CN110297445A - 一种借WiFi插拔模块的微控制电器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种借WiFi插拔模块的微控制电器，提出将微控制电器中的微控制器通过I2C两线接口同ESP‑12 WiFi模块连接，ESP‑12 WiFi模块能无线连接手机或电脑实现方便直观的设置或显示工作参数。起连接作用的ESP‑12 WiFi模块被设计成通用的插拔模块(仅在设置或检查状态时连一下，平时不用)。微控制电器本身不带显示屏/键盘，使结构简洁、成本降低。并强调公开脚本程序相关技术资料或网上云服务，使用户可自已改编手机或电脑的设置界面。

Description

一种借WiFi插拔模块的微控制电器
技术领域
本发明涉及电器自动控制技术领域，尤其涉及一种借WiFi插拔模块的微控制电器。
背景技术
虽然物联网有被商业夸大的显现，但它促成了网络技术向简洁精细化发展，也惠及到了非互联网领域，本发明就尝试将互联网技术用于直接连接“微型服务器ESP-12”。对于微控制电器，为实现更方便直观的设置(常规的时间设置操作，因显示屏简单、按键功能重叠，缺少数字时间格式等编辑键盘，很容易忘记)或人机交互，将单片机应用再加上WiFi连接手机或电脑，从而去掉成本高、占体积的显示屏、按键组，使外壳变小、设计简化。这种理想化的方案本来很不切实际，因为WiFi连手机或电脑的技术难度远超单片机典型应用的技术含量，然而这种情况随着ESP-12 WiFi单片机(ESP8266)模块的普及已不存在了，一种新的单片机+WiFi应用模式已经来到，并能加入到正在兴起的网络云服务潮流。
发明内容
基于上述背景技术，本发明提供一种借WiFi插拔模块的微控制电器及用法。
本发明所采用的技术方案如下：一种借WiFi插拔模块的微控制电器，主要由以微控制器MCU作控制的电器及配套的WiFi插拔模块组成，微控制电器启动工作前先通过配套的WiFi插拔模块，借助手机或电脑对其进行功能设置；
以微控制器MCU作控制的电器包括用微控制器MCU作控制单元、适合微控制器MCU的驱动电路、及设有五芯插口供配套的WiFi插拔模块插上，实现用手机或电脑进行工作方式或参数设置、或调出查看或修改重设；
配套的WiFi插拔模块是一种有封闭外壳的插拔模块，由ESP-12 WiFi模块、ESP-12的RS串行口转USB编程连线接口及五芯插口构成，被设计成带五芯插口的插拔小部件，其中的ESP-12 WiFi模块的I2C(master)两线串行总线接口通过五芯插口同微控制器MCU的I2C(slave)连接，五芯插口的排列为：ADC、+、SCL、SDA、-；
所述配套WiFi插拔模块中的ESP-12的ADC口用作显示检测(0-3.3V)电压值；
微控制器MCU中数据主动传手机或电脑采用(I2C)SCL上沿中断通知ESP-12及HTML5+JS的SSE服务器推送技术；
微控制器MCU具有1K以上的flash EEPROM，用来保存所设置的参数，断电不丢失；
以微控制器MCU作控制的电器设有一个启动按键、若干个工作状态指示LED灯；启动按键操作包括短按(短于0.5秒)、长按(超过0.5秒)或逐次短按，结合看工作状态指示LED实现多功能选择启动；微控制器MCU的诸IO口分别同启动按键、工作状态指示LED灯连接；
手机或电脑无线连接WiFi插拔模块采用WiFi直连(ESP-12的AP/STATION模式)，ESP-12WiFi模块包括HTTP服务，手机或电脑不用下载安装APP，只要浏览器访问196.168.4.1或196.168.x.x即可，其中196.168.x.x由无线路由器DHCP内定或指定；不涉及第三方网络服务，也不需要通外网连接；
所述借WiFi插拔模块的微控制电器，用法如下：
在微控制电器工作启动前，先用手机或电脑进行工作方式或参数设置，因此要插上配套的WiFi插拔模块；若首次连接，手机或电脑在无线网络设置中找ESP-12、无密码或12345678，进行WIFI连接，连接成功后，打开浏览器访问196.168.4.1，进入操作界面后就可进行工作方式或参数设置；
或将当地的无线路由器WIFI连接名、密码置入配套的WiFi插拔模块中，使每次插上后其自动会连接当地的WIFI；设置成功后记下所用的(DHCP)IP地址(例：196.168.0.103)，此后手机或电脑无需再进无线网络设置中找ESP-12连接，仍连原来的当地WIFI即可，当手机或电脑再要联机设置时，只要用浏览器访问196.168.0.103即可；
进入手机或电脑设置界面，有动态操作提示，包括直接测试效果或设置确认；设置满意后，拔掉WiFi插拔模块，以后的使用或启停工作只要按所述微控制电器上的启动按键、观察LED工作状态指示即可。
进一步的，技术架构如下：
将微控制电器中的微控制器多设计若干备选功能，具体启用哪个功能通过I2C接口字节命令设定，也就是将微控制器编程转移到对配套的ESP-12 WiFi插拔模块的编程；
ESP-12模块采用NODEMCU固件，其用LUA脚本语言编程，相对容易,特别是改写一些名词、数字、或去掉一些不用的功能，更直观方便，无需程序开发环境，有记事本就行，用户随时可联电脑刷入程序；在这样的技术环境下，通过提供充分的技术文档、脚本编程解说，包括HTML5+JS的SSE程序范例及I2C(master)两线串行总线接口以SCL上沿中断方式触发启动读字节的程序范例、I2C接口字节命令/参数格式及功能描述、单片机引脚功能及连接图，使用户能根据脚本程序改编出更适合自己的功能设置界面(HTML5)或适配更多的微控制电器；
还包括提供网络云服务：用户在网上提出需求，网上传来脚本程序，用户自己把它刷入配套的WiFi插拔模块，然后用该配套的WiFi插拔模块联机，实现了个人满意的用手机或电脑设置微控制电器；
所述配套的WiFi插拔模块通过其中ESP-12的RS串行口增设编程ESP-12所用的与电脑联机的USB连线接口，使其成为通用硬件，即：可编程WiFi转I2C(master)+ADC。
进一步的，微控制器MCU常用STC15系列单片机，包括8脚封装，其中两个脚P3.3(SDA)、P3.4(SCL)作I2C从机(slave)通讯ESP-12 WiFi模块的I2C(master)，P3.0、P3.1两个脚除留着编程时连接电脑外，平时P3.0作微控制电器上的启动按钮、P3.1作微控制电器上的LED工作状态指示灯，P3.2、P3.5控制输出，或P3.2红外发码学习记录。
进一步的，对一些微小电流工作的微控制电器，其5V以下的供电驱不动ESP-12WiFi模块，此种WiFi插拔模块包括3.7V锂电池，及充电口或电源插头；
用户会不即时拔掉WiFi插拔模块，因此WiFi插拔模块还包括无操作延时进入极低功耗模式、或用手机或电脑设置WiFi插拔模块进入极低功耗模式，唤醒通过WiFi插拔模块中ESP-12的RST按键或拔出再插上。
进一步的，所述微控制电器还设有电源开关按键及电源指示LED。
进一步的，所述微控制电器的微控制器连接的驱动电路、检测电路，根据功能不同，有以下几类连接方式：
(1)若微控制电器的负载电流需要有检测，并要通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口(采样0-3.3V)定量显示(在手机或电脑上)，优选的电流采样并转0-3.3V的电路如下：
a、对负载供电的负端采样电流转电压电路，由运放、电流采样电阻R、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3组成；
负载供电的负端接电流采样电阻R的一端和电阻R0的一端，采样电阻R的另一端作实际负载供电的负端输出，电阻R0的另一端和电阻R3的一端同时接运放+输入端，电阻R3的另一端接+V，负载供电的负端还接电阻R1的一端，电阻R1的另一端和电阻R2的一端同时接运放-输入端，电阻R2的另一端接运放输出端，运放输出端即为与负载电流成正比的电压值，供ADC输入；调整电阻R2可使量程范围内的电压输出在0-3.3V中；调整电阻R3可使其有起点从0V开始；
b、对负载供电的正端采样电流转电压电路由ZXCT1009电流检测IC、电流采样电阻R、电阻R4、R5组成；
负载供电的正端接电流采样电阻R的一端，采样电阻R的另一端作实际负载供电正端输出，ZXCT1009电流检测IC的两个输入脚与电流采样电阻R两端并联，电流检测IC的输出脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端和电阻R4的一端相连后即为与负载电流成正比的电压值，供ADC输入，电阻R4的另一端接地；调整电阻R5可使量程范围内的电压输出在0-3.3V中；
(2)光耦隔离固态继电器驱动可控硅交流开关，并带互感电流传感器，通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示交流负载电流：由光耦隔离固态继电器SSR(3063)、双向可控硅BCR、电阻R、电阻R1、电阻R2、互感电流传感器B、转换电路C组成；
光耦隔离固态继电器SSR的输入端串限流电阻R接微控制器MCU输出口；光耦隔离固态继电器SSR的两输出端分别与电阻R1的一端和双向可控硅BCR的T2端连接，双向可控硅BCR的G触发端同时连接电阻R2的一端和电阻R1的另一端，电阻R2的另一端与双向可控硅BCR的T1端相连，双向可控硅BCR的T1端穿过互感电流传感器B的磁环接负载，实现交流电流隔离传感，互感电流传感器B的输出接转换电路C，使量程范围内的电压输出在0-3.3V中，供ADC输入；
(3)非隔离可控硅驱动大功率交流负载，并带互感电流传感器，通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示交流负载电流，由小电流触发型双向可控硅BCR1、大功率双向可控硅BCR2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、互感电流传感器B、转换电路C组成；
微控制器MCU输出口串接电阻R1的一端，电阻R1的另一端和电阻R2的一端均接小电流触发型双向可控硅BCR1的G触发端，电阻R2的另一端接小电流触发型双向可控硅BCR1的T1端，小电流触发型双向可控硅BCR1的T2端串接电阻R3的一端，电阻R3的另一端和电阻R4的一端接大功率双向可控硅BCR2的G触发端，电阻R4的另一端接大功率双向可控硅BCR2的T1端，小电流触发型双向可控硅BCR1的T1端、电阻R2的另一端、大功率双向可控硅BCR2的T2端均与220V交流电一端连接，并同微控制器MCU电源(3.3V)+端连接，大功率双向可控硅BCR2的T1端接被控电器交流电输入的一端，被控电器交流电输入的另一端接220V交流电另一端；被控电器交流电输入端或大功率双向可控硅BCR2的T1或T2端穿过互感电流传感器B的磁环，实现交流负载电流隔离传感，互感电流传感器B的输出接转换电路C，使量程范围内的电压输出在0-3.3V中，供ADC输入；
(4)非隔离多路交流负载可控硅切换，由若干路小触发电流型双向可控硅BCR和每个小触发电流型双向可控硅BCR的触发端串接限流电阻R3组成；
若干微控制器MCU输出口分别串限流电阻R3后接若干小触发电流型双向可控硅BCR的G触发端，各小触发电流型双向可控硅BCR的T2输出端即为多个被控电器220V交流电输入的一端；这若干个BCR的T1端连接在一起同220V交流电一端连接，并同微控制器MCU电源(3.3V)+端连接；多个被控电器交流电输入的另一端连接在一起接220V交流电另一端；
(5)超声微孔雾化加湿装置，包括湿度检测传感器DHT11、超声微孔喷雾片W驱动电路MOS管Mos1、高频升压变压器B、电阻R1、及风扇F驱动电路MOS管Mos2、电阻R2；
对超声微孔雾化加湿装置，相关的超声微孔雾化片的驱动、湿度检测、及低压直流风扇的驱动，用STC15W104类8脚单片机实现的连接方式如下：微控制器MCU输出108KHz的PWM矩形波的口P3.1串限流电阻R1接MOS管Mos1栅极G，MOS管Mos1源极S接地，MOS管Mos1漏极D接高频升压变压器B初级一端，B初级另一端接+12V，高频升压变压器B次级两端同超声微孔雾化片W两端并联；
湿度检测采用DHT11一总线接口数字湿度传感器，微控制器MCU端口P3.2接DHT11仅有的一根数据线，DHT11的另两根引脚一根接地、一根接微控制器电源(3.3V)+端；
微控制器MCU输出口P3.0串限流电阻R2接MOS管Mos2栅极G，MOS管Mos2源极S接地，MOS管Mos2漏极D接直流风扇F负极，直流风扇F正极接+12V；
(6)定时红外遥控器及学习型编码记录，由红外发射LED串限流电阻及红外接收头组成；用STC15W104类8脚单片机实现的连接方式为，对定时红外遥控器：微控制器MCU输出口P3.5串限流电阻接红外发射LED负端，红外发射LED正端接微控制器电源+端；对学习型红外遥控编码记录：红外接收头(HS0038)输出端接微控制器MCU端口P3.2，红外接收头的另两根引脚一根接地、一根接微控制器电源(3.3V)+端。
本发明的有益效果是：将电器装置借助WiFi连接手机或电脑实现功能设置或重要工作参数显示，操作方便直观，电器装置去掉成本高、占体积的显示屏、按键组，使外壳变小、设计简化。因脚本语言编程的简便性，将电器功能编程转移到脚本编程，使用户可自已改写手机或电脑的功能设置界面(HTML5)，或成为网络云服务项目。
附图说明
图1是ESP-12 WiFi模块与STC15系列微控制器的连接图、及ADC电流采样转换电路；
图2是微控制器用光耦隔离固态继电器SSR驱动可控硅实现的交流开关、及ADC交流电流采样转换电路；
图3是微控制器用小电流触发型双向可控硅驱动可控硅实现的交流负载驱动、及ADC交流电流采样转换电路；
图4是微控制器用可控硅实现的多路交流负载切换电路；
图5是微控制器用MOS管实现的超声微孔雾化片的驱动、低压直流风扇的驱动、及湿度检测。
具体实施方式
由微控制器MCU(俗称单片机)控制实现的小家电如电饭煲、炖锅、养生炉、电陶炉、超声微孔雾化、学习型定时遥控器等常用电器，统称微控制电器。
将微控制电器借助WiFi连接手机或电脑实现个性化设置，具体技术路线(图1)：ESP-12 WiFi模块能实现WiFi连接手机或电脑，微控制器通过I2C两线串行总线接口同ESP-12WiFi模块双向(字节)通讯。
STC15系列单片机是性价比极高的国产微控制器MCU，特别是8脚封装的，包括贴片封装，价廉不占空间。对STC15系列8脚单片机，推荐接法为：脚P3.3(SDA)、P3.4(SCL)作I2C从机(slave)通讯ESP-12 WiFi模块，P3.0、P3.1两个脚除留着编程时连接电脑外，平时P3.0作微控制定时电器上的启动按钮、P3.1作微控制定时电器上的LED工作状态指示灯，P3.2、P3.5控制输出，或P3.2红外发码学习记录。
控制输出可包括高频PWM，改变占空比可实现控制连续变化。
WiFi连接模块中的ESP-12的ADC口用作显示检测(0-3.3V)电压值，专门用来显示检测重要工作参数，如空调压缩机的工作电流(若电流大而不转，移相电容坏了)、LED灯工作电流(变大极影响寿命)、电瓶车充电器工作电流(大充电快但影响寿命)、超声喷雾微孔片的最佳工作频率选取(选取喷雾最强电流变化稳定的频率值)。通常显示检测值并不要求精准，只要有个相对变化作为设置参照就行。
选用STC15系列单片机+ESP-12 WiFi模块，平时就STC15系列单片机工作，ESP-12WiFi模块只在需要连接手机或电脑时才用。
将ESP-12 WiFi模块做成插拔式小插件(简称WiFi插拔模块)，它有一个五芯插口：两根I2C通讯、两根正负电源、一根ADC，排列为：ADC、+、SCL、SDA、-。现成的五芯接口很多(如USB的mini插口。标准USB口虽然是4芯，加上金属外框就是5芯了)。
由于这种WiFi插拔模块的诸多特点具有通用性(通用的连接见图1)，许多配套的WiFi插拔模块也做成通用产品，即：可编程WiFi转I2C(master)+ADC，设计成带五芯插口的插拔小部件(类似大一点的USB盘或银行U循)，规定五芯插口的排列为：ADC、+、SCL、SDA、-，并增加编程ESP-12所用的与电脑联机的USB连线接口，即刷程序用的RS串口联机电脑见下述：ESP-12的RS串行口转USB编程连线接口实际包括三种形式；程序来源见下述：编程采用NODEMCU固件，LUA脚本语言程序公开。
采用I2C通讯，RS串口留作ESP-12同电脑联机调程序更方便，再则，STC的8脚单片机也没有RS串行口。
I2C通讯协议分主(master)-从(slave)机，ESP-12模块提供的是主机I2C，单片机(即微控制器MCU)正好有引脚可上下沿触发中断(如STC15W104的P3.3作SDA，P3.4仅下降沿中断作SCL)，编程实现从机I2C(slave)很容易。因此(不像双工通讯的RS串行口)单片机无法通过从机I2C(slave)主动(随机地)向ESP-12模块发信息，为此要引入一个重要机制，即单片机要向ESP-12模块发信息时，先发中断请求；另一端，在ESP-12模块已定义了I2C的情况下再定义其中的SCL脚具有上沿中断触发功能，一旦(当单片机要向ESP-12模块发信息时先上拉SCL脚)ESP-12模块的SCL脚被上拉中断响应时，立即禁止SCL脚的中断功能，启动主机I2C(master)读过程，单片机端则常处在从机I2C(slave)状态，随时能根据SCL时钟脉冲，配合发送数据SDA串行位。
同样，由于采用HTTP网络通讯协议，ESP-12模块(采用WiFi直连的超微型HTTP服务器)也不能主动(随机)向手机或电脑(的浏览器)发信息，为此采用HTML5+JS的SSE(服务器推送)技术。
经过这两种通讯协议实现数据在单片机与手机或电脑间的双向传送，ESP-12模块终于实现了就五根线的插拔接口同微控制电器的连接，还包括了ESP-12模块(即WiFi插拔模块)的供电及连接固定。
这种方式的独到之处在于，充分发挥已普及的手机或电脑的巨大操作优势，使简单电器都智能化(插上ESP-12 WiFi模块。免去原来那种设置操作，因显示屏简单、按键功能重叠，即：缺少数字时间格式等编辑键盘，很容易忘记)，平时操作更简单(因为已用手机或电脑个性化定制过了)，微控制电器只要一个按键(短按启动)及若干个状态指示LED来启动即可，简单、可靠、成本低。
所设置的参数，既有直接写入STC单片机EEPROM中的、也有同时保存在所连接过的手机或电脑中的(HTML5本地储存)，以便调出查看当时的设置。
一些微小电流工作的微控制电器(如电容降压驱动可控硅)，其5V以下的供电驱不动ESP-12 WiFi模块，此种WiFi插拔模块包括3.7V锂电池，及充电口或电源插头。
出于安全考虑或操作惯例，微控制电器还设有电源开关及电源指示LED。
另外，用户会(有意无意)不即时拔掉ESP-12 WiFi模块，为防无故耗电或占WiFi资源，ESP-12 WiFi模块还包括无操作延时后进入极低功耗模式(deep sleep。rtctime.dsleep(0,4))、或用手机或电脑设置ESP-12 WiFi模块进入极低功耗模式。可通过ESP-12 WiFi模块的RST按键或拔出再插上唤醒，继续WiFi联机工作。
用法操作说明：
在微控制电器工作启动前，先用手机或电脑进行工作方式或参数设置，因此要插上配套的WiFi插拔模块。若首次连接，手机或电脑在无线网络设置中找ESP-12、无密码或12345678，进行WIFI连接，连接成功后，打开浏览器访问196.168.4.1(ESP-12的WIFI连接AP模式的IP)，进入操作界面后就可进行功能或参数设置。接着，常用的做法是将当地的无线路由器WIFI连接名、密码置入配套的WiFi插拔模块(ESP-12的WIFI连接STATION模式)中，使每次插上后其自动会连接当地的WIFI(无线路由器)，设置成功后记下所用的(DHCP)IP地址(如：196.168.0.103)，此后手机或电脑无需再进无线网络设置中找ESP-12连接，仍连原来的当地WIFI即可，当手机或电脑再要联机设置时，只要用浏览器访问196.168.0.103即可。注意：这里ESP-12模块的WIFI连接的AP、STATION模式，就是所说的WiFi直连方式(无须通外网、无须第三方服务，也不影响手机或电脑访问外网)。
上述插上WiFi插拔模块，用手机或电脑WiFi联机设置微控制电器，简称联机。
联机时，在手机或电脑上选择设置功能、输入参数、以及项目名称(既为下次调出查看或修改重设，也为区分某个应用，按项目名称对应)，确认将手机或电脑上所做的设置传给了微控制电器(中的单片机)，然后WiFi插拔模块即可拔掉，手机或电脑也不需要了，微控制电器会按设定工作，由启动按键(短按)启动、或(逐次短按，观察指示灯)选择启动。
ESP-12 WiFi模块编程采用NODEMCU固件，LUA脚本语言程序公开、HTML文件公开(一般都能直接从浏览器看到)，则可教学推广(包括无偿/有偿网络云服务)，让用户可自己改写(脚本语言，改写一些名词、数字、或去掉一些不用的功能，特别直观方便。无需程序开发环境，有记事本就行，程序解释都在NODEMCU固件中)更适用美观的设置操作界面。特别要提供包括HTML5+JS的SSE程序范例及I2C(master)两线串行总线接口以SCL上沿中断方式触发启动读发来的字节i2c.read(0,n):byte(1,n)的程序范例。
再有微控制电器中的微控制器的控制功能及用法通过技术文件完全公开，包括I2C接口字节命令/参数格式及功能描述、微控制器引脚功能及连接图，则更能自已编程实现个性化功能。
具体用户自已下载LuaLoader电脑软件将LUA脚本程序写入ESP-12是通过ESP-12的RS串行口转USB编程连线接口连接电脑实现，RS串行口转USB编程连线接口实际包括三种形式：(1)直接RS串行口同老式电脑RS232串行口连接；(2)通过RS-USB转换器连接电脑USB口；(3)将RS-USB转换IC及相关电路装在ESP-12 WiFi插拔模块上，用USB线连接电脑USB口。这三种形式都能让用户通过电脑编程ESP-12 WiFi插拔模块，使其通用化。
手机或电脑不用下载安装APP，只要浏览器访问196.168.4.1或196.168.x.x(由无线路由器DHCP内定，也可指定，如196.168.1.100)即可。
几乎所有常用电器，包括无固定外壳的电器装置，都可实现借WiFi插拔模块连接手机或电脑进行个性化设置，这些微控制电器的微控制器MCU连接的驱动电路、或工作参数采样电路，根据微控制电器的功能不同，优选适合的典型电路可归为以下几类：
(1)若微控制电器的负载电流需要有检测，并要通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示数值(在手机或电脑的操作界面中)，优选的电流采样并转0-3.3V的电路如下：
a、负载供电负端采样(图1中的)电流转电压电路由运放、电流采样电阻R、电阻R0、R1、R2、R3组成：
负载供电负端(也就是接地点)接电流采样电阻R，采样电阻R另一端作负载供电负端输出，同时接电阻R0，R0的另一端接运放+输入端，同时接电阻R3，R3的另一端接+V，负载供电负端(也就是接地点)接电阻R1，R1的另一端接运放-输入端，同时接电阻R2，R2的另一端接运放输出端，运放输出端即为与电流成正比的电压值，供ADC输入；调整电阻R2可使量程范围内的电压输出在0-3.3V中；调整电阻R3可使其有起点从0V开始。
b、负载供电正端采样(图1中的)电流转电压电路由ZXCT1009电流检测IC、电流采样电阻R、电阻R4、R5组成：
负载供电正端接电流采样电阻R，采样电阻R另一端作负载供电正端输出，ZXCT1009电流检测IC的两个输入脚与电流采样电阻R两端并联，电流检测IC的输出脚接电阻R5，R5的另一端即为与电流成正比的电压值，供ADC输入，同时接电阻R4，R4的另一端接地；调整电阻R5可使量程范围内的电压输出在0-3.3V中。
(2)光耦隔离固态继电器驱动可控硅交流开关，并带互感电流传感器(图2)，通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示交流负载电流(在手机或电脑上)：由光耦隔离固态继电器SSR(3063)、双向可控硅BCR、电阻R、R1，R2、及互感电流传感器B配转换电路C组成。
光耦隔离固态继电器SSR(3063)的输入端(LED)串限流电阻R接微控制器MCU输出口P3.x；光耦隔离固态继电器SSR(3063)的两输出端(s、s)串限流电阻R1接双向可控硅BCR的T2、G触发端，G触发端同时连接电阻R2到T1端，双向可控硅BCR的T1、T2端就是等效的交流强电通断控制开关，可开关电机类、电热类、灯泡、及所有交流电器。T1端穿过互感电流传感器B的磁环接负载，实现交流电流隔离传感，互感电流传感器B的输出接转换电路C，使量程范围内的电压输出在0-3.3V中，供ADC输入。转换电路C(又叫调理电路)，一般由整流、滤波、电阻分压电路构成，不推荐带有源放大的，宁可用交流负载线多穿几圈互感电流传感器解决。
可开关电机(包括电扇马达、风机等)、电热芯(包括电饭煲、炖锅、养生炉、电陶炉、热水器)、灯泡、及所有交流电器。只要微控制器MCU电源是隔离的绕组，通过光耦隔离固态继电器SSR(3063)控制，微控制器MCU及连着的WiFi插拔模块都是安全隔离的，且即使可控硅BCR烧毁也不会殃及微控制器MCU及连着的WiFi插拔模块。BCR的触发工作在I、III象限稳定可靠。
(3)非隔离可控硅驱动大功率交流负载，并带互感电流传感器(图3)，通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示交流负载电流：由小电流触发型双向可控硅BCR1、大功率双向可控硅BCR2、电阻R1、R2，R3、R4、及互感电流传感器B配转换电路(又叫调理电路)C组成。
对不会引起触电的应用场合(工作时微控制器MCU及连着的WiFi插拔模块都带电)，可省掉占体积的(图2中)光耦隔离固态继电器SSR，改用小电流触发型双向可控硅BCR1替代，微控制器MCU输出口Pk.x串限流电阻R1接BCR1的G触发端，G触发端同时连接电阻R2到T1端，BCR1的T2端串限流电阻R3接双向可控硅BCR2的G触发端，G触发端同时连接电阻R4到BCR2的T1端，BCR1的T1端、R2一端、BCR2的T2端连接在一起同220V交流电一端连接，并同微控制器MCU电源(3.3V)+端连接，BCR2的T1端(及R4一端)接被控电器(即图3中的KW级负载)交流电输入的一端，被控电器交流电输入的另一端接220V交流电另一端；被控电器交流电输入的任一端或BCR2的T1、T2任一端穿过互感电流传感器B的磁环，实现交流电流隔离传感，互感电流传感器B的输出接转换电路C，使量程范围内的电压输出在0-3.3V中，供ADC输入。
BCR1、BCR2两级可控硅输出可带千瓦级交流电器(如电饭煲、电炉、电陶炉、热水器)，对不到千瓦的交流电器(如电扇马达、风机、豆浆机、粉碎机、灯泡等)，只要一只小电流触发型双向可控硅BCR1(例：L6004L3：600V、4A)就够了，BCR1的T2端即为接被控电器交流电输入的一端。
之所以微控制器电源+3.3V端连接BCR1的T1、BCR2的T2端是为避免双向可控硅BCR1、BCR2的第IV象限触发，即双向可控硅触发工作在II、III象限稳定可靠(避免了需要大电流的第IV象限触发、或不稳定，有些双向可控硅没有第IV象限触发)。之所以要用小触发电流型双向可控硅，是因为微控制器MCU输出口驱动能力有限，以及降低电源功耗。
(4)非隔离多路交流负载可控硅切换，由若干路小触发电流型双向可控硅BCR带触发端限流电阻R3组成(图4)。
对不会引起触电的应用场合，若干微控制器MCU输出口Pk.x分别串限流电阻R3接若干小触发电流型双向可控硅BCR的G触发端，各BCR的T2输出端即为多个被控电器交流电输入的一端，包括多档电机的多个供电输入端(例如三档电扇的马达的绕组抽头接入端)、或转向电机的两个输入端；多个被控电器交流电输入的另一端连接在一起接220V交流电另一端，或多档电机的公共供电输入端接220V交流电另一端；这若干个BCR的T1端连接在一起同220V交流电一端连接，并同微控制器MCU电源(3.3V)+端连接；以此实现交流供电多路切换控制；之所以微控制器电源+3.3V端连接诸BCR的T1端是为避免双向可控硅BCR的第IV象限触发(电流大、不稳定或没有)。
(5)超声微孔雾化加湿装置(图5)，包括湿度检测传感器DHT11、超声微孔喷雾片W驱动电路MOS管Mos1、高频升压变压器B、电阻R1、及风扇F驱动电路MOS管Mos2、电阻R2。
对超声微孔雾化加湿装置，相关的超声微孔雾化片的驱动、湿度检测、及低压直流风扇的驱动，用STC15W104类8脚单片机实现的连接方式如下：微控制器MCU输出108KHz的PWM矩形波的口P3.1串限流电阻R1接MOS管Mos1栅极G，MOS管Mos1源极S接地，MOS管Mos1漏极D接高频升压变压器B初级一端，B初级另一端接+12V，高频升压变压器B次级两端同超声微孔雾化片W两端并联(一些为谐振补偿还并联电容C，或一些为减弱同初级偶合还串联电感L)。
湿度检测采用DHT11一总线接口数字湿度传感器，微控制器MCU端口P3.2接DHT11仅有的一根数据线(P3.2具有上下沿中断功能，适合做一总线接口驱动)，DHT11的另两根引脚一根接地、一根接微控制器电源(3.3V)+端。
微控制器MCU输出口P3.0串限流电阻R2接MOS管Mos2栅极G，MOS管Mos2源极S接地，MOS管Mos2漏极D接直流风扇F负极，直流风扇F正极接+12V(直流电机类风扇还要并联电容或反接二极管吸收反高压)。
之所以将超声微孔雾化、温度(DHT11同时具有温度检测)湿度检测、及风扇放在一起，是因为这三项功能组合在一起对种子发芽、育苗有重要作用，可组成发芽/育苗加湿实验箱。
STC15W104的P3.3(上下降沿中断)作SDA、P3.4(仅下降沿中断)作SCL，连接到I2C(Slave)五芯插口。
STC15W104的P3.0、P3.1除串限流电阻接MOS管栅极外，仍不影响连接电脑烧录程序(MOS管栅极是高阻，还串电阻)。
(6)定时红外遥控器及学习型编码记录，由红外发射LED串限流电阻及红外接收头组成。
用STC15W104类8脚单片机实现的连接方式为，对定时红外遥控器：微控制器MCU输出口P3.5串限流电阻接红外发射LED负端，红外发射LED正端接微控制器电源+端；对学习型红外遥控编码记录：红外接收头(HS0038)输出端接微控制器MCU端口P3.2，红外接收头的另两根引脚一根接地、一根接微控制器电源(3.3V)+端，电路类似图5(去掉两MOS管)。
本发明的核心是提出“借WiFi插拔模块”临时连接所带来的应用模式多元化。
最初的想法是借WiFi插拔模块临时性地用手机或电脑WiFi连接微控制电器，实现用手机或电脑来方便地设置功能(因为常规电器的设置很麻烦，例如电饭煲设时间、各类电子钟/定时器设时间)，正好手机或电脑这种高普及率的使用，人人都会，具体的操作可设计成有动态提示。正是有了手机或电脑事先已对微控制电器做好了个性化设置，微控制电器的具体功能启动就简单了，即微控制电器上的显示屏、键盘就不需要了，仅设一个启动按钮及一两个状态指示LED即可。也就是说这种微控制电器的操作面板一般不要了、体积变小了、设计简化了、成本降低了。
顺着这个思路进一步推广，将微控制电器中的微控制器的功能设计得尽量充分(这个由厂家顶级专门编程)，具体启用哪个功能通过I2C接口字节命令设定，也就是将微控制器(的应用设置)编程转移到对配套的ESP-12 WiFi插拔模块的编程。
ESP-12模块采用NODEMCU固件及LUA脚本语言编程，相对容易,特别是(在已有脚本程序正常工作的前提下，无非是对个人还有不够满意之处)改写一些名词、数字、或去掉一些不用的功能，更直观方便，无需程序开发环境，有记事本就行，用户随时可联电脑刷入程序。在这样的技术环境下，通过提供充分的技术文档、脚本编程解说，包括HTML5+JS的SSE程序范例及I2C(master)两线串行总线接口以SCL上沿中断方式触发启动读字节的程序范例、I2C接口字节命令/参数格式及功能描述，使用户(一般指有编程基础的用户)能根据脚本程序改编出更适合自己的功能设置界面(即不仅能设置微控制电器的功能，还要使手机或电脑的设置界面个性化)或配更多的微控制电器。
网络商业发达的今天，自然还包括提供网络云服务：用户在网上提出需求，网上传来脚本程序，用户自己把它刷入配套的WiFi插拔模块，然后用该配套的WiFi插拔模块联机，实现了个人满意的用手机或电脑设置微控制电器。
这里实际分出两种用户，一种就是常规的最终用户(会用手机设置就行，只能在已有操作界面中选择。对界面中很多不适合自己的项目或名称无法去除或改名)，另一种用户是二次开发商家(网络云服务，或有编程基础的用户)，凭借对NODEMCU的熟悉及会LUA脚本语言、HTML5编程，将微控制器按最终用户需求进行功能定制，同时调整配套的WiFi模块操作界面，使最终用户得到的配套WiFi插拔模块的程序是已经过定制的、具有个性化的设置界面。

Claims (6)

1.一种借WiFi插拔模块的微控制电器，其特征在于，主要由以微控制器MCU作控制的电器及配套的WiFi插拔模块组成，微控制电器启动工作前先通过配套的WiFi插拔模块，借助手机或电脑对其进行功能设置；
以微控制器MCU作控制的电器包括用微控制器MCU作控制单元、适合微控制器MCU的驱动电路、及设有五芯插口供配套的WiFi插拔模块插上，实现用手机或电脑进行工作方式或参数设置、或调出查看或修改重设；
配套的WiFi插拔模块是一种有封闭外壳的插拔模块，由ESP-12WiFi模块、ESP-12的RS串行口转USB编程连线接口及五芯插口构成，被设计成带五芯插口的插拔小部件，其中的ESP-12WiFi模块的I2C(master)两线串行总线接口通过五芯插口同微控制器MCU的I2C(slave)连接，五芯插口的排列为：ADC、+、SCL、SDA、-；
所述配套WiFi插拔模块中的ESP-12的ADC口用作显示检测(0-3.3V)电压值；
微控制器MCU中数据主动传手机或电脑采用(I2C)SCL上沿中断通知ESP-12及HTML5+JS的SSE服务器推送技术；
微控制器MCU具有1K以上的flash EEPROM，用来保存所设置的参数，断电不丢失；
以微控制器MCU作控制的电器设有一个启动按键、若干个工作状态指示LED灯；启动按键操作包括短按(短于0.5秒)、长按(超过0.5秒)或逐次短按，结合看工作状态指示LED实现多功能选择启动；微控制器MCU的诸IO口分别同启动按键、工作状态指示LED灯连接；
手机或电脑无线连接WiFi插拔模块采用WiFi直连(ESP-12的AP/STATION)模式，ESP-12WiFi模块包括HTTP服务，手机或电脑不用下载安装APP，只要浏览器访问196.168.4.1或196.168.x.x即可，其中196.168.x.x由无线路由器DHCP内定或指定；不涉及第三方网络服务，也不需要通外网连接；
所述借WiFi插拔模块的微控制电器，用法如下：
在微控制电器工作启动前，先用手机或电脑进行工作方式或参数设置，因此要插上配套的WiFi插拔模块；若首次连接，手机或电脑在无线网络设置中找ESP-12、无密码或12345678，进行WIFI连接，连接成功后，打开浏览器访问196.168.4.1，进入操作界面后就可进行工作方式或参数设置；接着将当地的无线路由器WIFI连接名、密码置入配套的WiFi插拔模块中，使每次插上后其自动会连接当地的WIFI；设置成功后记下所用的(DHCP)IP地址(196.168.0.103)，此后手机或电脑无需再进无线网络设置中找ESP-12连接，仍连原来的当地WIFI即可，当手机或电脑再要联机设置时，只要用浏览器访问记下的IP(DHCP)196.168.0.103即可；
进入手机或电脑设置界面，有动态操作提示，包括直接测试效果或设置确认；设置满意后，拔掉WiFi插拔模块，以后的使用或启停工作只要按所述微控制电器上的启动按键、观察LED工作状态指示即可。
2.根据权利要求1所述的一种借WiFi插拔模块的微控制电器，其特征在于，技术架构如下：
将微控制电器中的微控制器多设计若干备选功能，具体启用哪个功能通过I2C接口字节命令设定，也就是将微控制器编程转移到对配套的ESP-12WiFi插拔模块的编程；
ESP-12模块采用NODEMCU固件，其用LUA脚本语言编程，相对容易,特别是改写一些名词、数字、或去掉一些不用的功能，更直观方便，无需程序开发环境，有记事本就行，用户随时可联电脑刷入程序；在这样的技术环境下，通过提供充分的技术文档、脚本编程解说，包括HTML5+JS的SSE程序范例及I2C(master)两线串行总线接口以SCL上沿中断方式触发启动读字节的程序范例、I2C接口字节命令/参数格式及功能描述、单片机引脚功能及连接图，使用户能根据脚本程序改编出更适合自己的功能设置界面(HTML5)或适配更多的微控制电器；
还包括提供网络云服务：用户在网上提出需求，网上传来脚本程序，用户自己把它刷入配套的WiFi插拔模块，然后用该配套的WiFi插拔模块联机，实现了个人满意的用手机或电脑设置微控制电器；
所述配套的WiFi插拔模块通过其中ESP-12的RS串行口增设编程ESP-12所用的与电脑联机的USB连线接口，使其成为通用硬件，即：可编程WiFi转I2C(master)+ADC。
3.根据权利要求1所述的一种借WiFi插拔模块的微控制电器，其特征在于，微控制器MCU常用STC15系列单片机，包括8脚封装，其中两个脚P3.3(SDA)、P3.4(SCL)作I2C从机(slave)通讯ESP-12WiFi模块的I2C(master)，P3.0、P3.1两个脚除留着编程时连接电脑外，平时P3.0作微控制电器上的启动按钮、P3.1作微控制电器上的LED工作状态指示灯，P3.2、P3.5控制输出，或P3.2红外发码学习记录。
4.根据权利要求1所述的一种借WiFi插拔模块的微控制电器，其特征在于，对一些微小电流工作的微控制电器，其5V以下的供电驱不动ESP-12WiFi模块，此种WiFi插拔模块包括3.7V锂电池，及充电口或电源插头；
用户会不即时拔掉WiFi插拔模块，因此WiFi插拔模块还包括无操作延时进入极低功耗模式、或用手机或电脑设置WiFi插拔模块进入极低功耗模式，唤醒通过WiFi插拔模块中ESP-12的RST按键或拔出再插上。
5.根据权利要求1所述的一种借WiFi插拔模块的微控制电器，其特征在于，所述微控制电器还设有电源开关及电源指示LED。
6.根据权利要求1所述的一种借WiFi插拔模块的微控制电器，其特征在于，所述微控制电器的微控制器连接的驱动电路、检测电路，根据功能不同，有以下几类连接方式：
(1)若微控制电器的负载电流需要有检测，并要通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口采样0-3.3V定量显示在手机或电脑上，优选的电流采样并转0-3.3V的电路如下：
a、对负载供电的负端采样电流转电压电路，由运放、电流采样电阻R、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3组成；
负载供电的负端接电流采样电阻R的一端和电阻R1的一端，采样电阻R的另一端作实际负载供电的负端输出、并接电阻R0的一端，电阻R0的另一端和电阻R3的一端同时接运放+输入端，电阻R3的另一端接+V，电阻R1的另一端和电阻R2的一端同时接运放-输入端，电阻R2的另一端接运放输出端，运放输出端即为与负载电流成正比的电压值，供ADC输入；调整电阻R2可使量程范围内的电压输出在0-3.3V中；调整电阻R3可使其有起点从0V开始；
b、对负载供电的正端采样电流转电压电路由ZXCT1009电流检测IC、电流采样电阻R、电阻R4、R5组成；
负载供电的正端接电流采样电阻R的一端，采样电阻R的另一端作实际负载供电正端输出，ZXCT1009电流检测IC的两个输入脚与电流采样电阻R两端并联，电流检测IC的输出脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端和电阻R4的一端相连后即为与负载电流成正比的电压值，供ADC输入，电阻R4的另一端接地；调整电阻R5可使量程范围内的电压输出在0-3.3V中；
(2)光耦隔离固态继电器驱动可控硅交流开关，并带互感电流传感器，通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示交流负载电流：由光耦隔离固态继电器SSR、双向可控硅BCR、电阻R、电阻R1、电阻R2、互感电流传感器B、转换电路C组成；
光耦隔离固态继电器SSR的输入端串限流电阻R接微控制器MCU输出口；光耦隔离固态继电器SSR的两输出端分别与电阻R1的一端和双向可控硅BCR的T2端连接，双向可控硅BCR的G触发端同时连接电阻R2的一端和电阻R1的另一端，电阻R2的另一端与双向可控硅BCR的T1端相连，双向可控硅BCR的T1端穿过互感电流传感器B的磁环接负载，实现交流电流隔离传感，互感电流传感器B的输出接转换电路C，使量程范围内的电压输出在0-3.3V中，供ADC输入；
(3)非隔离可控硅驱动大功率交流负载，并带互感电流传感器，通过WiFi插拔模块中ESP-12的ADC端口定量显示交流负载电流，由小电流触发型双向可控硅BCR1、大功率双向可控硅BCR2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、互感电流传感器B、转换电路C组成；
微控制器MCU输出口串接电阻R1的一端，电阻R1的另一端和电阻R2的一端均接小电流触发型双向可控硅BCR1的G触发端，电阻R2的另一端接小电流触发型双向可控硅BCR1的T1端，小电流触发型双向可控硅BCR1的T2端串接电阻R3的一端，电阻R3的另一端和电阻R4的一端接大功率双向可控硅BCR2的G触发端，电阻R4的另一端接大功率双向可控硅BCR2的T1端，小电流触发型双向可控硅BCR1的T1端、电阻R2的另一端、大功率双向可控硅BCR2的T2端均与220V交流电一端连接，并同微控制器MCU电源(3.3V)+端连接，大功率双向可控硅BCR2的T1端接被控电器交流电输入的一端，被控电器交流电输入的另一端接220V交流电另一端；被控电器交流电输入端或大功率双向可控硅BCR2的T1或T2端穿过互感电流传感器B的磁环，实现交流负载电流隔离传感，互感电流传感器B的输出接转换电路C，使量程范围内的电压输出在0-3.3V中，供ADC输入；
(4)非隔离多路交流负载可控硅切换，由若干路小触发电流型双向可控硅BCR和每个小触发电流型双向可控硅BCR的触发端串接限流电阻R3组成；
若干微控制器MCU输出口分别串限流电阻R3后接若干小触发电流型双向可控硅BCR的G触发端，各小触发电流型双向可控硅BCR的T2输出端即为多个被控电器220V交流电输入的一端；这若干个BCR的T1端连接在一起同220V交流电一端连接，并同微控制器MCU电源(3.3V)+端连接；多个被控电器交流电输入的另一端连接在一起接220V交流电另一端；
(5)超声微孔雾化加湿装置，包括湿度检测传感器DHT11、超声微孔喷雾片W驱动电路MOS管Mos1、高频升压变压器B、电阻R1、及风扇F驱动电路MOS管Mos2、电阻R2；
对超声微孔雾化加湿装置，相关的超声微孔雾化片的驱动、湿度检测、及低压直流风扇的驱动，用STC15W104类8脚单片机实现的连接方式如下：微控制器MCU输出108KHz的PWM矩形波的口P3.1串限流电阻R1接MOS管Mos1栅极G，MOS管Mos1源极S接地，MOS管Mos1漏极D接高频升压变压器B初级一端，B初级另一端接+12V，高频升压变压器B次级两端同超声微孔雾化片W两端并联；
湿度检测采用DHT11一总线接口数字湿度传感器，微控制器MCU端口P3.2接DHT11仅有的一根数据线，DHT11的另两根引脚一根接地、一根接微控制器电源(3.3V)+端；
微控制器MCU输出口P3.0串限流电阻R2接MOS管Mos2栅极G，MOS管Mos2源极S接地，MOS管Mos2漏极D接直流风扇F负极，直流风扇F正极接+12V；
(6)定时红外遥控器及学习型编码记录，由红外发射LED串限流电阻及红外接收头组成；用STC15W104类8脚单片机实现的连接方式为，对定时红外遥控器：微控制器MCU输出口P3.5串限流电阻接红外发射LED负端，红外发射LED正端接微控制器电源+端；对学习型红外遥控编码记录：红外接收头(HS0038)输出端接微控制器MCU端口P3.2，红外接收头的另两根引脚一根接地、一根接微控制器电源(3.3V)+端。
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