CN109459935A - 智能家居控制电路 - Google Patents

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周明杰
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Abstract

本发明属于物联网应用技术领域，公开了一种智能家居控制电路，包括传感器模块、控制模块、执行模块、射频模块、存储模块和电源模块；所述传感器模块包括传感器和信号放大电路；所述控制模块通过RS485总线与所述传感器模块连接；所述执行模块与所述控制模块连接，用于接收并执行所述控制模块输出的控制命令；所述射频模块与所述控制模块连接，用于实现所述控制模块和主站之间的无线通信；所述存储模块用于存储数据；所述电源模块用于供电；本发明可以使传感器通过智能家居控制电路与主站无线通信，通过智能终端远程控制家居，实施安装简便，控制操作准确，设备兼容性好，电器更换方便，成本费用低，提高了智能家居的普及应用。

Description

智能家居控制电路
技术领域
本发明属于物联网应用技术领域，尤其涉及一种智能家居控制电路。
背景技术
智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明***、窗帘控制、空调控制、安防***、数字影院***、影音服务器、影柜***、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。
近年来，智能家居发展方兴未艾，但是现有的智能家居存在布线复杂、***成本高、安装人员素质要求高、工程成本高、周期长、需要对家用电器进行改造、工程完成后电器更换不方便等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能家居控制电路，用以解决现有家用电器的管理控制技术存在实施安装过程复杂、电器兼容性差、电器更换不方便和实施费用较高的问题。
一种智能家居控制电路，包括：传感器模块、控制模块、执行模块、射频模块、存储模块和电源模块；所述传感器模块包括传感器和信号放大电路，所述传感器用于采集门磁与磁体的位移、烟雾和光照强度信息，并将采集到的信息变换成电信号输出；所述控制模块与所述传感器模块连接，用于对所述传感器模块输出的电信号进行处理后输出控制命令；所述执行模块与所述控制模块连接，用于接收并执行所述控制模块输出的控制命令；所述射频模块与所述控制模块连接，用于实现所述控制模块和主站之间的无线通信；所述存储模块与所述控制模块连接，用于存储数据；所述电源模块与所述传感器模块、所述控制模块、所述执行模块和所述射频模块连接，包括：AC-DC稳压电路和电压转换电路；所述AC-DC稳压电路包括：整流单元、滤波单元、降压单元和输出单元；所述整流单元对输入的交流电源进行整流；所述滤波单元与所述整流单元连接，用于对所述整流单元输出的电压进行滤波；所述降压单元与所述滤波单元连接，用于对所述滤波单元输出的直流高压降压；所述输出单元与所述降压单元连接，用于对所述降压单元输出的直流低压整流后输出到所述电压转换电路。
进一步地，所述整流单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和整流桥，其中所述第二电阻为温敏电阻，所述第三电阻为压敏电阻；所述第三电阻并接在交流电输入端和所述整流桥的两个输入端之间，所述交流电输入端的火线端通过所述第一电阻接所述整流桥的第一输入端，所述交流电输入端的零线端通过所述第二电阻接所述整流桥的第二输入端，所述整流桥的输出端接所述滤波单元。
进一步地，所述降压单元包括：变压器和开关电源芯片；所述开关电源芯片的电源脚接所述滤波单元的输出端，所述开关电源芯片的功率管漏极接所述变压器的初级线圈，所述开关电源芯片的反馈脚和电源脚接所述变压器的辅助线圈，所述变压器的次级线圈接所述输出单元。
进一步地，所述输出单元包括：第四电阻、第一二极管、第一电容和第二电容；所述第一二极管的阳极接所述降压单元的输出端，所述第四电阻的一端接所述第一二极管的阳极，所述第四电阻的另一端通过所述第一电容接所述第一二极管的阴极，所述第二电容接在所述降压单元的输出端与地之间。
进一步地，所述电压转换电路包括：DC/DC转换器、一稳压二极管、第一电感、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容和第五电容；所述第五电阻和所述第三电容串联在所述DC/DC转换器的靴带引脚和开关引脚之间，所述稳压二极管的阳极接地，所述稳压二极管的阴极接所述DC/DC转换器的开关引脚，所述第六电阻接在所述DC/DC转换器的反馈引脚和地之间，所述第四电容接在所述DC/DC转换器的电源输入电压引脚和地之间，所述第一电感的一端接所述DC/DC转换器的开关引脚，所述第一电感的另一端作为所述电压转换电路的输出端，所述第七电阻的一端接所述DC/DC转换器的反馈引脚，所述第七电阻的另一端接所述电压转换电路的输出端，所述DC/DC转换器的电源输入电压引脚通过所述第八电阻连接所述DC/DC转换器的芯片使能引脚，所述第五电容接在所述电压转换电路的输出端和地之间。
进一步地，所述电压转换电路还包括：一三端稳压集成芯片、第六电容和第七电容；所述三端稳压集成芯片的输入引脚通过第六电容接地，所述三端稳压集成芯片的接地端接地，所述三端稳压集成芯片的输出引脚通过第七电容接地。
进一步地，所述控制模块为单片机STM32F070C6。
进一步地，所述传感器包括门磁传感器、烟雾传感器和光电传感器。
进一步地，所述执行模块包括门磁报警器、烟雾报警器和窗帘电机。
进一步地，所述传感器模块与所述控制模块通过RS485总线通信，所述存储模块与所述控制模块通过I2C总线通信，所述射频模块与所述控制模块通过UART通信。
采用上述的智能家居控制电路，电路实施安装简便，控制操作准确，设备兼容性好，电器更换方便，成本费用低，提高了智能家居的普及应用。
附图说明
图1为本发明智能家居控制电路的电路模块示意图。
图2为图1所示智能家居控制电路中电源模块中的AC-DC稳压电路的示例电路原理图。
图3为图1所示智能家居控制电路中电源模块中的电压转换电路的部分示例电路原理图。
图4为图1所示智能家居控制电路中电源模块中的电压转换电路的部分示例电路原理图。
图5为图1所示智能家居控制电路中的RS485接口的示例电路原理图。
图6为图1所示智能家居控制电路中的控制模块的示例电路原理图。
图7为图1所示智能家居控制电路中的存储模块的示例电路原理图。
图8为对图1所示智能家居控制电路中的传感器模块的烟雾传感器的开关信号进行识别的光电耦合电路的示例电路原理图。
图9为图1所示智能家居控制电路中的执行模块的窗帘电机的示例电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明的较佳实施例中智能家居控制电路包括：电源模块10、传感器模块20、存储模块30、控制模块40、射频模块50和执行模块60。
传感器模块20包括传感器和信号放大电路(未图示)，传感器用于采集门磁主体与永磁体磁体的相对位移距离信息、烟雾信息和光照强度信息，并将采集到的信息转换成电压模拟信号输出给信号放大电路，信号放大电路将电压模拟信号放大后输出给控制模块40；控制模块40通过RS485总线与传感器模块20连接，用于接收传感器模块20输出的电压模拟信号并对电压模拟信号进行A/D转换，并对转换后的数据进行处理后输出控制命令；执行模块60与控制模块40连接，用于接收并执行控制模块40输出的控制命令；射频模块50与控制模块40连接，用于实现控制模块40和主站(未图示)之间的无线通信；存储模块30与控制模块40连接，用于存储数据；电源模块10与传感器模块20、控制模块40、执行模块60和射频模块50连接，用于供电。
其中，射频模块为RF433模块，存储模块30与控制模块40通过I2C总线通信，射频模块50与控制模块40通过UART通信。
此外，传感器模块20包括至少一个传感器，且传感器先连接传感器座子，再通过RS485总线与控制模块40连接，当传感器坏掉需要重新更换时，无需重新布线，只需将坏掉的传感器从座子上取下，再换上新的传感器即可。当传感器模块20输出数据给控制模块40时，控制模块可根据输出的数据处理后直接输出控制命令给执行模块60，比如，当光电传感器感应到光照强度减弱到一定值时，控制模块40接收光电传感器输出的数据，直接发送控制命令给执行模块60，控制窗帘自动关闭。此外，当传感器模块20输出数据给控制模块40时，控制模块40将接收到的数据处理后，输出状态信号给射频模块50，射频模块50通过433与主站通信，用户可通过智能终端对智能家居实行远程控制，射频模块50将接收到的射频控制命令输出给控制模块40，控制模块40对数据进行处理后，控制执行模块60执行相应的操作。该智能家居控制电路，电路实施安装简便，控制操作准确，设备兼容性好，电器更换方便，成本费用低，提高了智能家居的普及应用。
请参阅图2、图3和图4，电源模块包括AC-DC稳压电路11和电压转换电路12；其中，AC-DC稳压电路11包括整流单元111、滤波单元112、降压单元113和输出单元114，用于将输入的交流电压转化为15V的直流电压恒压输出到电压转换电路12。
进一步地，整流单元111对输入的交流电源进行整流，整流单元111包括：电阻R2、温敏电阻PTC、压敏电阻RV1和整流桥D2；压敏电阻RV1并接在交流电输入端和整流桥D2的两个输入端之间，交流电输入端的火线端L1通过电阻R2接整流桥D2的第一输入端，交流电输入端的零线端N1通过温敏电阻PTC接整流桥D2的第二输入端，整流桥D2将输入的交流电转换为直流电输出，整流桥D2的输出端接滤波单元112。
进一步地，滤波单元112由电感L2、电感L3、电阻R11、电阻R12、电容C12和电容C15组成，滤波单元112对整流单元111输出的电压进行滤波。
进一步地，降压单元113与滤波单元112连接，用于对滤波单元112输出的直流高压降压，降压单元113包括：变压器T1和开关电源芯片U4；其中，开关电源芯片U4为SP5713芯片；开关电源芯片U4的VDD引脚接滤波单元112的输出端，开关电源芯片U4的功率管漏极DRAIN脚接变压器T1的初级线圈的管脚2，开关电源芯片U4的反馈脚INV和电源脚VDD接变压器T1的辅助线圈，变压器T1的辅助线圈通过二极管D30连接开关电源芯片U4的电源脚VDD，给开关电源芯片U4供电，变压器T1的次级线圈接输出单元114。优选的，变压器T1的两端并接一个RCD吸收电路，该RCD吸收电路由电阻R23、电阻R24、电容C22和二极管D4组成，用于限制功率管关断时的最高电压，防止功率管因关断过压而损坏。
进一步地，输出单元114与降压单元113连接，用于对降压单元113输出的直流低压整流后输出，输出单元114包括：电阻R38、二极管D6、电容C28、电容C33、电容C36和电容C39；电阻R38的一端接二极管D6的阳极，电阻R38的另一端通过电容C28接所述二极管D6的阴极；降压单元114的输出端与地之间接滤波电容,用于对变压器T1的次级线圈输出的电压进行滤波，滤波电容可为一个电容或两个以上的电容的串联或并联构成的电容组，本实施例为电容C33、电容C36和电容C39的并联构成的电容组对变压器T1的次级线圈输出的电压进行滤波。
进一步地，电压转换电路12由第一电压转换电路121和第二电压转换电路122两部分组成，如图3所示，电压转换电路12的第一电压转换电路121用于将15V的电压降为3.3V，用于给各电路模块供电，如图4所示,电压转换电路12的第二电压转换电路122用于将15V的电压降为12V，主要是给低功耗的传感器供电。如图3所示,由于大部分电路模块都使用3.3V工作电压，因此需要将15V降到3.3V，因此图3所示的第一电压转换电路121将AC-DC稳压电路11输出的15V恒压转换为3.3V输出，第一电压转换电路121包括：DC/DC转换器U11、二极管D8、电阻R36、电阻R4、电阻R5、电阻R3、电容C5、电容C6、电容C10、电容C2和电容C3，DC/DC转换器U11为MP2359芯片；电阻R36和电容C9串联在DC/DC转换器U11的靴带引脚BS和开关引脚SW之间，二极管D8的阳极接地，二极管D8的阴极接DC/DC转换器U11的开关引脚SW，电阻R4接在DC/DC转换器U11的反馈引脚FB和地之间，电容C6接在DC/DC转换器U11的电源输入引脚IN和地之间，电阻R5的一端接DC/DC转换器U11的反馈引脚FB，另一端接第一电压转换电路121的输出端，电感L4的一端接DC/DC转换器U11的开关引脚SW，另一端作为第一电压转换电路121的输出端VCC，DC/DC转换器U11的电源输入引脚IN通过电阻R3连接DC/DC转换器U11的芯片使能引脚EN，第一电压转换电路121的输出端VCC和地之间接滤波电容,用于对第一电压转换电路121输出的电压进行滤波，滤波电容可为一个电容或一个以上的电容的串联或并联构成的电容组，本实施例为电容C10、电容C2和电容C3的并联构成的电容组对第一电压转换电路121输出的电压进行滤波。如图4所示，第二电压转换电路122包括三端稳压集成芯片U8、电容C4和电容C5；三端稳压集成芯片U8为LM7812芯片，三端稳压集成芯片U8的输入引脚IN通过电容C4接地，三端稳压集成芯片U8的接地端接地，三端稳压集成芯片U8的输出引脚OUT通过电容C5接地，15V的电压输入到三端稳压集成芯片U8的输入引脚IN，并从三端稳压集成芯片U8的输出引脚OUT输出12V电压，用于给低功耗的传感器供电。
请参阅图5和图6，控制模块40为单片机STM32F070C6，RS485接口电路包括低功耗收发器U2和电阻R14，其中低功耗收发器U2为MAX3485，低功耗收发器U2的接收器输出脚RO接单片机的PB7引脚，低功耗收发器U2的驱动器输入脚DI接单片机的PB6引脚，低功耗收发器U2的接收器输出使能端RE和驱动器输出使能端DE接单片机的PB2引脚，低功耗收发器U2的电源端连接电压转换电路12，低功耗收发器U2的A引脚通过电阻R14连接低功耗收发器U2的B引脚，当A>B时，RO输出高电平，当A<B时，RO输出低电平。
请参阅图7，优选的，存储模块30由存储芯片U3及其***元件电容C18、电阻R34和电阻R41组成；存储芯片U3优选为AT24C64B芯片；存储模块30存储传感器模块20输出的数据以及控制模块40的控制程序的数据，当多个传感器数据同时输出时，控制模块40需要对处理顺序进行一个优先级的排列，以确定控制哪一个执行模块先执行，排列顺序可按照预先设定好程序，根据紧急情况排列，当无紧急情况出现时，排列顺序可按照时间先后顺序排列，比如，将烟雾传感器输出的数据列为紧急情况，当烟雾传感器和光电传感器同时输出数据时，烟雾传感器和光电传感器输出的数据都被存储在存储模块30中，控制模块40先根据烟雾传感器输出的数据输出控制命令控制家庭座机自动拨号119火警电话报警，然后再控制窗帘电机根据光电传感器输出的数据自动将窗帘打开或关闭。
请参阅图8，光电耦合电路包括光电耦合器U5、电阻R18和电阻R20，传感器输出的开关信号通过电阻R18接到光电耦合器中发光二极管的阳极，发光二极管的阴极接地，光电耦合器中的三极管的集电极连接单片机的PB0引脚，电压转换电路12的输出端通过电阻R20接在光电耦合器中三极管的集电极，当开关信号为高电平时，光电耦合器导通，该电路可以针对门磁报警器、烟雾传感器等产品的开关信号进行识别，并通过433与主站通信。
请参阅图9，执行模块可包括音视频设备、照明***、窗帘控制、空调控制、热水器控制、安防***、数字影院***、影音服务器、影柜***、网络家电等，图9所示为窗帘电机的电路原理图包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、三极管Q2和二极管D1，三极管Q2通过电阻R8连接单片机的PB8引脚，三极管Q2的基极通过电阻R7连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极通过二极管D1和电阻R6连接电源模块10，继电器为RE034012，继电器线圈的一端连接二极管D1的阳极，继电器线圈的另一端连接二极管D1的阴极，单片机的PB8引脚输出高电平时，三极管Q2导通，二极管D2也导通，从而继电器闭合，控制电机转动，从而实现对窗帘开启和关闭的控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能家居控制电路，其特征在于，包括：
传感器模块、控制模块、执行模块、射频模块、存储模块和电源模块；
所述传感器模块包括传感器和信号放大电路，所述传感器用于采集门磁主体与永磁体的相对距离信息、烟雾信息和光照强度信息，并将采集到的信息变换成电信号输出；
所述控制模块与所述传感器模块连接，用于对所述传感器模块输出的电信号进行处理后输出控制命令；
所述执行模块与所述控制模块连接，用于接收并执行所述控制模块输出的控制命令；
所述射频模块与所述控制模块连接，用于实现所述控制模块和主站之间的无线通信；
所述存储模块与所述控制模块连接，用于存储数据；
所述电源模块与所述传感器模块、所述控制模块、所述执行模块和所述射频模块连接，包括：AC-DC稳压电路和电压转换电路；
所述AC-DC稳压电路包括：整流单元、滤波单元、降压单元和输出单元；
所述整流单元对输入的交流电源进行整流；
所述滤波单元与所述整流单元连接，用于对所述整流单元输出的电压进行滤波；
所述降压单元与所述滤波单元连接，用于对所述滤波单元输出的直流高压降压；
所述输出单元与所述降压单元连接，用于对所述降压单元输出的直流低压整流后输出到所述电压转换电路。
2.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述整流单元包括：
第一电阻、第二电阻、第三电阻和整流桥，其中所述第二电阻为温敏电阻，所述第三电阻为压敏电阻；
所述第三电阻并接在交流电输入端和所述整流桥的两个输入端之间，所述交流电输入端的火线端通过所述第一电阻接所述整流桥的第一输入端，所述交流电输入端的零线端通过所述第二电阻接所述整流桥的第二输入端，所述整流桥的输出端接所述滤波单元。
3.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述降压单元包括：
变压器和开关电源芯片；
所述开关电源芯片的电源脚接所述滤波单元的输出端，所述开关电源芯片的功率管漏极接所述变压器的初级线圈，所述开关电源芯片的反馈脚和电源脚接所述变压器的辅助线圈，所述变压器的次级线圈接所述输出单元。
4.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述输出单元包括：
第四电阻、第一二极管、第一电容和第二电容；
所述第一二极管的阳极接所述降压单元的输出端，所述第四电阻的一端接所述第一二极管的阳极，所述第四电阻的另一端通过所述第一电容接所述第一二极管的阴极，所述第二电容接在所述降压单元的输出端与地之间。
5.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述电压转换电路包括：
DC/DC转换器、一稳压二极管、第一电感、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容和第五电容；
所述第五电阻和所述第三电容串联在所述DC/DC转换器的靴带引脚和开关引脚之间，所述稳压二极管的阳极接地，所述稳压二极管的阴极接所述DC/DC转换器的开关引脚，所述第六电阻接在所述DC/DC转换器的反馈引脚和地之间，所述第四电容接在所述DC/DC转换器的电源输入电压引脚和地之间，所述第一电感的一端接所述DC/DC转换器的开关引脚，所述第一电感的另一端作为所述电压转换电路的输出端，所述第七电阻的一端接所述DC/DC转换器的反馈引脚，所述第七电阻的另一端接所述电压转换电路的输出端，所述DC/DC转换器的电源输入电压引脚通过所述第八电阻连接所述DC/DC转换器的芯片使能引脚，所述第五电容接在所述电压转换电路的输出端和地之间。
6.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述电压转换电路还包括：一三端稳压集成芯片、第六电容和第七电容；
所述三端稳压集成芯片的输入引脚通过第六电容接地，所述三端稳压集成芯片的接地端接地，所述三端稳压集成芯片的输出引脚通过第七电容接地。
7.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述控制模块为单片机STM32F070C6。
8.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述传感器包括门磁传感器、烟雾传感器和光电传感器。
9.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述执行模块包括门磁报警器、烟雾报警器和窗帘电机。
10.如权利要求1所述的智能家居控制电路，其特征在于，所述传感器模块与所述控制模块通过RS485总线通信，所述存储模块与所述控制模块通过I2C总线通信，所述射频模块与所述控制模块通过UART通信。
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