智能家電電子電路設(shè)計圖集錦 —電路圖天天讀（90）

　　TOP1 智能家電遠程控制系統(tǒng)電路設(shè)計

　　智能家電是將計算機通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)，以簡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)展將對傳統(tǒng)家電、計算機和通信業(yè)產(chǎn)生深遠影響。目前智能家電的實現(xiàn)方案眾多，采用專用集成電路是方案 。文中介紹的電話遠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，以公用電話交換網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)，用戶可以在遠端發(fā)送DTMF 雙音多頻信號，實現(xiàn)對家用電器等設(shè)備的遠程控制。本系統(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(tǒng)可以在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作。

　　智能家電應(yīng)具有很多功能，文中僅討論遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計。圖1 為系統(tǒng)功能框圖，由單片機，DTMF 雙音頻解碼模塊、家電控制驅(qū)動接口、振鈴檢測與上線P離線開關(guān)等幾個部分組成。系統(tǒng)檢測到遠程電話線傳輸過來的信號后，由雙音頻解碼器對遠程電話的 DTMF（Dual Tone Multi(＄198.7500) Frequency） 進行解碼識別，并對相應(yīng)的受控電器發(fā)出相應(yīng)的動作指令。

　　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（固定電話、移動電話） 、程控交換機及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號的對應(yīng)關(guān)系。本系統(tǒng)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P離線開關(guān)

　　電話被呼叫時，交換機發(fā)來振鈴信號。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(tǒng)待機及振鈴時，DTMF 信號解碼電路應(yīng)處于離線狀態(tài)（與用戶電話線斷開） 。只有在系統(tǒng)檢測到振鈴并自動摘機后，DTMF 信號解碼電路才處于上線狀態(tài)（與用戶電話線接通） 。根據(jù)振鈴信號電壓的特點，可以先使用二極管和濾波電路對振鈴進行整流濾波，所得信號經(jīng)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓至5V 后加在開關(guān)三極管的基極，使對應(yīng)有振鈴信號的時間內(nèi)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(shù)器輸入口，當(dāng)計數(shù)至7 次后（一般電話來電振鈴為8 次） 由單片機控制接通繼電器完成自動摘機，并閉合系統(tǒng)上線P離線開關(guān)電路，開啟DTMF 信號解碼電路與電話用戶線的連接。

　　驅(qū)動電路

　　家電遠程控制系統(tǒng)通過對繼電器的閉合實現(xiàn)對受控電器的控制。因此，在單片機與受控電器之間必須設(shè)置一個驅(qū)動接口電路。本系統(tǒng)采用美國 TexasInstruments 和Sprague 公司開發(fā)的ULN2003A(＄0.1500) 芯片，來關(guān)閉與開啟繼電器開關(guān)，如圖4 所示。

　　本文提出了通過遠程電話實現(xiàn)智能家電控制系統(tǒng)的一種實現(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)及硬件設(shè)計。利用本系統(tǒng)可以實現(xiàn)固定電話對空調(diào)器、電燈、電飯鍋等家用電器設(shè)備的遠程控制。另外，本系統(tǒng)也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中，實現(xiàn)對無人值守崗位的遠程控制。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(tǒng)可以在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作。此外，可以通過進一步的高級菜單設(shè)計與驅(qū)動電路設(shè)計來完善控制單元，增加控制家電的運作時間、風(fēng)速等級等復(fù)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(shè)計邁入嶄新時代！

　　TOP2 WiFi構(gòu)成的智能家電電路設(shè)計須知

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

　　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(＄68.6000) 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。

　　WiFi 插座的控制電路設(shè)計

　　電路原理：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。以上只是以WiFi 插座為例，敘述基于WiFi 技術(shù)的智能家居，如果要實現(xiàn)智能家電中的其他功能，實現(xiàn)原理類似。例如，要實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控，只需將插座改為攝像頭并實現(xiàn)相應(yīng)的軟件功能即可。

　　智能家電控制散熱系統(tǒng)電路模塊設(shè)計

　　電路原理：當(dāng)談到控制風(fēng)扇時，使用熱敏電阻替代熱電偶的做法已變得更流行。使用熱敏電阻來控制溫度已不是什么新鮮事，該器件就被用來測量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?qū)z測到溫度的上升，并開啟風(fēng)扇。這一工作是全自動的，當(dāng)環(huán)境溫度回到室溫時，風(fēng)扇將會關(guān)閉。負溫度系數(shù)（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(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度上升時，熱敏電阻的阻值將降低。本例中的測溫電橋在控制風(fēng)扇工作的過程中，利用的就是熱敏電阻的這一獨特特征。

　　測溫應(yīng)用

　　電路中的風(fēng)扇通過對電路進行適當(dāng)冷卻，可增強能效，降低風(fēng)扇所產(chǎn)生的噪聲效應(yīng)。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(tǒng)設(shè)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)出的紅外線波長為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(qū)別在于所發(fā)出的光為不可見光，而普通發(fā)光二極管發(fā)出的是各種顏色的可見光，通常，紅外發(fā)光二極管分為兩種結(jié)構(gòu)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(shè)計實現(xiàn)的是家居遙控，因此采用第一種即可。

　　如圖4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 腳為單片機的復(fù)位腳，采用RC 手動復(fù)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，紅外線接收管及濾波光片等組成，電路設(shè)計相對繁瑣，在實際應(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，無外部電路，體積小，密封性好，靈敏度高，應(yīng)用簡單，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(diào)幾大部分，要求輸入信號需是已經(jīng)被調(diào)制的信號。從而使電路達到最簡化，靈敏度和抗干擾性都非常好，是一個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(diào)光電路設(shè)計

　　接收電路和調(diào)光電路的實現(xiàn)均是通過繼電器實現(xiàn)的，給每一個繼電器串聯(lián)一個電阻，構(gòu)成一個回路，本電路將四個繼電器回路并聯(lián)，連接在P0 口上，當(dāng)四個繼電器均閉合時，燈最亮，當(dāng)三個繼電器工作時，燈較亮，當(dāng)兩個繼電器工作時燈次亮，當(dāng)一個繼電器工作時，燈最暗，當(dāng)四個繼電器都不工作時，燈泡處于關(guān)閉狀態(tài)。接收電路圖如圖所示：

　　本論文最大的難點是如何實現(xiàn)紅外信號的發(fā)射與接收，為了減少電路的繁瑣，我使用單片機來實現(xiàn)軟件編碼解碼，大大提高了電路的靈活性，降低了成本，僅僅使用一個鍵就能實現(xiàn)對一個燈具的開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)，若是把一個按鍵開關(guān)改設(shè)成一個矩陣鍵盤，就可以實現(xiàn)對整個家里的燈具的開關(guān)和亮度控制，實用性很強。

　　TOP4 智能家電串行接口電路設(shè)計指南

　　串行端口電路

　　家電控制板采用串口與XSBase270實驗箱進行通信，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為信號地引腳。一般情況下普通串口只接這幾個引腳；特殊的串口，如藍牙串口除接上述的三個腳之外，還接了DSR引腳和CTS引腳，是因為藍牙串口的數(shù)據(jù)流輸出采用這兩個腳的信號控制；而其他引腳是跟MODEM相關(guān)的。在智能家居系統(tǒng)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。發(fā)送數(shù)據(jù)時，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。無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL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，信號傳輸距離最大為15m，最高速率為20kb/s。

　　MAX232(＄2.0686)包含2個驅(qū)動器、2個接收器和一個電壓發(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)，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。每一個發(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，Q1～Q4 為繼電器線圈電流驅(qū)動，電路由單片機的P1口進行控制，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警信號通過光電耦合接入單片機的P2 口，如圖2-8 所示，在傳感器沒有報警信號時，光電耦合芯片處于截止?fàn)顟B(tài)，與之相接的單片機端口為低電平；當(dāng)傳感器有報警，傳感器輸出高電平，此時光電耦合芯片導(dǎo)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行采集并做出相應(yīng)處理。

　　本文提出了基于嵌入式系統(tǒng)ARM10的智能控制平臺的設(shè)計，功能包括了短信控制家電，傳感器探測非正常環(huán)境并且通過手機短信告知業(yè)主，以及以太網(wǎng)實時視頻監(jiān)控等功能。使用標(biāo)準(zhǔn)串口線連接家電控制板與PC機。使用“串口調(diào)試助手”軟件進行對串口的讀寫操作。往家電控制板輸入形如“%0001”的字符串，觀察是否能啟動對應(yīng)的LED。同樣的，按對應(yīng)的“傳感器”按鈕，觀察PC機是否能收到正確的字符串。經(jīng)過測試，家電控制板能夠正常運行。

　　TOP5 智能家電中的無線數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計方案

　　通過中央管理平臺，讓家居生活舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保。類似名稱的還有數(shù)碼家居、數(shù)字字園、網(wǎng)絡(luò)家庭、家庭自動化、E－HOME等等。目前，智能家電可為用戶提供家居安全報警、可視對講、家電、照明調(diào)光、設(shè)備的室內(nèi)外遙控、電話遠程控制、Internet(＄68.6000)遠程控制等多種功能。產(chǎn)品類型包括有線、無線或者有線和無線結(jié)合，無線方式具有無布線，移動，安裝方便、應(yīng)用場合廣等優(yōu)點逐漸成為應(yīng)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 無線燈光控制電路

　　圖2 非隔離電源電路圖

　?、俜歉綦x電源電路為MCU和無線模塊提供工作電壓，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IC當(dāng)中，設(shè)計過程可得到極大地簡化。電路路中所用元件數(shù)目很少，無需變壓器，即可以利用設(shè)計速成部分，使用標(biāo)準(zhǔn)元件完成常用輸出電壓和電流的設(shè)計。

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

　　圖3 無線模塊連接電路

　　③調(diào)光模塊電路如圖4所示，包括一個EMI濾波器、一個無源功率因數(shù)校正、鎮(zhèn)流器控制和燈諧振輸出級，輸出級采PWM輸出驅(qū)動信號，通過驅(qū)動變壓器驅(qū)動半橋MOS管，實現(xiàn)燈光的控制。

　　圖4 調(diào)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

　　①按鍵電路如圖6所示，

　　4*4輕觸按鍵作為用戶的輸入，用戶按鍵的輸入判斷是采用普通的I/O方式。具體每個按鍵定義為，可以根據(jù)開發(fā)著設(shè)計需要而定。

　?、跓o線模塊連接電路與手持RF無線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方式與無線模塊通信。

　　③電源電路如圖7所示，手持遙控使用5V～9V干電池為系統(tǒng)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(shè)計方案中，方便的應(yīng)用于各種智能家居系統(tǒng)上。

　　智能家電報警系統(tǒng)電子電路設(shè)計指南

　　報警器能根據(jù)監(jiān)控的對象進行設(shè)計，種類繁多，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式和多點式。單點式報警器電路結(jié)構(gòu)較為簡單，只需把傳感器監(jiān)測到的信號進行放大，直接驅(qū)動聲光報警器電路工作。多點式報警器電路常采用單片機技術(shù)開發(fā)的電話報警系統(tǒng)，當(dāng)有外人侵入、煤氣泄漏、火災(zāi)等險情時，能及時地報警，可靠性大大提高。與單點式相比，多點式運用的范圍更多，比如說工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、安全防災(zāi)、住災(zāi)區(qū)防盜等諸多領(lǐng)域。常見的電子報警器有電子防盜報警器、可燃性氣體報警器、火災(zāi)報警器等。

　　報警器的總體方案

　　下面對個別電路模塊進行方案論證，其典型應(yīng)用電路如圖：

　　MT5087撥號電路

　　在圖2-3電路中，鍵盤控制邏輯電路的行線和列線對應(yīng)1-0中的一位數(shù)字，供程控交換機新服務(wù)性能使用，還有多余四個鍵備用。當(dāng)按下一鍵時，就確定了是哪兩種音調(diào)的組合，經(jīng)過高、低兩個音組的D/A轉(zhuǎn)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(shè)計

　　該電路將家用220V交流電經(jīng)降壓、整流、穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的5V直流電。其電路設(shè)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(zhuǎn)換成不穩(wěn)定的直流電壓（16.968V），然后加在三端集成穩(wěn)壓器7805輸入端，經(jīng)穩(wěn)壓器后輸出穩(wěn)定的直流電壓。同時，為減小電網(wǎng)電壓波動對電路的影響，分別在三端集成穩(wěn)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C19還可改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)；C22可旁路高頻干擾脈沖，C21起減小高頻輸出阻抗的作用。

　　鍵盤及顯示電路的設(shè)計

　　根據(jù)方案論證，鍵盤及顯示電路設(shè)計如圖3-2所示。

　　圖3-2 鍵盤及顯示電路

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

　　TOP8 智能家電中熱水器電路設(shè)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格，包括一系列串行通信外設(shè)，多至2個獨立增強型USART 和2個主控SSP模塊，能夠進行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，完全實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制和物理層收發(fā)器模塊，只需使用兩個脈沖變壓器和一些無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(dāng)使能以太網(wǎng)模塊時，兩個TPOUT 引腳會有持續(xù)的電流流入;當(dāng)收發(fā)器模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過改變TPOUT+ 和TPOUT-的相對電流大小，將在以太網(wǎng)電纜上產(chǎn)生一個差分電壓，發(fā)送和接收接口均需要另外使用兩個電阻和一個電容正確與傳輸線相連，最大限度地減少信號反射，增加通信信號的穩(wěn)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(yīng)用到各種智能家電系統(tǒng)中。

　　揭秘STC12C控制智能家電防盜系統(tǒng)應(yīng)用電路

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火安保設(shè)備的需求量日益增長，報警系統(tǒng)也從原來的簡單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。本文設(shè)計防盜系統(tǒng)采用STC12C系列高速1T單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，負責(zé)對家居內(nèi)的各個智能防盜模塊進行控制管理，若出現(xiàn)異常物體或者人員侵入，在啟動高強度聲音報警的同時，還可控制本系統(tǒng)中的GPRS模塊SIM300自動撥打設(shè)定的電話或者發(fā)短信，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能遠程報警。同時遠程控制者還可以通過撥打電話或者短信方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程控制，對受控區(qū)域的電源或者其他裝置進行控制管理，從而保護個人的家居財產(chǎn)安全。

　　GPRS通信模塊

　　本設(shè)計中GPRS通信模塊采用的是一款三頻段GSM/GPRS模塊SIM300，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品，如移動電話，無線 MODEM卡，無線POS機，無線抄表系統(tǒng)以及無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，應(yīng)用范圍十分廣泛。SIM300模塊具有一套標(biāo)準(zhǔn)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、電話本命令、短消息命令、GPRS命令等。本系統(tǒng)中與GPRS模塊的通信是通過串口連接，通過處理相應(yīng)的AT命令，來實現(xiàn)系統(tǒng)與模塊的數(shù)據(jù)通信。

　　系統(tǒng)中，設(shè)計了SIM300模塊的相應(yīng)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(zhuǎn)換電路等。該模塊的功能是通過天線接收手機發(fā)過來的信息，并且通過串口與系統(tǒng)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(tǒng)主控CPU對信息進行分析后，做出相應(yīng)的處理。同樣，當(dāng)防盜系統(tǒng)發(fā)出報警信號時，由主控CPU發(fā)出報警，控制 SIM300模塊實現(xiàn)相應(yīng)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(shè)計采用增強型高速單片機STC12LE5A60S2為控制器、SIM300作為無線GPRS通信模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制，各防盜模塊與系統(tǒng)之間采用無線模塊來通信。系統(tǒng)可通過撥打指定手機或發(fā)送短信等方式，實現(xiàn)對各個模塊的狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，異常情況可遠程操作該系統(tǒng)實施相應(yīng)的控制命令。

　　TOP9 智能家電無線報警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與電源電路

　　無線報警網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計

　　無線報警網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由微處理器AT89C2051(＄0.5999)、nRF2401(＄1.8620)無線通信芯片、外圍設(shè)備和開關(guān)量輸入接口的傳感器構(gòu)成。微處理器AT89C2051(＄0.5999)是整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件系統(tǒng)的核心控制部件，負責(zé)接收傳感器觸發(fā)的開關(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)是實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵器件。nRF2401(＄1.8620)工作于2.4～2.5GHzISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序配置，芯片功耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用nRF2401(＄1.8620)進行數(shù)據(jù)傳輸，來實現(xiàn)報警信息的無線傳輸。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過連接的傳感器感知外部環(huán)境異常變化。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電路原理圖如網(wǎng)2 所示。

　　在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中電源是能源中心，在節(jié)點中起著非常重要的作用，特別是在無線通信系統(tǒng)中，電源不光是能源供應(yīng)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。如果接入的電壓過高，電流將會通過二極管或分離元件流向電源。另外系統(tǒng)自身的發(fā)送頻率也會經(jīng)過電源感應(yīng)反饋到通信系統(tǒng)造成干擾。兇而可在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個不同容值的電容所構(gòu)成的濾波電路來抑制各種高頻信號。使節(jié)點能夠得到穩(wěn)定可靠且低干擾的電源，保證節(jié)點的可靠運行。該電源電路如圖3所示。

　　PC機智能家電控制系統(tǒng)電路設(shè)計詳解

　　本系統(tǒng)采用單片機AT89C51(＄3.7875) 為控制核心，以電腦作為上位機，實現(xiàn)在電腦上自動控制8路家電的開關(guān)狀態(tài)，單片機嵌入式系統(tǒng)亦可以通過按鍵控制家電的開關(guān)。硬件部分包括單片機最小系統(tǒng)，串口通信、液晶顯示界面三大部分。最小系統(tǒng)部分單片機選用了AT89C51(＄3.7875)單片機，串口選用232電平轉(zhuǎn)TTL電平的MAX232(＄2.0686)芯片，進行電平轉(zhuǎn)換。液晶選用128X64點陣的液晶模塊。本系統(tǒng)顯示直觀，控制方便。

　　穩(wěn)壓直流電源設(shè)計

　　本系統(tǒng)設(shè)計為5V直流穩(wěn)壓電源給系統(tǒng)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(wěn)壓管穩(wěn)壓，再進行二次濾波，輸出較穩(wěn)定的5V電壓，給本系統(tǒng)供電。

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

　　鍵盤的硬件電路如圖2-2所示：

　　圖2-2鍵盤硬件圖

　　鍵連擊現(xiàn)象的克服和處理

　　當(dāng)我們按下某個鍵時，對應(yīng)的功能便會通過鍵盤分析程序得以執(zhí)行，如果在操作者釋放之前，對應(yīng)的功能多次執(zhí)行，如同操作者在連續(xù)不斷的操作該鍵一樣，這種現(xiàn)象就稱為連擊。連擊先可用圖4-2-3所示流程圖的軟件方法來解決：當(dāng)某個鍵按下時，首先進行軟件去抖處理，確認鍵被按下后，便執(zhí)行與該鍵相對應(yīng)的功能，執(zhí)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(yīng)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(xiàn)象加以利用，有時會給操作者帶來便利。例如在某些儀器中。因設(shè)計的按鍵很少，沒有安排0～9數(shù)字鍵，只設(shè)置了一個調(diào)整鍵，這時需要采用加 1（或者減1）的方法來調(diào)整有關(guān)參數(shù)，但當(dāng)調(diào)整量較大時就需要多次按鍵，使操作者很不方便。如果允許存在連擊現(xiàn)象，我們只要按住鍵不放，參數(shù)就會不停的加 1（或者減1），會讓操作比較方便、快捷。具體實現(xiàn)流程圖如圖4-2-3所示，其中加入的延時環(huán)節(jié)是為了控制連擊的速度。

　　TOP10 液晶顯示驅(qū)動電路的設(shè)計

　　液晶顯示的原理分析

　　現(xiàn)在，在市場上所使用的液晶都是液晶模塊，也就是說，現(xiàn)在的液晶模塊都是將液晶以及相應(yīng)的驅(qū)動芯片，寄存器，驅(qū)動電源電路等一系列的輔助電路都集成在了一起，從二使用戶能夠更加的方便是液晶，即所謂的大眾化。12864采用的是點陣式液晶，分為128X64個點，即有1204個字節(jié)，也就是說每一個 ROM內(nèi)存單元對應(yīng)一個點陣。如何對其驅(qū)動是對12864的主要難點，對于其驅(qū)動大致可以分為：初始化，設(shè)置起始位顯示，輸送數(shù)據(jù)幾大塊。初始化主要的就是按照芯片手冊來，因為那些命令語句的內(nèi)存單元都是定的，不能夠根據(jù)用戶的喜好來自己定義。設(shè)置起始位數(shù)據(jù)顯示位置，主要是要搞清楚ROM的對應(yīng)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，每一頁占8行。列的起始地址為40H，行的起始地址為B8H。

　　系統(tǒng)仿真

　　隨著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(tǒng)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，因其極高的性價比得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，從而加快了智能家居的發(fā)展。

　　智能家電過壓保護電路原理分析

　　電路原理：該裝置工作原理見圖，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(dān)任濾波，得到12V左右的直流電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時，穩(wěn)壓二極管VDW不能被擊穿導(dǎo)通，此時三極管VT處于截止?fàn)顟B(tài)，雙向可控硅VS受到電壓觸發(fā)面導(dǎo)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250V，此時在RP中點的電壓就導(dǎo)致VDW擊穿導(dǎo)通，VDW導(dǎo)通后，又使得三極管VT導(dǎo)通，VT導(dǎo)通后，其集電極—發(fā)射極的壓降很小，不足以觸發(fā)VS，又導(dǎo)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(dǎo)通，家電得電繼續(xù)工作。

　　用于智能家電的單相副電量表電路設(shè)計

　　能源監(jiān)視器設(shè)計作為一套完善工具，用于測量和顯示智慧建筑內(nèi)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(yīng)用提供的解決方案。該參考設(shè)計配備硬件和軟件設(shè)計文件，可加快工程師的開發(fā)進程。能源監(jiān)視器設(shè)計還可進行擴展與 TI 的 ZigBee 和 Wifi 參考設(shè)計結(jié)合，將無線通信功能添加到終端產(chǎn)品中。

　　單相電能計量系統(tǒng)

　　通過板載顯示屏來顯示輸入交流電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、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(diào)節(jié) LCD 顯示屏和時間設(shè)置的簡單按鈕，提供 TI 通信模塊接口，適合于 ZigBee （CC2538EM-RD）、Wifi （CC3000EM-RD） 和面向無線 M-Bus 的低于 1GHz 射頻。
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