CN205049900U

CN205049900U - 一种无线超低功耗物联网通用控制器

Info

Publication number: CN205049900U
Application number: CN201520678441.7U
Authority: CN
Inventors: 马继伟; 蔺志鹏; 庄程
Original assignee: Hebei Normal University of Science and Technology
Current assignee: Hebei Normal University of Science and Technology
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2025-09-02

Abstract

本实用新型公开了一种无线超低功耗物联网通用控制器，包括主控电路、RF网络匹配电路、5V供电电路、锂电池充电电路、电压调整电路、继电器控制模块；主控电路的第一至第三输入端连接RF网络匹配电路、电压调整电路、继电器控制模块的输出端，其输出端连接RF网络匹配电路的输入端；锂电池充电电路的输出端经锂电池充电电路接电压调整电路的输入端。他采用自充电锂电池供电，单片机工作于休眠模式，仅需要脉冲输出控制磁保持继电器接通或关断外设的电源，降低了功耗。它实时监测电池、实现了充电电路与电压调整电路工作与停止自动控制。它的体积小，属于手持便携设备，不需要定期更换电池。它的安装位置灵活，移动方便，便于测控系统升级和后期改造。

Description

一种无线超低功耗物联网通用控制器

技术领域

本实用新型涉及一种物联网通用控制器，尤其是一种无线超低功耗物联网通用控制器，属于技术领域。

背景技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，支持移动多跳自组网，为无线传感网络测控提供了技术支持。该通信协议非常适合数据量小，速度要求不高，节点同构，数量众多的无线传感网络大规模测控系统。

ZigBee技术已广泛应用到了智能家居，农业设施测控，楼宇自动化、医疗等多个领域，但对于控制设备电路频繁接通或断开的系统，控制系统的功耗还很大，如果控制器用电池供电，对于大规模测控系统，由于节点众多，电池定期更换频繁，工作量非常大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种无线超低功耗物联网通用控制器。

本实用新型采用下述技术方案：

一种无线超低功耗物联网通用控制器，包括主控电路、RF网络匹配电路、5V供电电路、锂电池充电电路、电压调整电路、继电器控制模块；所述主控电路的第一和第三输入端分别连接所述RF网络匹配电路、锂电池充电电路和电压调整电路的输出端，其第一至第三输出端分别连接所述RF网络匹配电路、电压调整电路和继电器控制模块的输入端；锂电池充电电路的输出端接电压调整电路的输入端；所述5V供电电路的输出端接所述锂电池充电电路的输入端。

所述主控电路由含ZigBee模块的单片机U1、电容C2和电阻R8、晶振Y1-Y2、电容C14-C17、按键S1和电阻R9组成；所述单片机U1为CC2530芯片，其1-4脚、41脚接地，10脚21脚、24脚、27-29脚、31脚、39脚接VCC电源，30脚经电阻R8接地，40脚经电容C2接地；32脚经晶振Y1接33脚，22脚经晶振Y2接23脚，电容C14-C17分别接在单片机U1的22脚、23脚、32脚、33脚和地之间，20脚经按键S1接地；所述电阻R9接在U1的20脚和VCC电源之间。

所述RF网络匹配电路由外置天线ANT、电感L2-L3、电容C2、C12、C13、C19组成；外置天线ANT经电容C2后一路依次经电容C19和电感L2接地，另一路依次经电感L3、电容C18接地；电容C19和电感L2间的节点经电容C12接CC2530芯片的25脚,电感L3和电容C18间的节点经电容C13接单片机U1的26脚。

所述5V供电电路由220V电源插头N8、mini-USB插头N9、型号为HFD3-L2的继电器H8、变压器T1、型号为DB207S的桥式整流器BG1、电解电容E1-E2、电容C20-C22、型号为7805的稳压器U7、二极管D1组成；所述继电器H8的1脚和6脚接VCC电源，其4脚和9脚分别接所述220V电源插头N8的2脚和1脚，所述变压器T1的1脚和2脚分别接所述继电器H8的5脚和8脚，3脚和4脚分别接所述桥式整流器BG1的1脚和2脚；所述桥式整流器BG1的4脚接地；所述稳压器U7的1脚接所述桥式整流器BG1的3脚，2脚接地，3脚经二极管D1接+5V电源输出端；所述电解电容E1和电容C20并联在稳压器U7的1脚和地之间，所述电解电容E2和电容C21并联在稳压器U7的3脚和地之间，电容C22接在+5V电源输出端和地之间；mini-USB插头N9的1脚接+5V电源输出端，4脚和5脚接地。

所述锂电池充电电路由共阳极的双色发光二极管D2、二极管D3-D4、型号为LTC4054的锂电池充电器U5、锂充电电池BT1、电阻R2-R4、电容C23组成；所述电压调整电路由型号为XC6219的电压调整器U6和电容C24组成；锂电池充电器U5的1脚经电阻R1、双色发光二极管D2的红管接+5V电源输出端，2脚接地，3脚经锂充电电池BT1接地，4脚接+5V电源输出端，5脚经电阻R2接地，所述双色发光二极管D2的绿管和电阻R5串联在+5V电源输出端和地之间，电容C23一端接地，其另一端接电压调整器U6的1脚；二极管D4和D3分别接在锂充电电池BT1正极、+5V电源输出端和电压调整器U6的1脚之间；电压调整器U6的3脚和5脚接U1的13脚和12脚，5脚接VCC电源，电容C24接在VCC电源和地之间。

所述继电器控制模块由型号为ULN2803的达林顿晶体管U2-U3和结构相同的第一至第七继电器驱动电路组成；所述第一继电器继电器驱动电路由型号为HFD3-L2的继电器H1和输出插口N1组成；继电器H1的1脚、6脚接VCC电源，3脚-5脚分别接输出插口N1的3脚-1脚，7脚和12脚接达林顿晶体管U2的18和17脚；所述达林顿晶体管U2的1脚-8脚接单片机U1的36脚-34脚、11脚、9脚-6脚；所述达林顿晶体管U3的1脚-8脚接单片机U1的5脚、38脚-37脚、19脚-15脚。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本实用新型采用自充电锂电池供电，CPU工作于休眠模式，仅需要脉冲输出控制磁保持继电器接通或关断外设的电源。它实时监测电池、超级电容电压，实现了充电电路与电压调整电路工作与停止自动控制。它的功耗进一步降低，体积小，属于手持便携设备，不需要定期更换电池。

2、本实用新型省却了布线工作，控制器的安装位置灵活，移动方便，为测控系统升级及用户系统后期改造提供了方便。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的主控电路的电路原理图；

图3是本实用新型的RF网络匹配电路的电路原理图；

图4是本实用新型的5V供电电路的电路原理图；

图5是本实用新型的锂电池充电电路的电路原理图；

图6是本实用新型的电压调整电路的电路原理图；

图7是本实用新型的继电器驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种无线超低功耗物联网通用控制器，包括主控电路、RF网络匹配电路、5V供电电路、锂电池充电电路、电压调整电路、继电器控制模块；所述主控电路的第一和第三输入端分别连接所述RF网络匹配电路、锂电池充电电路和电压调整电路的输出端，其第一至第三输出端分别连接所述RF网络匹配电路、电压调整电路和继电器控制模块的输入端；锂电池充电电路的输出端接电压调整电路的输入端；所述5V供电电路的输出端接所述锂电池充电电路的输入端。

如图2所示，所述主控电路由含ZigBee模块的单片机U1、电容C2和电阻R8、晶振Y1-Y2、电容C14-C17、按键S1和电阻R9组成；所述单片机U1为CC2530芯片，其1-4脚、41脚接地，10脚21脚、24脚、27-29脚、31脚、39脚接VCC电源，30脚经电阻R8接地，40脚经电容C2接地；32脚经晶振Y1接33脚，22脚经晶振Y2接23脚，电容C14-C17分别接在单片机U1的22脚、23脚、32脚、33脚和地之间，20脚经按键S1接地；所述电阻R9接在U1的20脚和VCC电源之间。

如图3所示，所述RF网络匹配电路由外置天线ANT、电感L2-L3、电容C2、C12、C13、C19组成；外置天线ANT经电容C2后一路依次经电容C19和电感L2接地，另一路依次经电感L3、电容C18接地；电容C19和电感L2间的节点经电容C12接CC2530芯片的25脚,电感L3和电容C18间的节点经电容C13接单片机U1的26脚。

如图4所示，所述5V供电电路由220V电源插头N8、mini-USB插头N9、型号为HFD3-L2的继电器H8、变压器T1、型号为DB207S的桥式整流器BG1、电解电容E1-E2、电容C20-C22、型号为7805的稳压器U7、二极管D1组成；所述继电器H8的1脚和6脚接VCC电源，其4脚和9脚分别接所述220V电源插头N8的2脚和1脚，所述变压器T1的1脚和2脚分别接所述继电器H8的5脚和8脚，3脚和4脚分别接所述桥式整流器BG1的1脚和2脚；所述桥式整流器BG1的4脚接地；所述稳压器U7的1脚接所述桥式整流器BG1的3脚，2脚接地，3脚经二极管D1接+5V电源输出端；所述电解电容E1和电容C20并联在稳压器U7的1脚和地之间，所述电解电容E2和电容C21并联在稳压器U7的3脚和地之间，电容C22接在+5V电源输出端和地之间；mini-USB插头N9的1脚接+5V电源输出端，4脚和5脚接地。

如图5和图6所示，所述锂电池充电电路由共阳极的双色发光二极管D2、二极管D3-D4、型号为LTC4054的锂电池充电器U5、锂充电电池BT1、电阻R2-R4、电容C23组成；所述电压调整电路由型号为XC6219的电压调整器U6和电容C24组成；锂电池充电器U5的1脚经电阻R1、双色发光二极管D2的红管接+5V电源输出端，2脚接地，3脚经锂充电电池BT1接地，4脚接+5V电源输出端，5脚经电阻R2接地，所述双色发光二极管D2的绿管和电阻R5串联在+5V电源输出端和地之间，电容C23一端接地，其另一端接电压调整器U6的1脚；二极管D4和D3分别接在锂充电电池BT1正极、+5V电源输出端和电压调整器U6的1脚之间；电压调整器U6的3脚和5脚接U1的13脚和12脚，5脚接VCC电源，电容C24接在VCC电源和地之间。

如图7所示，所述继电器控制模块由型号为ULN2803的达林顿晶体管U2-U3和结构相同的第一至第七继电器驱动电路组成；所述第一继电器继电器驱动电路由型号为HFD3-L2的继电器H1和输出插口N1组成；继电器H1的1脚、6脚接VCC电源，3脚-5脚分别接输出插口N1的3脚-1脚，7脚和12脚接达林顿晶体管U2的18和17脚；所述达林顿晶体管U2的1脚-8脚接单片机U1的36脚-34脚、11脚、9脚-6脚；所述达林顿晶体管U3的1脚-8脚接单片机U1的5脚、38脚-37脚、19脚-15脚。

本实用新型的CPU工作于低功耗的睡眠模式，定时唤醒，无线接收协调器节点的控制命令，输出控制脉冲，控制磁保持继电器的吸合与断开；电源模块利用USB线给锂电池自动充电，对电池电量实时监控，实现锂电池充电，电压调整电路中集成芯片工作与停止的低功耗模式自动切换；CPU控制器采取了多种节电措施，满足继电器频繁动作能耗较高的应用，不需要定期更换电池。对已有的家居建筑，农业设施，进行测控系统的改造升级，设备安装位置灵活、移动方便，不需要布线施工等繁琐的工作。

针对参数变化快，控制器动作频繁，控制设备分散等特点，设计了利用ZigBee通信协议，控制器自动加入ZigBee无线局域网络，CPU输出脉冲信号，控制超小型信号磁保持继电器，解决了大规模测控系统参数无线远程、低功耗在线控制问题。

Claims

1.一种无线超低功耗物联网通用控制器，其特征在于：包括主控电路、RF网络匹配电路、5V供电电路、锂电池充电电路、电压调整电路、继电器控制模块；所述主控电路的第一和第三输入端分别连接所述RF网络匹配电路、锂电池充电电路和电压调整电路的输出端，其第一至第三输出端分别连接所述RF网络匹配电路、电压调整电路和继电器控制模块的输入端；锂电池充电电路的输出端接电压调整电路的输入端；所述5V供电电路的输出端接所述锂电池充电电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的无线超低功耗物联网通用控制器，其特征在于：所述主控电路由含ZigBee模块的单片机U1、电容C2和电阻R8、晶振Y1-Y2、电容C14-C17、按键S1和电阻R9组成；所述单片机U1为CC2530芯片，其1-4脚、41脚接地，10脚21脚、24脚、27-29脚、31脚、39脚接VCC电源，30脚经电阻R8接地，40脚经电容C2接地；32脚经晶振Y1接33脚，22脚经晶振Y2接23脚，电容C14-C17分别接在单片机U1的22脚、23脚、32脚、33脚和地之间，20脚经按键S1接地；所述电阻R9接在U1的20脚和VCC电源之间。

3.根据权利要求2所述的无线超低功耗物联网通用控制器，其特征在于：所述RF网络匹配电路由外置天线ANT、电感L2-L3、电容C2、C12、C13、C19组成；外置天线ANT经电容C2后一路依次经电容C19和电感L2接地，另一路依次经电感L3、电容C18接地；电容C19和电感L2间的节点经电容C12接CC2530芯片的25脚,电感L3和电容C18间的节点经电容C13接单片机U1的26脚。

4.根据权利要求1所述的无线超低功耗物联网通用控制器，其特征在于：所述5V供电电路由220V电源插头N8、mini-USB插头N9、型号为HFD3-L2的继电器H8、变压器T1、型号为DB207S的桥式整流器BG1、电解电容E1-E2、电容C20-C22、型号为7805的稳压器U7、二极管D1组成；所述继电器H8的1脚和6脚接VCC电源，其4脚和9脚分别接所述220V电源插头N8的2脚和1脚，所述变压器T1的1脚和2脚分别接所述继电器H8的5脚和8脚，3脚和4脚分别接所述桥式整流器BG1的1脚和2脚；所述桥式整流器BG1的4脚接地；所述稳压器U7的1脚接所述桥式整流器BG1的3脚，2脚接地，3脚经二极管D1接+5V电源输出端；所述电解电容E1和电容C20并联在稳压器U7的1脚和地之间，所述电解电容E2和电容C21并联在稳压器U7的3脚和地之间，电容C22接在+5V电源输出端和地之间；mini-USB插头N9的1脚接+5V电源输出端，4脚和5脚接地。

5.根据权利要求2所述的无线超低功耗物联网通用控制器，其特征在于：所述锂电池充电电路由共阳极的双色发光二极管D2、二极管D3-D4、型号为LTC4054的锂电池充电器U5、锂充电电池BT1、电阻R2-R4、电容C23组成；所述电压调整电路由型号为XC6219的电压调整器U6和电容C24组成；锂电池充电器U5的1脚经电阻R1、双色发光二极管D2的红管接+5V电源输出端，2脚接地，3脚经锂充电电池BT1接地，4脚接+5V电源输出端，5脚经电阻R2接地，所述双色发光二极管D2的绿管和电阻R5串联在+5V电源输出端和地之间，电容C23一端接地，其另一端接电压调整器U6的1脚；二极管D4和D3分别接在锂充电电池BT1正极、+5V电源输出端和电压调整器U6的1脚之间；电压调整器U6的3脚和5脚接U1的13脚和12脚，5脚接VCC电源，电容C24接在VCC电源和地之间。

6.根据权利要求1所述的无线超低功耗物联网通用控制器，其特征在于：所述继电器控制模块由型号为ULN2803的达林顿晶体管U2-U3和结构相同的第一至第七继电器驱动电路组成；所述第一继电器继电器驱动电路由型号为HFD3-L2的继电器H1和输出插口N1组成；继电器H1的1脚、6脚接VCC电源，3脚-5脚分别接输出插口N1的3脚-1脚，7脚和12脚接达林顿晶体管U2的18和17脚；所述达林顿晶体管U2的1脚-8脚接单片机U1的36脚-34脚、11脚、9脚-6脚；所述达林顿晶体管U3的1脚-8脚接单片机U1的5脚、38脚-37脚、19脚-15脚。