CN110209082A - 基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关 - Google Patents

基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关 Download PDF

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CN110209082A
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凌鹏鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，包括盒体及贴合连接于盒体顶面的盒体托板，盒体托板中嵌入安装PCB电路板，PCB电路板上贴片焊接有继电器，盒体托板表面设有按压开关，继电器的衔铁通过橡胶杆与按压开关联动；PCB电路板集成有单片机、串口模块、ZigBee终端模块、ZigBee协调模块、下载器模块、继电器模块、按键模块、指示灯模块。本发明可实现简单家用电器的智能开关，通讯距离可超过20km。

Description

基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关
技术领域
本发明涉及智能开关领域，具体是一种基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关。
背景技术
随着计算机技术和芯片技术的飞跃，智能家居在国内的发展也迅速起来， 智能家居的整体构架主要有终端器件，控制器信号，网络连接芯片或者路由设备，最终可融入网页或者安卓开发；在传统的智能家居的研发中，使用网络连接芯片，开发成本比较高，硬件电路较为复杂，信号单一性和兼容性都是难以解决的问题。
发明内容 本发明的目的是提供一种基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，以解决现有技术智能家居采用网络连接芯片存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，其特征在于：包括盒体及贴合连接于盒体顶面的盒体托板，盒体托板中嵌入安装PCB电路板，PCB电路板上贴片焊接有继电器，盒体托板表面设有按压开关，按压开关通过橡胶杆与继电器的衔铁连接，由橡胶杆实现按压开关和继电器衔铁的联动；
所述PCB电路板集成有电源模块、单片机模块、串口模块、ZigBee终端模块、ZigBee协调模块、继电器模块、按键模块，以及两组下载器模块、三组指示灯模块，所述ZigBee协调模块、串口模块、按键模块、第一个下载器模块、第一个指示灯模块分别与单片机电连接，第二个指示灯模块与ZigBee协调模块电连接，第三个指示灯模块、第二个下载器模块、继电器模块分别与ZigBee终端模块电连接，所述ZigBee终端模块与ZigBee协调模块通讯连接，所述继电器的线圈与继电器模块电连接，所述电源模块供电至PCB电路板上各个用电模块。
所述的基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，其特征在于：PCB电路板中，所述单片机采用型号为STM32F103的单片机；所述ZigBee终端模块采用型号为CC2330的ZigBee终端芯片；所述ZigBee协调模块采用型号为CC2330的ZigBee协调芯片；所述串口模块采用型号为CH340G的串口芯片；所述指示灯模块为3组，每组2个；所述下载器模块采用JTAG接口；所述继电器采用型号为HFD4/3-L的磁保持继电器；所述按键模块为2组，每组两个，所述电源模块可提供+3.3v、+5v直流电压。
所述的基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，其特征在于：单片机STM32F103的引脚101、102分别对应与串口芯片CH340G的引脚3、2连接，单片机STM32F103的引脚30、32、33分别接入由电源模块提供的+3.3V直流电压，单片机STM32F103的引脚1、2连接按键模块，单片机STM32F103的引脚135、136对应连接ZigBee协调芯片CC2330的引脚21、22，单片机STM32F103的引脚105、109、110、133、134对应连接构成第一个下载器模块的JTAG接口的引脚3、5、7、9、13，单片机STM32F103的引脚4、5连接第一个指示灯模块；
构成第一个下载器模块的JTAG接口的引脚4-引脚20共接接地，JTAG接口的引脚4-引脚20共接接地，JTAG接口的引脚2、引脚3接入电源模块提供的+3.3V电压，JTAG接口的引脚3、5、7、13还分别通过电阻R11、R12、R13、R16共接后接入电源模块提供的+3.3V电压，JTAG接口的引脚9还通过电阻R15接地；
构成ZigBee协调模块的ZigBee协调芯片CC2330的引脚4、5、7、8、9、10对应连接构成第二个下载器端子排的引脚3、4、5、6、8、10，ZigBee协调芯片CC2330的引脚16，18引脚接入电源模块提供的+3.3V电压，ZigBee协调芯片CC2330的引脚1，15接地，ZigBee协调芯片CC2330的引脚19、20引脚分别通过上拉电阻R36、R37后与第按键模块连接后接地，ZigBee协调芯片CC2330的引脚21、22引脚与单片机STM32的引脚36、37连接，ZigBee协调芯片CC2330的引脚14接电阻32后连接第二个指示灯模块后接地；
电源模块由型号为MP2359的电源芯片、型号为AMS1117-3.3的降压芯片以及5.8*5.8的自锁开关构成，电源芯片MP2359的引脚1和引脚6之间连接有电容C1，电源芯片MP2359的引脚2接地，电源芯片MP2359的引脚3和引脚2之间连接电阻R2，电源芯片MP2359的引脚3连接电阻R7后输出+5v电压，电源芯片MP2359的引脚4通过电阻R4连接相互并联的电容C12、C13后接地，电源芯片MP2359的引脚5连接相互并联的电容C12、C13后接地，同时电源芯片MP2359的引脚5连接一个二极管D3阴极，二极管D3阳极与电源芯片MP2359的引脚2共接后接地，且二极管D3阳极与电源芯片MP2359的引脚2之间输入+12v电压，电源芯片MP2359的引脚6连接一个二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接地，电源芯片MP2359的引脚6还通过相互并联的电容C4、C5接地，同时电源芯片MP2359的引脚6输出+5v电压；自锁开关的引脚3连接有电阻R5，电源芯片MP2359的引脚6输出的+5v电压、电源芯片MP2359的引脚3通过电阻R7输出的+5v电压分别接入自锁开关的引脚3和电阻R5之间，并由电阻R5输出+5v电压用于电压口测试，同时自锁开关的引脚2输出+5v电压，自锁开关的引脚2还与降压芯片AMS1117-3.3的引脚3连接，降压芯片AMS1117-3.3引脚3还通过电容C8接地，降压芯片AMS1117-3.3的引脚1接地，降压芯片AMS1117-3.3的引脚2通过相互并联的电容C6、C7接地，且同时降压芯片AMS1117-3.3的引脚2输出+3.3v电压；
构成串口模块的串口芯片CH340G的引脚1接地，引脚4串联电容C9接地，串口芯片CH340G的引脚7引脚和引脚8之间连接8M晶振，串口芯片CH340G的引脚7还通过电容C16接地，串口芯片CH340G的引脚8还通过电容C15接地，串口芯片CH340G的引脚16引脚接电源模块提供的3.3V电压，串口芯片CH340G的引脚16还通过相互并联的保护电容C2、C3接地，串口芯片CH340G的引脚13串联电阻R3后连接三极管Q1基极，三极管Q1集电极串联电阻R1后连接电源模块提供的3.3V电压，三极管Q1的发射极连接电阻R6后再连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极上拉连接电源模块提供的3.3V电压，三极管Q2的集电极串联电阻R8后连接单片机STM32F103的引脚138；
构成ZigBee终端模块的ZigBee终端芯片CC2330的引脚1、15接地，ZigBee终端芯片CC2330的引脚23、24分别对应串联电阻R26、R28后连接手动按键，ZigBee终端芯片CC2330的引脚22、26连接继电器模块，ZigBee终端芯片CC2330的引脚4、5、7、8、9、10分别连接构成第二个下载器模块的JIAG接口的引脚3、4、5、6、8、10，ZigBee终端芯片CC2330的引脚13、14分别对应串联电阻R19、R20后再与第三个指示灯模块相连；
继电器模块由一对型号分别为SS8050的驱动三极管构成，两个驱动三极管的发射极分别接地，两个驱动三极管的基极分别与ZigBee终端芯片CC2330的引脚22、26连接，两个驱动三极管的集电极分别依次通过电阻、继电器的线圈连接电源模块提供的+3.3V电压。
本发明以计算机为副控制器替换网络通讯芯片，实现网络通讯，扩展家用计算机功能，实现简单家用电器的智能开关，通讯距离可超过20km。
附图说明
图1是本发明盒体部分结构透视图一。
图2是本发明盒体部分结构透视图二。
图3是本发明电气部分原理框图。
图4是本发明单片机电路原理图。
图5是本发明第一个下载器模块的JTAG接口电路原理图。
图6是本发明构成ZigBee协调模块的ZigBee协调芯片电路原理图。
图7是本发明构成电源模块的电源芯片电路原理图。
图8是本发明构成电源模块的降压芯片和自锁开关电路原理图。
图9是本发明构成串口模块的串口芯片电路原理图。
图10是本发明构成ZigBee终端模块的ZigBee终端芯片电路原理图。
图11是本发明继电器模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2所示，基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，包括盒体5及贴合连接于盒体5顶面的盒体托板6，盒体托板6中嵌入安装PCB电路板2，PCB电路板2上贴片焊接有继电器8，盒体托板6表面设有按压开关，按压开关通过橡胶杆7与继电器8的衔铁连接，由橡胶杆7实现按压开关和继电器8衔铁的联动。
PCB电路板2中央设有芯片贴片位1， PCB电路板2四个边角打孔处理（孔径4mm），PCB电路板2嵌入至盒体托板6中心，PCB电路板2四个边角的孔9使用螺母结构固定于盒体托板6。PCB电路板2上贴片焊接两个继电器8，按压开关通过橡胶杆7与继电器8的衔铁连接，由橡胶杆7实现按压开关和继电器8衔铁的联动。盒体5两侧还连接固定托板3，两侧固定托板3分别打有孔4，固定托板3上的孔4通过螺钉与墙面固定连接。
如图3所示，PCB电路板2集成有电源模块、单片机模块、串口模块、ZigBee终端模块、ZigBee协调模块、继电器模块、按键模块，以及两组下载器模块、三组指示灯模块，所述ZigBee协调模块、串口模块、按键模块、第一个下载器模块、第一个指示灯模块分别与单片机电连接，第二个指示灯模块与ZigBee协调模块电连接，第三个指示灯模块、第二个下载器模块、继电器模块分别与ZigBee终端模块电连接，所述ZigBee终端模块与ZigBee协调模块通讯连接，所述继电器的线圈与继电器模块电连接，电源模块供电至PCB电路板上各个用电模块。
PCB电路板中，单片机采用型号为STM32F103的单片机；ZigBee终端模块采用型号为CC2330的ZigBee终端芯片；ZigBee协调模块采用型号为CC2330的ZigBee协调芯片；串口模块采用型号为CH340G的串口芯片；指示灯模块为3组，每组2个；下载器模块采用JTAG接口；继电器采用型号为HFD4/3-L的磁保持继电器；按键模块为2组，每组两个，电源模块可提供+12v,+3.3v，+5v直流电压。
如图4、图5所示，单片机STM32F103的引脚101、102分别对应与串口芯片CH340G的引脚3、2连接，单片机STM32F103的引脚30、32、33分别接入由电源模块提供的+3.3V直流电压，单片机STM32F103的引脚1、2连接按键模块，单片机STM32F103的引脚135、136对应连接ZigBee协调芯片CC2330的引脚21、22，单片机STM32F103的引脚105、109、110、133、134对应连接构成第一个下载器模块的JTAG接口的引脚3、5、7、9、13，单片机STM32F103的引脚4、5连接第一个指示灯模块；
构成第一个下载器模块的JTAG接口的引脚4-引脚20共接接地，JTAG接口的引脚4-引脚20共接接地，JTAG接口的引脚2、引脚3接入电源模块提供的+3.3V电压，JTAG接口的引脚3、5、7、13还分别通过电阻R11、R12、R13、R16共接后接入电源模块提供的+3.3V电压，JTAG接口的引脚9还通过电阻R15接地；
如图6所示，构成ZigBee协调模块的ZigBee协调芯片CC2330的引脚4、5、7、8、9、10对应连接构成第二个下载器端子排的引脚3、4、5、6、8、10，ZigBee协调芯片CC2330的引脚16，18引脚接入电源模块提供的+3.3V电压，ZigBee协调芯片CC2330的引脚1，15接地，ZigBee协调芯片CC2330的引脚19、20引脚分别通过上拉电阻R36、R37后与第按键模块连接后接地，ZigBee协调芯片CC2330的引脚21、22引脚与单片机STM32的引脚36、37连接，ZigBee协调芯片CC2330的引脚14接电阻32后连接第二个指示灯模块后接地；
如图7、图8所示，电源模块由型号为MP2359的电源芯片、型号为AMS1117-3.3的降压芯片以及5.8*5.8的自锁开关构成，电源芯片MP2359的引脚1和引脚6之间连接有电容C1，电源芯片MP2359的引脚2接地，电源芯片MP2359的引脚3和引脚2之间连接电阻R2，电源芯片MP2359的引脚3连接电阻R7后输出+5v电压，电源芯片MP2359的引脚4通过电阻R4连接相互并联的电容C12、C13后接地，电源芯片MP2359的引脚5连接相互并联的电容C12、C13后接地，同时电源芯片MP2359的引脚5连接一个二极管D3阴极，二极管D3阳极与电源芯片MP2359的引脚2共接后接地，且二极管D3阳极与电源芯片MP2359的引脚2之间输入+12v电压，电源芯片MP2359的引脚6连接一个二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接地，电源芯片MP2359的引脚6还通过相互并联的电容C4、C5接地，同时电源芯片MP2359的引脚6输出+5v电压；自锁开关的引脚3连接有电阻R5，电源芯片MP2359的引脚6输出的+5v电压、电源芯片MP2359的引脚3通过电阻R7输出的+5v电压分别接入自锁开关的引脚3和电阻R5之间，并由电阻R5输出+5v电压用于电压口测试，同时自锁开关的引脚2输出+5v电压，自锁开关的引脚2还与降压芯片AMS1117-3.3的引脚3连接，降压芯片AMS1117-3.3引脚3还通过电容C8接地，降压芯片AMS1117-3.3的引脚1接地，降压芯片AMS1117-3.3的引脚2通过相互并联的电容C6、C7接地，且同时降压芯片AMS1117-3.3的引脚2输出+3.3v电压；
如图9所示，构成串口模块的串口芯片CH340G的引脚1接地，引脚4串联电容C9接地，串口芯片CH340G的引脚7引脚和引脚8之间连接8M晶振，串口芯片CH340G的引脚7还通过电容C16接地，串口芯片CH340G的引脚8还通过电容C15接地，串口芯片CH340G的引脚16引脚接电源模块提供的3.3V电压，串口芯片CH340G的引脚16还通过相互并联的保护电容C2、C3接地，串口芯片CH340G的引脚13串联电阻R3后连接三极管Q1基极，三极管Q1集电极串联电阻R1后连接电源模块提供的3.3V电压，三极管Q1的发射极连接电阻R6后再连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极上拉连接电源模块提供的3.3V电压，三极管Q2的集电极串联电阻R8后连接单片机STM32F103的引脚138；
如图10所示，构成ZigBee终端模块的ZigBee终端芯片CC2330的引脚1、15接地，ZigBee终端芯片CC2330的引脚23、24分别对应串联电阻R26、R28后连接手动按键，ZigBee终端芯片CC2330的引脚22、26连接继电器模块，ZigBee终端芯片CC2330的引脚4、5、7、8、9、10分别连接构成第二个下载器模块的JIAG接口的引脚3、4、5、6、8、10，ZigBee终端芯片CC2330的引脚13、14分别对应串联电阻R19、R20后再与第三个指示灯模块相连；
如图11所示，继电器模块由一对型号分别为SS8050的驱动三极管构成，两个驱动三极管的发射极分别接地，两个驱动三极管的基极分别与ZigBee终端芯片CC2330的引脚22、26连接，两个驱动三极管的集电极分别依次通过电阻、继电器的线圈连接电源模块提供的+3.3V电压。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，其特征在于：包括盒体及贴合连接于盒体顶面的盒体托板，盒体托板中嵌入安装PCB电路板，PCB电路板上贴片焊接有继电器，盒体托板表面设有按压开关，按压开关通过橡胶杆与继电器的衔铁连接，由橡胶杆实现按压开关和继电器衔铁的联动；
所述PCB电路板集成有电源模块、单片机模块、串口模块、ZigBee终端模块、ZigBee协调模块、继电器模块、按键模块，以及两组下载器模块、三组指示灯模块，所述ZigBee协调模块、串口模块、按键模块、第一个下载器模块、第一个指示灯模块分别与单片机电连接，第二个指示灯模块与ZigBee协调模块电连接，第三个指示灯模块、第二个下载器模块、继电器模块分别与ZigBee终端模块电连接，所述ZigBee终端模块与ZigBee协调模块通讯连接，所述继电器的线圈与继电器模块电连接，所述电源模块供电至PCB电路板上各个用电模块。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，其特征在于：PCB电路板中，所述单片机采用型号为STM32F103的单片机；所述ZigBee终端模块采用型号为CC2330的ZigBee终端芯片；所述ZigBee协调模块采用型号为CC2330的ZigBee协调芯片；所述串口模块采用型号为CH340G的串口芯片；所述指示灯模块为3组，每组2个；所述下载器模块采用JTAG接口；所述继电器采用型号为HFD4/3-L的磁保持继电器；所述按键模块为2组，每组两个，所述电源模块可提供+3.3v、+5v直流电压。
3.根据权利要求2所述的基于无线通讯和计算机技术的家庭智能开关，其特征在于：单片机STM32F103的引脚101、102分别对应与串口芯片CH340G的引脚3、2连接，单片机STM32F103的引脚30、32、33分别接入由电源模块提供的+3.3V直流电压，单片机STM32F103的引脚1、2连接按键模块，单片机STM32F103的引脚135、136对应连接ZigBee协调芯片CC2330的引脚21、22，单片机STM32F103的引脚105、109、110、133、134对应连接构成第一个下载器模块的JTAG接口的引脚3、5、7、9、13，单片机STM32F103的引脚4、5连接第一个指示灯模块；
构成第一个下载器模块的JTAG接口的引脚4-引脚20共接接地，JTAG接口的引脚4-引脚20共接接地，JTAG接口的引脚2、引脚3接入电源模块提供的+3.3V电压，JTAG接口的引脚3、5、7、13还分别通过电阻R11、R12、R13、R16共接后接入电源模块提供的+3.3V电压，JTAG接口的引脚9还通过电阻R15接地；
构成ZigBee协调模块的ZigBee协调芯片CC2330的引脚4、5、7、8、9、10对应连接构成第二个下载器端子排的引脚3、4、5、6、8、10，ZigBee协调芯片CC2330的引脚16，18引脚接入电源模块提供的+3.3V电压，ZigBee协调芯片CC2330的引脚1，15接地，ZigBee协调芯片CC2330的引脚19、20引脚分别通过上拉电阻R36、R37后与第按键模块连接后接地，ZigBee协调芯片CC2330的引脚21、22引脚与单片机STM32的引脚36、37连接，ZigBee协调芯片CC2330的引脚14接电阻32后连接第二个指示灯模块后接地；
电源模块由型号为MP2359的电源芯片、型号为AMS1117-3.3的降压芯片以及5.8*5.8的自锁开关构成，电源芯片MP2359的引脚1和引脚6之间连接有电容C1，电源芯片MP2359的引脚2接地，电源芯片MP2359的引脚3和引脚2之间连接电阻R2，电源芯片MP2359的引脚3连接电阻R7后输出+5v电压，电源芯片MP2359的引脚4通过电阻R4连接相互并联的电容C12、C13后接地，电源芯片MP2359的引脚5连接相互并联的电容C12、C13后接地，同时电源芯片MP2359的引脚5连接一个二极管D3阴极，二极管D3阳极与电源芯片MP2359的引脚2共接后接地，且二极管D3阳极与电源芯片MP2359的引脚2之间输入+12v电压，电源芯片MP2359的引脚6连接一个二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接地，电源芯片MP2359的引脚6还通过相互并联的电容C4、C5接地，同时电源芯片MP2359的引脚6输出+5v电压；自锁开关的引脚3连接有电阻R5，电源芯片MP2359的引脚6输出的+5v电压、电源芯片MP2359的引脚3通过电阻R7输出的+5v电压分别接入自锁开关的引脚3和电阻R5之间，并由电阻R5输出+5v电压用于电压口测试，同时自锁开关的引脚2输出+5v电压，自锁开关的引脚2还与降压芯片AMS1117-3.3的引脚3连接，降压芯片AMS1117-3.3引脚3还通过电容C8接地，降压芯片AMS1117-3.3的引脚1接地，降压芯片AMS1117-3.3的引脚2通过相互并联的电容C6、C7接地，且同时降压芯片AMS1117-3.3的引脚2输出+3.3v电压；
构成串口模块的串口芯片CH340G的引脚1接地，引脚4串联电容C9接地，串口芯片CH340G的引脚7引脚和引脚8之间连接8M晶振，串口芯片CH340G的引脚7还通过电容C16接地，串口芯片CH340G的引脚8还通过电容C15接地，串口芯片CH340G的引脚16引脚接电源模块提供的3.3V电压，串口芯片CH340G的引脚16还通过相互并联的保护电容C2、C3接地，串口芯片CH340G的引脚13串联电阻R3后连接三极管Q1基极，三极管Q1集电极串联电阻R1后连接电源模块提供的3.3V电压，三极管Q1的发射极连接电阻R6后再连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极上拉连接电源模块提供的3.3V电压，三极管Q2的集电极串联电阻R8后连接单片机STM32F103的引脚138；
构成ZigBee终端模块的ZigBee终端芯片CC2330的引脚1、15接地，ZigBee终端芯片CC2330的引脚23、24分别对应串联电阻R26、R28后连接手动按键，ZigBee终端芯片CC2330的引脚22、26连接继电器模块，ZigBee终端芯片CC2330的引脚4、5、7、8、9、10分别连接构成第二个下载器模块的JIAG接口的引脚3、4、5、6、8、10，ZigBee终端芯片CC2330的引脚13、14分别对应串联电阻R19、R20后再与第三个指示灯模块相连；
继电器模块由一对型号分别为SS8050的驱动三极管构成，两个驱动三极管的发射极分别接地，两个驱动三极管的基极分别与ZigBee终端芯片CC2330的引脚22、26连接，两个驱动三极管的集电极分别依次通过电阻、继电器的线圈连接电源模块提供的+3.3V电压。
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