CN204906422U - 一种基于stm32的智能家居的网关电路 - Google Patents

一种基于stm32的智能家居的网关电路 Download PDF

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王德宇
石坤明
赖腾达
乔季军
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Abstract

本实用新型公开了一种基于STM32的智能家居的网关电路，其组成包括：微控制器单元(1)，Zigbee模块(2)，WiFi模块(3)，电源模块(4)和PLC模块(5)。基于STM32平台，将Zigbee通信方式、WiFi通信方式和PLC通信方式等集合在一起，具有很强的兼容性；采用了电子积木的搭接方式，可以简化电路连接，方便分块调试，具有很强的拓展性，因此该实用新型能够很好的应用于智能家居的网关电路。

Description

一种基于STM32的智能家居的网关电路
技术领域
本实用新型涉及一种基于STM32的智能家居的网关电路，特别适用于智能家居的网关。
背景技术
家居生活是人类生活的重要组成部分，在人们生活品质不断提高的今天，随着科技的发展，智能家居已经不再是遥不可及的奢饰品，这种家居自动化系统正在慢慢融入普通百姓的家庭中。而国内外的各大企业，同样也瞄准了这块“肥肉”，都在急切的加快智能家居产品的研发和智能家居产业的布局。随着物联网，无线传感器网络，嵌入式单片机，移动通信技术等现代科技的高速发展，智能家居系统的开发与普及正迎来其广阔的发展空间。智能家居在实际应用中需要融合多种通信方式，本网关电路支持Zigbee通信、WiFi通信和PLC通信三种方式，可以无缝连接手机、平板、PC等设备。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于STM32的智能家居的网关电路，不仅能够解决智能家居中各种模块通信不兼容的问题，而且该电路具有很强的拓展性。
一种基于STM32的智能家居的网关电路，该电路包括微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)、WiFi模块(3)、电源模块(4)和PLC模块(5)；微控制器单元(1)通过UART1与Zigbee模块(2)进行电连接，微控制器单元(1)通过UART2与WiFi模块(3)进行电连接、微控制器单元(1)通过UART3与PLC模块(5)进行电连接，并将微控制器单元(1)剩余的两个UART串口引出，供以后开发使用；基于STM32平台，将Zigbee通信方式、WiFi通信方式和PLC通信方式等集合在一起，具有很强的兼容性；采用了电子积木的搭接方式，可以简化电路连接，方便分块调试，具有很强的拓展性。
进一步，该电路中各单元的连接方式：微控制器单元(1)与Zigbee模块(2)电连接，微控制器单元(1)与WiFi模块(3)电连接，微控制器单元(1)与PLC模块(5)电连接，电源模块(4)与微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)、WiFi模块(3)和PLC模块(5)电连接。
进一步，该电路中的微控制器单元(1)包括CPU单元；复位单元；晶振Ι(Y1)、晶振П(Y2)；BOOT0、BOOT1模式选择电路以及用于调试的SW调试单元，所述的复位单元与CPU单元的7引脚相连，晶振Ι(Y1)与CPU单元的3、4引脚相连，晶振П(Y2)与CPU单元的5、6引脚相连，用于调试的SW调试单元直接与CPU单元的46、49引脚相连，所述的CPU单元采用STM32F103RCT6单片机。
进一步，整个电路采用12V电压供电，通过电源模块(4)转换成5V电压对PLC模块(5)进行供电，通过电源模块(4)将5V电压转换成3.3V电压对微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)和WiFi模块(3)进行供电。
有益效果：开发了一种基于STM32的智能家居的网关电路，具有很强的兼容性；可以实现在WiFi通信方式、Zigbee通信方式和PLC电力载波通信方式下的全双工通信；可以实现用手机、电脑控制家中的电视、电灯、空调等家电设备；可以实时查看家中的各种电器的状态和当前的温度和湿度；PCB设计采用电子积木的形式，本网关电路共分为了三部分：第一部分(P1)包括微控制器单元(1)和WiFi模块(3)；第二部分(P2)包括Zigbee模块(2)；第三部分(P3)包括电源模块(4)和PLC模块(5)。各个部分可以直插到一起，有很强的拓展性，可以将第二部分(P2)与第三部分(P3)连接组成一个Zigbee射频收发终端节点，可以将第一部分(P1)与第三部分(P3)连接到一起组成一个具有微控制器单元(1)、WiFi模块(3)和PLC模块(5)的最简单的网关系统。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构连接图
图2是Zigbee模块(2)接入单元电路图
图3是复位单元电路图
图4是BOOT0、BOOT1模式选择电路图
图5是CPU单元电路图
图6是指示单元电路图
图7是SW调试单元电路图
图8是WiFi模块(3)电路图
图9是AMS1117电源模块单元电路图
图10是78M05电源模块单元电路图
图11是PLC模块(5)电路图
图12是Zigbee模块(2)接入单元中所使用的Zigbee射频收发芯片原理图
图13是本实用新型的PCB设计正面图
图14是本实用新型的PCB设计背面图
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型提出的一种基于STM32的智能家居的网关电路，所述领域的技术人员在阅读了本具体实施方案后，能够实现本实用新型所述的技术方案，同时也能够体现本实用新型的技术特点与积极效果。
如图1所示，一种基于STM32的智能家居的网关电路，包括微控制器单元(1)，Zigbee模块(2)，WiFi模块(3)，电源模块(4)和PLC模块(5)；微控制器单元(1)通过UART1与Zigbee模块(2)进行电连接，微控制器单元(1)通过UART2与WiFi模块(3)进行电连接，微控制器单元(1)通过UART3与PLC模块(5)进行电连接，并将微控制器单元(1)剩余的两个UART串口引出，供以后开发使用；基于STM32平台，将Zigbee通信方式、WiFi通信方式和PLC通信方式等集合在一起，具有很强的兼容性；采用了电子积木的搭接方式，可以简化电路连接，方便分块调试，具有很强的拓展性。
如图3、图4、图5、图6和图7所示，微控制器单元(1)包括复位单元；BOOT0、BOOT1模式选择电路；CPU单元；指示单元；SW调试单元；晶振Ι(Y1)和晶振П(Y2)和存储单元。
微控制器单元(1)中的CPU单元采用了意法半导体公司生产的STM32F103RCT6单片机，它拥有的资源包括：48KBRAM、256KBFLASH、11个定时器，4个16位定时器，2个16位马达控制PWM定时器系统时间定时器，24位自减计数器，2个用于驱动DAC的16位基本定时器、5个UART串口、支持Flash，SRAM，PSRAM，NOR和NAN，存储器支持三种低功耗模式：睡眠模式，停机模式，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT，用于解决系统的日历和时钟，即使断电，系统的时间正常工作。
指示单元采用1K的电阻R6、R7对LED灯LED0、LED1进行保护，将LED0接到CPU单元的41引脚，将LED1接到CPU单元的15引脚作为网关工作指示。
电源模块(4)包括图9所示的AMS1117电源模块单元和图10所示的78M05电源模块单元，78M05电源模块单元采用了78M05芯片将12V电压转换为5V电压对PLC模块(5)进行供电，其中的电容C16、C17是为了补偿误差稳定性，电容C18是为了滤除杂波，稳定电压。AMS1117电源模块单元采用AMS1117芯片将5V电压转换为3.3V电压，对微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)中的Zigbee射频收发芯片、WiFi模块(3)中的WiFi芯片进行供电，其中的电容C1、C2是为了补偿误差稳定性，电容C3、C4是为了滤除杂波，稳定电压。
BOOT0、BOOT1模式选择电路可通过将CPU单元的BOOT0引脚、BOOT1引脚置高或置低来选择启动模式，当将BOOT0置低时，CPU单元的启动模式为用户闪存存储器，即FLASH启动，当将BOOT0置高，BOOT1置低时，启动模式为系统存储器，可用于串口下载程序，当将BOOT0置高，BOOT1置高时，启动模式为SRAM启动，可在SRAM中进行调试。
复位电路与CPU单元的7引脚RESET相连接，当按键SW1按下时，RESET引脚被拉低，开始复位，松开按键SW1时，电容C11开始充电，使电压缓慢上升，复位结束CPU单元开始工作。
晶振Ι(Y1)与CPU单元的3、4引脚相连，晶振П(Y2)与CPU单元的5、6引脚相连，晶振П(Y2)外围的两个电容C14、C15的作用是滤波，提高时钟信号的稳定性。CPU单元中的电容C5、C6、C7、C8、C9分别接在芯片的5个电源引脚旁边，可以稳定供电，有效滤除杂波。用于调试的SW调试单元直接与CPU单元的46、49引脚相接。
Zigbee接入单元电连接到CPU单元的UART1（42、43引脚），Zigbee接入单元使用TICC2530Zigbee射频收发芯片，包括8051内核的MCU单元、128KB的ROM和8KB的RAM、5通道的DMA、12位的模数转换单元、2个USART串口，目前在家庭/楼宇自动化、照明系统、工业控制和监控、低功耗无线传感器网络、消费型电子、医疗保健方面都有很广泛的应用。
PLC模块(5)电连接到CPU单元的UART3（29、20引脚），采用KQ-330模块，包括载波驱动、耦合、滤波、防雷击等复杂电路，只需连接电源线、2根485信号线、通过模块的AC端电连接220V电力线，设备通过485直接连接在KQ-130485K载波模块实现电力线载波的全透明方式来收发数据，可以实现PLC之间的全透明传输。
Wifi单元电连接到CPU单元的UART2（16、17引脚），Wifi单元使用ESP8266-03WiFi芯片，包括内置32位MCU、UART收发串口、工作模式/下载模式选择I/O口GPIO0、模数转换单元GPIO13、RESET复位单元GPIO16。
如图13和图14所示，一种基于STM32的智能家居的网关电路，其PCB设计采用电子积木的形式，本网关共分为三部分：第一部分(P1)包括微控制器单元(1)和WiFi模块(3)；第二部分(P2)包括Zigbee模块(2)；第三部分(P3)包括电源模块(4)和PLC模块(5)。各个部分可以直插到一起，有很强的拓展性，可以将第二部分(P2)与第三部分(P3)连接组成一个Zigbee射频收发终端节点，可以将第一部分(P1)与第三部分(P3)连接到一起组成一个具有微控制器单元(1)、WiFi模块(3)和PLC模块(5)的最简单的网关系统。

Claims (4)

1.一种基于STM32的智能家居的网关电路，其特征是：所述的一种基于STM32的智能家居的网关电路包括微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)、WiFi模块(3)、电源模块(4)和PLC模块(5)；微控制器单元(1)通过UART1与Zigbee模块(2)进行电连接，微控制器单元(1)通过UART2与WiFi模块(3)进行电连接、微控制器单元(1)通过UART3与PLC模块(5)进行电连接，并将微控制器单元(1)剩余的两个UART串口引出，供以后开发使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能家居的网关电路，其特征是：所述的电源模块(4)与微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)、WiFi模块(3)和PLC模块(5)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能家居的网关电路，其特征是：所述的微控制器单元(1)包括CPU单元；复位单元；晶振Ι(Y1)、晶振П(Y2)；BOOT0、BOOT1模式选择电路以及用于调试的SW调试单元，所述的复位单元与CPU单元的7引脚相连，晶振Ι(Y1)与CPU单元的3、4引脚相连，晶振П(Y2)与CPU单元的5、6引脚相连，用于调试的SW调试单元直接与CPU单元的46、49引脚相连，所述的CPU单元采用STM32F103RCT6单片机。
4.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能家居的网关电路，其特征是：整个电路采用12V电压供电，通过电源模块(4)转换成5V电压对PLC模块(5)进行供电，通过电源模块(4)将5V电压转换成3.3V电压对微控制器单元(1)、Zigbee模块(2)和WiFi模块(3)进行供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107733759A (zh) * 2017-11-14 2018-02-23 安徽理工大学 一种嵌入式智能家居无线网关
CN114374410A (zh) * 2021-12-24 2022-04-19 中国船舶重工集团公司七五0试验场 一种应用于水下柔性拖曳系统的供电载波通讯模块

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