CN207075104U - 一种居家灯具无线控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种居家灯具无线控制系统，具体地说，以TNY263GN芯片设计220V交流电转3.3V的低压直流电给无线系统供电，内部采用单片机STC15L2K61S2为核心，应用无线通信模块nRF24L01实现居家灯具的无线控制系统。该系统通过实现无线模块之间的不接触通信，从而实现对远端继电器的安全控制，达到控制照明系统的目的。

Description

一种居家灯具无线控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种居家灯具无线控制系统。

背景技术

传统的机械开关控制居家的灯具系统需要布好灯具到机械开关这段物理距离上的金属线。其次，较传统的机械开关，需要在建筑墙体内布管通线，不仅影响美观还浪费成本。较传统的机械开关控制，当外部失电时，而后重新得电，机械开关会保持原有的特性，不仅不利于节省能源，还有次生危险发生的可能。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种安全可靠、控制方便的居家灯具无线控制系统。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种居家灯具无线控制系统，包括电源部分、单片机、nRF24L01无线通信模块，其特征在于：电源部分用于给单片机和无线模块供电；无线控制系统包括发射模块和接收模块；发射模块中发光二极管与单片机连接，单片机与nRF24L01无线通信模块互相通信；接收模块中单片机与nRF24L01无线通信模块互相通信，单片机与继电器连接并驱动继电器动作。

发光二极管前端连接电阻构成发光二极管电路，对象选择按键与发光二极管电路连通构成单片机驱动电路；发射模块工作时，通过对象选择按键选择控制对象、通过模式选择按键选择发射模式，使得nRF24L01无线通信模块处于发射状态，当控制某个对象的对象选择按键按下后，某个单片机驱动电路导通，使得单片机发射相应数据至单片机外部中断口，再将该数据由外部中断口传递给无线通信模块nRF24L01。

接收模块工作时，通过模式选择按键选择接收模式，使得nRF24L01无线通信模块处于接收状态，nRF24L01无线通信模块接收到发射模块发射的信息或数据后，nRF24L01无线通信模块将信息或数据传递至单片机，由单片机向继电器发出驱动信号或者向指示灯发出驱动信号。

所述的电源部分由TNY263GN芯片和电压-电压转换电路组成。

接收模块中，单片机、电阻R4、三极管、继电器顺序连接，三极管的基极连接电阻R4，继电器连接到三极管的集电极；在继电器上反向并联二极管D10。

当单片机没有接收到接收模块传来的信息或数据时，单片机向指示灯发送驱动信号，使得指示灯闪烁；当单片机接收到接收模块传来的信息或数据时，单片机向特定对象对应的继电器发送驱动信号，使得相应继电器动作。特定对象指某个照明灯具或某些照明灯具。

居家灯具无线控制系统，以TNY263GN芯片为基础并设计220V交流电转化为3.3V的低压直流电的电压-电压转换电路作为无线控制系统的电源部分（电源部分用于给单片机和无线通信模块供电），系统内部采用单片机STC15L2K61S2为核心，应用无线通信模块nRF24L01实现居家灯具的无线控制。该系统通过实现无线通信模块之间的不接触通信，从而实现对远端继电器的安全控制，达到控制照明系统的目的。nRF24L01无线通信模块即nRF24L01芯片。

整个无线系统在一个家庭里面只需要一套，通过按键选择发射系统中的控制对象，发出发射信号。无线通信模块与单片机的P2口连接，对应引脚间用导线连接。发射模块与接收模块中无线通信都是通过无线通信模块nRFID24L01，这个芯片中CE引脚可以处于接收和发射状态，当CSN端口是逻辑低电平时，CE引脚和nRF24L01集成芯片内部的相应寄存器共同配置nRF24L01使其处于收、发模式。发射模块是通过机械弹性开关来切换不同的无线模块频道，已达到与不同的受控对象进行通信。

模块之间的通信频道和协议的制定可以通过芯片硬件上的SPI接口进行配置。该芯片的一大优点就是具有极低的功率消耗，符合智能家居绿色化的特点。当把芯片设置为发射模式时，并且发射功率在0.25mW等级时，芯片的全部消耗电流仅为9mA；当把芯片设置为接收模式时，由于地址选择通道寄存器的存在，使得电流消耗增大，但也仅仅为12.3mA；当芯片处于空闲的工作模式时，可以将芯片设置为待机模式。在此模式下，芯片的多数寄存器处于唤醒状态，使得芯片本身电流消耗更低。驱动此芯片的硬件电路连接更加简捷，只需要为集成芯片模块空出五个通用输入输出口,一个外部中断输入口，就可以非常简易的实现无线通信的功能。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：本新型一种居家灯具无线控制系统可以直接采用家庭照明的交流220V供电，通过远程的遥控实行控制，达到控制远程的受控对象。

附图说明

图1是本实用新型的发射模块系统框图；

图2是本实用新型的接收模块系统框图；

图3是本实用新型的接收模块中继电器模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。

参阅图1、图2、图3，本实用新型揭示了一种居家灯具无线控制系统。

如图1，发射模块(即图1的整体结构)采用的是贴片式的红色发光二极管，由于贴片红色发光二极管的导通压降为：1.82-1.88V，电流为5-8mA,由于采用3.3V供电，用于驱动单片机的发光二极管电路中，为了保证发光二极管的正常安全工作，需要在二极管前串联一定阻值的电阻（电阻串联发光二极管与单片机P0端口相连，电阻、发光二极管、单片机依序设置）。每个控制对象对应一个电阻、红色发光二极管组成的电路，每个电阻、红色发光二极管组成的驱动电路均连接单片机。单片机连接无线模块nRF24L01时，需要单片机空留一个外部中断口，这样不仅可以增加单片机执行程序的效率，还可以降低单片机的功耗，单片机留有4个I/O连接按键，其中一个按键是模式的选择（模式选择按键），其他的为控制对象的选择（对象选择按键）。通过按键选择控制对象、通过模式选择按键选择发射模式，使得nRF24L01无线通信模块处于发射状态，当控制某个对象的按键按下后，某个控制对象对应的某个红色发光二极管驱动电路导通，使得单片机发射相应数据至单片机外部中断口，数据通过外部中断口再传递给无线通信模块nRF24L01。

通过模式选择按键选择接收模式，使得nRF24L01无线通信模块处于接收状态，接收模块（图2整体，接收信息的为nRF24L01无线通信模块）接收到发射模块发射的信息后，nRF24L01无线通信模块将信息传递至单片机，在单片机内部通过识别模块识别数据对应的控制对象，识别出对应的对象后由单片机向特定对象对应的继电器发送驱动信号（其为现有技术）；除此以外，nRF24L01无线通信模块将信息传递至单片机后，可以由单片机直接向刚刚发射模块中选中的对象按键对应的对象连接的继电器发送驱动信号，如图2所示为接收模块的系统硬件结构框图。由于单片机STC15L2K61S2和无线通信模块在发射模块中已经详细说明，这里不再赘余论述。或者，通过模式选择按键选择接收模式，使得nRF24L01无线通信模块处于接收状态，接收模块（图2整体，接收信息的为nRF24L01无线通信模块）接收到发射模块发射的信息后，nRF24L01无线通信模块将信息传递至单片机，单片机对接收到的数据进行判定其对应于某个对象，并向与某个对象连接的继电器发送驱动信号，使得继电器动作，即使得继电器执行开启某个灯具电路或断开某个灯具电路的操作。

由于单片机I/O的驱动电流不够驱动继电器，所以需要加一级放大电路，即三极管Q1，三极管的基极(即与电阻R4相连的引脚)加有适当的电阻R4，电阻R4前端连接单片机，故单片机、电阻R4、三极管、继电器顺序连接。因为当单片机输出口为高电平时，3.3V的电压直接加到了三极管的B-E端（基极-射极端，射极为图3中箭头向下的那个引脚），由于B-E端实际就是一个PN结，这样会直接烧坏三极管。3V的继电器直接接到三极管的集电极（其为与继电器引脚5相连的引脚）。由于继电器实际上是由线圈绕组构成的，当三极管关断时，继电器的动作线圈会阻止三极管的关断，从而在三极管集电极产生反向电势，有可能烧毁三极管，所以在继电器上反向并联二极管D10(D10右侧的以方框示意的部件为继电器)，用来释放反向电动势，如图3所示。

为了便于调试，系统应该增加一些电源端口和地端口，同时可以将单片机内部自带的A/D转换端口空出，方便系统的功能进一步增加。

对于接收模块，单片机接收到数据后，由单片机向特定对象对应的继电器发送驱动信号。当没有接收到数据时，单片机向指示灯发送驱动信号，使得指示灯闪烁，系统实现的是0.5秒的指示灯闪烁。当接收到数据时，由单片机向特定对象对应的继电器发送驱动信号，以使得继电器动作，继而使得继电器执行开启某个灯具电路或断开某个灯具电路的操作。

当接收端接收到数据时，继电器能够准确的动作，接收模块调试成功。继电器外接单相大电流用电器时，为了保证安全以及方便维修，应该将火线与继电器连接。

无线通信模块可以不用布线，而是直接安装在灯具下，不仅节省了机械开关，还大大的节省了有色金属；无线控制不在需要在建筑墙体内打钻通孔，不仅节省了布管之类的人工成本，还节省了后续的维修成本，并且增加了墙体的美观效果；无线控制系统会智能的关闭所有电源，以用来节省电能和防止危险的情况发生。而最重要的是，无线控制极大的方便了消费者，并且让大众体验到更加质感的现代科技。

nRF24L01无线通信模块之间的通信距离变大时，可以通过安装发射天线或者增大发射功率来提高传输距离，具有更大的灵活性、机动性；nRF24L01模块，采用的是射频技术，其发射的是一定频带无线能量电磁波，它的传输是全方位无死角的，应用的范围更广；nRF24L01无线模块可以根据频带的选择，实行同步通信或者异步通信，针对的控制对象可以相同也可以不同；由于nRF24L01模块具有固定的协议，保证了应用的可移植性和通用性。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种居家灯具无线控制系统，包括电源部分、单片机、nRF24L01无线通信模块，其特征在于：电源部分用于给单片机和无线模块供电；无线控制系统包括发射模块和接收模块；发射模块中发光二极管与单片机连接，单片机与nRF24L01无线通信模块互相通信；接收模块中单片机与nRF24L01无线通信模块互相通信，单片机与继电器连接并驱动继电器动作。

2.根据权利要求1所述的一种居家灯具无线控制系统，其特征在于：发光二极管前端连接电阻构成发光二极管电路，对象选择按键与发光二极管电路连通构成单片机驱动电路；发射模块工作时，通过对象选择按键选择控制对象、通过模式选择按键选择发射模式，使得nRF24L01无线通信模块处于发射状态，当控制某个对象的对象选择按键按下后，某个单片机驱动电路导通，使得单片机发射相应数据至单片机外部中断口，再将该数据由外部中断口传递给无线通信模块nRF24L01。

3.根据权利要求1所述的一种居家灯具无线控制系统，其特征在于：接收模块工作时，通过模式选择按键选择接收模式，使得nRF24L01无线通信模块处于接收状态，nRF24L01无线通信模块接收到发射模块发射的信息或数据后，nRF24L01无线通信模块将信息或数据传递至单片机，由单片机向继电器发出驱动信号或者向指示灯发出驱动信号。

4.根据权利要求1所述的一种居家灯具无线控制系统，其特征在于：所述的电源部分由TNY263GN芯片和电压-电压转换电路组成。

5.根据权利要求3所述的一种居家灯具无线控制系统，其特征在于：接收模块中，单片机、电阻R4、三极管、继电器顺序连接，三极管的基极连接电阻R4，继电器连接到三极管的集电极；在继电器上反向并联二极管D10。

6.根据权利要求3所述的一种居家灯具无线控制系统，其特征在于：当单片机没有接收到接收模块传来的信息或数据时，单片机向指示灯发送驱动信号，使得指示灯闪烁；当单片机接收到接收模块传来的信息或数据时，单片机向特定对象对应的继电器发送驱动信号，使得相应继电器动作。