基於WiFi的智能插座電路及原理分析

2020-12-22 電子發燒友

基於WiFi的智能插座電路及原理分析

發表於 2017-11-15 16:52:20

　　1、設計方案

　　智能WiFI插座設計包括硬體和軟體兩部分。

　　硬體是電路的物質基礎。它在軟體的協調配合下運行，實現系統功能控制，完成控制任務。硬體包括：電源、變壓器部分、控制部分、繼電器部分等。控制系統的軟體，指的是它的全部程序，包括系統軟體和應用軟體兩大類。

　　2、階段智能插座控制方式對比

　　智能插座就是一個網際網路時代賦予智能化的開關控制器。根據不同的控制介質，可以分為以下幾種控制方式：

　　1）紅外遙控。紅外技術出現年代久遠，技術較為成熟。但其有方向局限性，而且家中過多的紅外設備易被幹擾，造成控制混亂。

　　2）藍牙遙控。一般採用手機控制。它相較於紅外技術有傳輸速度快、距離遠、安全性高等優勢，但是想要進行遠程控制就難以實現了。而且藍牙信號容易被家中2.4Ghz的WiFi信號所幹擾，影響其實際遙控範圍。

　　3）GSM技術。通過安裝SIM卡的手機或其他通信工具向帶有GSM通訊模塊的插座發送指令來控制插座。優點是可以實現遠程通信，但在通訊過程中會產生流量費用或簡訊費用，使用過程中會帶來昂貴的開支。

　　4）WiFi技術。手機電腦等設備通過無線模塊連接無線信號，向指定的IP位址發送指令即可控制插座。此方式既可以實現遠程控制，又不會產生額外的費用。

　　綜上所述，WiFi技術相對其他控制方式優勢明顯，而且具有成本較低、整合度高、安全性強、開發方便等優點。

　　2.1工作原理框圖

　　

　　圖2.1 工作原理框圖

　　3、硬體設計

　　在硬體設計過程中，較多的考慮了最終產品的體積以及性能，決定使用AR9331晶片的開發板用作主控部分，用GPIO控制繼電器繼而控制插座的開關。硬體設計如下：

　　3.1 主控部分

　　AR9331是高通Atheros開發的WiFi晶片，支持路由和中繼功能，具有高性能低功耗的特點。它支持多用戶同時連接，可以接收手機、平板通過WIFI發送過來的控制信號，實現手機、平板的無線遙控功能。

　　AR9331支持USB接口攝像頭，可以實現圖像和音頻通過WIFI傳輸，實現手機、平板的遠程監視功能。

　　該模塊的體積小、功耗低，是做控制器、手機遙控器、視頻監視器的最佳選擇。

　　模塊參數概述

　　表3.1 硬體規格

　　

　　表3.2 無線參數

　　

　　表3.3 軟體功能

　　

　　模塊特性

　　表3.4 技術指標

　　

　　產品特點 ：

　　1.支持802.11b/g/n 無線標準

　　2.支持 ios 系統、android 系統、支持多用戶操作（10個以上）

　　3.完全集成的串口轉 Wi-Fi 功能，無需加載任何外部軟體

　　4. 5V 單電源供電，低功耗，適於電池供電應用

　　5.支持 UART/GPIO 數據通訊接口

　　6.支持 STA/AP 工作模式

　　7.支持 Smart Link 智能聯網功能

　　8.可選內置板載或外置天線

　　9.傳輸距離：（≤80m）

　　3.2 5V變壓模塊

　　5V變壓模塊用來給主控模塊以及USB接口供電。為減小插座成品的體積，增強5V電流輸出能力，因此選用一體封裝的HA05N48 5V變壓模塊。

　　模塊概述

　　輸入電壓：85~265V AC 50/60Hz

　　輸出電壓：5V DC 輸出電流：4.8A

　　體積：25x39x22mm

　　效率：80%

　　隔離電壓：3000V DC

　　工作溫度：-20℃~+85℃

　　空載功率小於0.1W

　　達到歐洲之星標準

　　符合RoHS標準

　　模塊特點

　　1.滿足CE要求

　　2.超小型體積

　　3.全球通用電壓輸入（85~265VAC）

　　4.低紋波、低噪聲

　　5.輸出過載短路保護功能

　　6.效率高、功率密度大

　　7.產品設計滿足EMC及安規測試要求

　　模塊電路

　　

　　圖3.1 模塊電路圖

　　表3.4 元件參數及作用分析

　　

　　3.3 繼電器模塊

　　繼電器是一種控制器件，它是使用小電流來控制大電流的自動開關。按繼電器的工作原理或結構特徵分類可分為電磁繼電器、固體繼電器、溫度繼電器、舌簧繼電器、時間繼電器、高頻繼電器和極化繼電器等。

　　本次選用歐姆龍電磁繼電器，型號為G5LA-14的5V單刀雙擲繼電器。

　　電磁繼電器工作原理

　　如圖3.3所示，電磁式繼電器由鐵芯（iron core）、線圈（coil）、銜鐵（Armature）、觸點簧片（Contact）等部件組成的。當電磁繼電器的線圈通電後，線圈中的鐵心構成電磁鐵，形成強大的電磁力。電磁力吸動銜鐵，將觸電簧片撥向常開觸點。此時，電路導通。反之，線圈斷電後，電磁力消失，觸點簧片在彈簧的拉伸下回到常閉觸點。此時，電路斷開。

　　

　　圖3.3 電磁繼電器內部結構

　　繼電器模塊電路

　　如圖3.4，兩路繼電器分別由AR9331主控模塊的GPIO7、GPIO14控制。當GPIO輸出高電平時，經過三極體放大，LED發光，繼電器開啟，插孔通電；當GPIO輸出低電平時，三極體截至，LED熄滅，繼電器關閉，插孔斷電。

　　

　　圖3.4 繼電器模塊電路圖

AR9331模塊電路

 

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