、傳送帶寬方面和穩(wěn)定性的限制,使得諸如高質(zhì)量活動(dòng)圖像傳輸?shù)纫恍└邔哟蔚墓δ軕?yīng)用仍比較難以實(shí)現(xiàn),但隨著我國(guó)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)線遠(yuǎn)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
更多關(guān)于智能家居設(shè)計(jì)技巧與精華請(qǐng)下載相關(guān)特刊。
智能家居系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
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),人們可以足不出戶地縱覽全球。為了適應(yīng)信息化的需求,科研機(jī)構(gòu)將智能化的理念引入小區(qū)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(jī)通信和以太網(wǎng)通信技術(shù)引入智能家居的設(shè)計(jì),恰好利用了現(xiàn)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(jī)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(yàn)箱進(jìn)行通信,其采用了經(jīng)典的兼容RS-232標(biāo)準(zhǔn)的MAX232($2.0686)芯片作為串口的電平轉(zhuǎn)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(hào)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(lán)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?yàn)樗{(lán)牙串口的數(shù)據(jù)流輸出采用這兩個(gè)腳的信號(hào)控制;而其他引腳是跟MODEM相關(guān)的。在智能家居系統(tǒng)中,家電控制板接普通串口,GSM模塊接藍(lán)牙串口。RS-232信號(hào)相對(duì)于信號(hào)地而言,在正負(fù)電平之間擺動(dòng)。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端輸出的正電平在+5V到+15V之間,負(fù)電平在-5V和-15V之間。無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí),線上為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,加上雙絞線的分布電容,信號(hào)傳輸距離最大為15m,最高速率為20kb/s。MAX232($2.0686)包含2個(gè)驅(qū)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(biāo)準(zhǔn),每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)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 為繼電器線圈電流驅(qū)動(dòng),電路由單片機(jī)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(diào)試電路而設(shè)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(bào)警信號(hào)通過(guò)光電耦合接入單片機(jī)的P2 口,如圖2-8 所示,在傳感器沒(méi)有報(bào)警信號(hào)時(shí),光電耦合芯片處于截止?fàn)顟B(tài),與之相接的單片機(jī)端口為低電平;當(dāng)傳感器有報(bào)警,傳感器輸出高電平,此時(shí)光電耦合芯片導(dǎo)通,與之相接的單片機(jī)端口為高電平,由單片機(jī)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集并做出相應(yīng)處理。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng):這是基于Windows CE.net 5.0嵌入式操作系統(tǒng),以使用Intel XScale270為CPU的ARM10嵌入式實(shí)驗(yàn)箱為硬件基礎(chǔ),以Visual Studio 2005和Delphi為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)融合了嵌入式系統(tǒng)、通訊、單片機(jī)、軟件開(kāi)發(fā)等學(xué)科的知識(shí)。
智能家居中紅外遙控電路模塊的設(shè)計(jì)
如圖所示為系統(tǒng)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(jī)的復(fù)位腳,采用RC 手動(dòng)復(fù)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,紅外線接收管及濾波光片等組成,電路設(shè)計(jì)相對(duì)繁瑣,在實(shí)際應(yīng)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(diào)等于一體,無(wú)外部電路,體積小,密封性好,靈敏度高,應(yīng)用簡(jiǎn)單,用小功率紅外發(fā)射管發(fā)射信號(hào)接收距離達(dá)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(fù)極以及信號(hào)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(diào)幾大部分,要求輸入信號(hào)需是已經(jīng)被調(diào)制的信號(hào)。從而使電路達(dá)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(hào)的理想裝置。如圖5 所示:
接收電路及調(diào)光電路
接收電路和調(diào)光電路的實(shí)現(xiàn)均是通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)的,給每一個(gè)繼電器串聯(lián)一個(gè)電阻,構(gòu)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(dāng)四個(gè)繼電器均閉合時(shí),燈最亮,當(dāng)三個(gè)繼電器工作時(shí),燈較亮,當(dāng)兩個(gè)繼電器工作時(shí)燈次亮,當(dāng)一個(gè)繼電器工作時(shí),燈最暗,當(dāng)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(píng):選擇的是51 系列的AT89C51($3.7875)芯片,AT89C51($3.7875)是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)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(tǒng)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(jī),40 個(gè)引腳,32 個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,同時(shí)內(nèi)含2 個(gè)外中斷口,2 個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口,AT89C51($3.7875) 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,也可以在線編程。
【二、通信 傳輸】
用于藍(lán)牙低功耗室內(nèi)燈光能源采集電路設(shè)計(jì)
此系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)與現(xiàn)有解決方案之間有高度差異,這種設(shè)計(jì)不含電池,因此免去了電池更換、電池充電的麻煩,并且節(jié)省了與電池維護(hù)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(nèi)照明即可。此外,也沒(méi)有 ON/OFF 開(kāi)關(guān);整個(gè)負(fù)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(shè)計(jì)
CC2541($2.3625)藍(lán)牙低能量電路設(shè)計(jì)
經(jīng)優(yōu)化的太陽(yáng)能電池 (Cymbet),適用于室內(nèi)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(zhuǎn)換器/充電器,實(shí)現(xiàn)超低功耗,從低輸入源實(shí)現(xiàn)持續(xù)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(píng):在短距離低功率無(wú)線領(lǐng)域,似乎藍(lán)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(yīng)用就受到了限制,較高的功耗使其應(yīng)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(shè)備之間要能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線協(xié)作,以現(xiàn)行的藍(lán)牙技術(shù)。
智能家居專用STM32($20.3400) 以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)板電路設(shè)計(jì)
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(nèi)的溫濕度、聲音、光線等信號(hào),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(xí)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(shù)據(jù)手冊(cè))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(shù)據(jù)手冊(cè))無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊。
功能模塊包括:TM32開(kāi)發(fā)板最小系統(tǒng)、電源模塊、LCD1602液晶顯示模塊NRF24L01($1.4400)無(wú)線模塊、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(píng):以太網(wǎng)構(gòu)成智能家居的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),不僅可以避免重新布線的麻煩,同時(shí)可以提供可觀的數(shù)據(jù)吞吐能力,并且可以平滑過(guò)渡與互聯(lián)網(wǎng)相連接。依據(jù)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,滿足了智能家居遠(yuǎn)程控制的基本需求。
【三、家居安防】
智能家居安防無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要由GSM短信模塊、監(jiān)控者手機(jī)和智能監(jiān)控模塊組成,GSM模塊主要提供系統(tǒng)和用戶之間的通信信道。智能監(jiān)控模塊及其外圍電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控,如果監(jiān)控對(duì)象正常的話就繼續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè),如果出現(xiàn)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(jiān)控者,監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設(shè)置以微控制器為核心的智能模塊,以及發(fā)送短信消息查詢命令和監(jiān)控情況,從而達(dá)到無(wú)線監(jiān)控的目的。
PT2272組成的接收電路
PT2262/2272配對(duì)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(duì)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(shù)據(jù)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(hào)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(hào)。當(dāng)解碼芯片PT2272接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)時(shí),VT腳輸出一個(gè)正脈沖,經(jīng)9014取反后向單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求,CPU接到中斷信號(hào)后讀取PT2272芯片的內(nèi)容,與此同時(shí),相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)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(shè)計(jì)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(shù)字n表示有n路并行的控制通道,當(dāng)采用n路并行數(shù)據(jù)時(shí),對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)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(shù)據(jù)輸出端,只有兩種狀態(tài)可供選擇:接電源、接地。本次設(shè)計(jì)選用PT2272-M4,即采用非鎖存輸出、地址碼8位、數(shù)據(jù)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)線模塊、電源模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口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, 即電源、數(shù)據(jù)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(duì)外輸出電壓,14為ACCU—TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻;24~29為SIM 卡引腳;33~40為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話手柄;15、30、31和32腳為控制部分;16~23位數(shù)據(jù)輸入/輸出。TC35模塊及其外圍設(shè)計(jì)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(zhǎng)至少為100ms的低電平信號(hào),且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1ms。啟動(dòng)后,15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。(2)SIM引腳中的CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡,該引腳置為高電平時(shí),系統(tǒng)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(zhǎng)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(dāng)LED熄滅時(shí),表明TC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài);當(dāng)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(dāng)LED為“75ms亮/3s熄”時(shí),表明TC35已登錄到網(wǎng)絡(luò),處于待機(jī)狀態(tài)。
本文系統(tǒng)介紹了無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的工作原理、總體設(shè)計(jì)框圖,對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部組成部分——電源、單片機(jī)、PT2272、TC35進(jìn)行了闡述,并給出了PT2272和TC35的具體設(shè)計(jì)電路圖。這篇文章是針對(duì)家庭安全設(shè)計(jì)的一款無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng),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(tǒng)中最簡(jiǎn)便的數(shù)據(jù)通信方式。隨著短消息業(yè)務(wù)的日益完善,短消息已具備承載重要數(shù)據(jù)信息的能力)的形式反映到用戶手機(jī)顯示屏上,具備可靠性強(qiáng)、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(píng):介紹了一種家居安防無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法,它以SM89516A單片機(jī)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(duì)感應(yīng)器采集到的報(bào)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(xiàn)合法用戶手機(jī)與監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)之間的指令與數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。該報(bào)警器具有現(xiàn)場(chǎng)警笛報(bào)警和無(wú)線報(bào)警功能。
智能電話遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
提出了通過(guò)遠(yuǎn)程電話實(shí)現(xiàn)智能家電控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方案。介紹了家電和電話之間的控制接口電路, 討論了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件。智能家電是將計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字技術(shù),以簡(jiǎn)單精巧的形式融入到傳統(tǒng)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(duì)傳統(tǒng)家電、計(jì)算機(jī)和通信業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
雙音多頻信號(hào)解碼電路
DTMF 雙音多頻信號(hào)解碼電路是目前在按鍵電話、程控交換機(jī)及無(wú)線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。雙音多頻信號(hào)是一組由高頻信號(hào)與低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào),本系統(tǒng)采用HT9170作為DTMF 信號(hào)的解碼核心器件,如圖2 所示。
HT9170 是一個(gè)具有數(shù)字解碼和濾波功能的雙音多頻信號(hào)接收器,通過(guò)三次濾波和兩次數(shù)字解碼電路將DTMF 信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換為四位并行二進(jìn)制碼數(shù)字信號(hào)輸出。芯片內(nèi)有一個(gè)內(nèi)置的放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。其預(yù)置濾波電路可將350Hz ~400Hz 信號(hào)濾掉,再通過(guò)低通濾波電路和高通濾波電路將信號(hào)分解為低頻信號(hào)和高頻信號(hào)。利用數(shù)字計(jì)數(shù)的方法對(duì)16 種DTMF 輸入進(jìn)行解碼,并產(chǎn)生4bit 的代碼輸出。當(dāng)HT9170 接收到遠(yuǎn)端用戶發(fā)送的DTMF 信號(hào)時(shí),其DV 引腳被置成高電平,同時(shí)DTMF 信號(hào)被送至內(nèi)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(shù)據(jù),DTMF 輸入與解碼輸出對(duì)應(yīng)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(shù)據(jù)直接與單片機(jī)的P0. 0~P0. 3 連接,讀入至單片機(jī)處理。
振鈴檢測(cè)與上線P離線開(kāi)關(guān)電路
電話被呼叫時(shí),交換機(jī)發(fā)來(lái)振鈴信號(hào)。振鈴為連續(xù)的正弦波,電壓有效值50V ±12 V ,振鈴周期約為5 秒。為避免用戶呼叫系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生的高壓振鈴信號(hào)對(duì)DTMF 信號(hào)解碼電路產(chǎn)生危害,在系統(tǒng)待機(jī)及振鈴時(shí),DTMF 信號(hào)解碼電路應(yīng)處于離線狀態(tài)。只有在系統(tǒng)檢測(cè)到振鈴并自動(dòng)摘機(jī)后,DTMF 信號(hào)解碼電路才處于上線狀態(tài) 。
系統(tǒng)拋棄了一些復(fù)雜的,兼容性差的芯片,取而代之的是得到廣泛應(yīng)用并且控制簡(jiǎn)單的DTMF 雙音頻解碼芯片和單片機(jī),識(shí)別率高,并且技術(shù)成熟,使得系統(tǒng)可以在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作。此外,可以通過(guò)進(jìn)一步的高級(jí)菜單設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)來(lái)完善控制單元,增加控制家電的運(yùn)作時(shí)間、風(fēng)速等級(jí)等復(fù)雜操作,使遠(yuǎn)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(píng):介紹的電話遠(yuǎn)程智能家電控制系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)程控交換信令作為系統(tǒng)控制命令,實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。廣泛應(yīng)用并且控制簡(jiǎn)單的DTMF 雙音頻解碼芯片和單片機(jī),識(shí)別率高,實(shí)現(xiàn)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(jiān)視電路設(shè)計(jì)
每年因?yàn)樗吆粑膊∷廊サ娜瞬辉谏贁?shù),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(xiàn)呼吸暫停和低,通氣的總次數(shù)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)線型睡眠呼吸暫停癥監(jiān)視系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。
生理參數(shù)測(cè)量計(jì)
心跳變化使用的感測(cè)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(tǒng)采用光耦合器(CNY70($0.5376))利用光反射法偵測(cè)血管末端血流量的變化。音頻信號(hào)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(tǒng)采用電容式音頻接收器作為信號(hào)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 隨著音波強(qiáng)弱改變電容量,再經(jīng)FET 完成阻抗的轉(zhuǎn)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(nèi)部架構(gòu)及動(dòng)作原理。
圖1 音頻接受器內(nèi)部架構(gòu)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(hào)感測(cè)電路
心跳變化時(shí),傳感器所測(cè)量到的信號(hào),包含有直流偏壓(DC Offset)、心跳變化的信號(hào)、呼吸及肌肉顫動(dòng)、60Hz 及高頻的噪聲,其中心跳變化的信號(hào)為所需的信號(hào),其它信號(hào)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(duì)測(cè)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(shù)字信號(hào)處理所需的運(yùn)算量及時(shí)間,避免造成信號(hào)處理過(guò)程中延遲情形。圖2 為心跳感測(cè)電路。
呼吸感測(cè)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(hào)放大電路、比較電路,即可判斷呼吸的情形。圖3為呼吸感測(cè)電路。
CPU 及顯示電路
圖4 所示為本系統(tǒng)CPU 及顯示電路。CPU 是使用盛群半導(dǎo)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(qū)動(dòng)15*4 中文顯示型LCD,作為生理參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示,Port B 為生理參數(shù)及定時(shí)器的輸入端,而Port D 則經(jīng)過(guò)MAX232($2.0686) 準(zhǔn)位轉(zhuǎn)換做串行傳輸。
生理參數(shù)測(cè)量計(jì)之程序如下:在生理參數(shù)測(cè)量時(shí)為了避免讀取到身體翻轉(zhuǎn)時(shí)的錯(cuò)誤信號(hào),利用多重讀取的方式加以避免,在信號(hào)變化時(shí)連續(xù)讀取,且每次讀取間加入一段時(shí)間延遲,再經(jīng)過(guò)比對(duì)讀取的信號(hào)是否相同,此方式可降低信號(hào)讀取時(shí)的錯(cuò)誤率。處理完成后的生理參數(shù)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(cè)量到的生理參數(shù)。藍(lán)牙無(wú)線模塊傳輸方面,主要將儲(chǔ)存在微控制器內(nèi)部緩存器的生理參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)RS-232 串行傳輸與個(gè)人計(jì)算機(jī)間做數(shù)據(jù)通訊。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng):在設(shè)計(jì)單芯片微控制器時(shí),必須以時(shí)間軸為基準(zhǔn),測(cè)量各項(xiàng)生理參數(shù),才能于重建時(shí)找出各個(gè)生理參數(shù)間的關(guān)系。為了使生理參數(shù)測(cè)量計(jì)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(lán)牙無(wú)線傳輸模塊為低功率消耗且高安全性的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。
【五、智能照明】
通用照明應(yīng)用的可調(diào)光LED 驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)
近年來(lái),世界上多個(gè)國(guó)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(shì)、近年來(lái)成本穩(wěn)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(yīng)用。LED 通用照明應(yīng)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 的戶外及基礎(chǔ)設(shè)施照明,典型照明產(chǎn)品有如MR16/GU10 燈、E27/A19 燈泡、鎮(zhèn)流器、筒燈、T8 燈管、街燈等。
在低功率LED 通用照明應(yīng)用方面,可以采用的LED 驅(qū)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(yīng)用中可以采用NCL30000($0.6000) 及NCL30001($1.2600) 等單段式功率因數(shù)校正LED 控制器;功率更大的應(yīng)用可以采用NCL30051($1.6625) 和NCP1910($1.0875) 這樣的高能效組合控制器。對(duì)于中大功率LED 通用照明應(yīng)用而言,設(shè)計(jì)人員還可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇傳統(tǒng)的兩段式(PFC 段 + DC-DC 轉(zhuǎn)換段)LED 驅(qū)動(dòng)方案。其中,NCL30000($0.6000) 及NCL30002($0.7425) 均是單段式功率因數(shù)校正(PFC)、支持TRIAC 調(diào)光的LED 驅(qū)動(dòng)器。安森美半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了基于NCL30000($0.6000)/2 的非隔離可調(diào)光、高功率因數(shù)(PF) A 型燈、GU10降壓LED 驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì),其電路圖如圖4 所示。
圖4:基于NCL30000($0.6000)/2 的非隔離、TRIAC 可調(diào)光A 型燈/GU10 降壓LED 驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)。
LV5011、LV5012 及LV5026($0.9720) 均支持TRIAC 調(diào)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(chǔ)上集成了功率MOSFET。LV5012 除了內(nèi)置啟動(dòng)高壓MOSFET,還內(nèi)置TRIAC 穩(wěn)定功能。
圖5:支持TRIAC 調(diào)光的LV5026($0.9720)、LV5011 及LV5012 應(yīng)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(dǎo)體新推出的高能效準(zhǔn)諧振控制器,用于低功率LED 照明應(yīng)用。這系列器件中,NCL30081($0.3920)和NCL30083($0.4340) 支持分步調(diào)光(5 步調(diào)光),而NCL30082($0.3920) 支持模擬、數(shù)字PWM 及TRIAC 調(diào)光。NCL30081($0.3920) 和NCL30083($0.4340) 的分步調(diào)光功能,使LED 照明燈具能夠使用標(biāo)準(zhǔn)壁式開(kāi)關(guān)就可進(jìn)行5步調(diào)光。這種調(diào)光驅(qū)動(dòng)方案可直接使用標(biāo)準(zhǔn)壁式開(kāi)關(guān),無(wú)需改造照明基礎(chǔ)設(shè)施,成本具有優(yōu)勢(shì)。
圖7:基于NCL30082($0.3920) 的可調(diào)光低功率LED A 型燈設(shè)計(jì)。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評(píng):隨著智能化的普及,LED 照明也得到迅速發(fā)展。本文分析了通用照明LED 驅(qū)動(dòng)器面臨的挑戰(zhàn),簡(jiǎn)要介紹各種功率等級(jí)的LED 通用照明應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器方案,并著重介紹了可調(diào)光的LED 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)
隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn),經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能耗總量呈持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),因此能源管理勢(shì)在必行。對(duì)工礦企業(yè)、建筑樓宇的能源管理,依賴于對(duì)能源信息的數(shù)采集及分析。除電能外,其它種類能耗也需要采集,如水、氣等。目前大部分的水表、氣表,其信息遠(yuǎn)傳方式為脈沖輸出,并不適合能源管理系統(tǒng)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(tǒng)。現(xiàn)有的脈沖采集器是針對(duì)老式機(jī)械式電度表開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品,完成電能脈沖到電度數(shù)的數(shù)字轉(zhuǎn)化,但不能將水量、氣量等轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的數(shù)字當(dāng)量。
信號(hào)采集
三相交流電壓、電流信號(hào)采集:基于成本、內(nèi)部空間和0.5 級(jí)精度設(shè)計(jì)的綜合考慮,電壓信號(hào)采樣選用電阻網(wǎng)絡(luò)分壓的方式,電流信號(hào)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(hù)。
外部輸入脈沖信號(hào)采集
對(duì)脈寬為80ms±20ms 的三路外部輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)(對(duì)于脈寬不在此范圍之內(nèi)的信號(hào)作為雜波濾脈沖輸出接口為光耦隔離型,脈沖波形為標(biāo)準(zhǔn)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(píng):本文提出了一種新穎的帶脈沖計(jì)量的能源管理儀表。采用TERIDIANEnergy Meter IC 71M6533($5.0540),利用其片內(nèi)高精度22 位Δ-ΣADC 和獨(dú)立的32 位計(jì)算引擎,利用一系列開(kāi)發(fā)工具,結(jié)合豐富的電表設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),完成了儀表開(kāi)發(fā)。對(duì)比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器,具有成本低、精度高、直觀易讀、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
更多關(guān)于智能家居設(shè)計(jì)技巧與精華請(qǐng)下載相關(guān)特刊。
評(píng)論