一種基于微控制器的智能家居電能控制系統

圖5 煙霧檢測電路原理圖

2.3 時鐘模塊

時鐘模塊除了顯示系統時間以外，還可對單個插座進行通斷電定時。時鐘電路原理圖如圖6所示，DS1302通過串行方式與MCU通信，為保證信號傳輸的穩定性，接口已做上拉處理。芯片采用雙電源供電，主電源正常工作時可以對備用電源進行涓細電流充電;在掉電情況下啟動備用電源，避免因突然停電而造成時鐘停滯 。考慮到使用的便捷性，遙控器由鋰電池供電。DS1302的主電源引腳VCC2連接到集成穩壓器的3.3 V輸出，而備用電源引腳VCC1與4700 μF的電容串接，兩個電源引腳之間通過二極管隔離。由于芯片耗電量很低，在更換電池的過程中，電容的放電作用可以暫時維持芯片運行。

圖6 時鐘電路原理圖

2.4 射頻收發模塊nRF905

射頻收發模塊是連接插座與遙控器的橋梁。nRF905集成收發器能在3個ISM頻段配置使用，且功耗很低。本系統中的所有節點均設置在433 MHz頻段工作嘲，射頻收發電路原理圖如圖7所示，其中的SMA接口用來連接特性阻抗為5O Ω的單端天線，有利于信號的全向輻射。單端天線又被稱為非平衡天線，其主要參考點為信號地，而nRF905的天線接口(引腳ANT1和ANT2)為差分射頻輸出端口。為了維持信號平衡，保證兩個端口的阻抗匹配，此處在兩者之間增加了balun(平衡月乍平衡)電路，對芯片輸出端的特性進行調節。

圖7 射頻收發電路

2.5 GSM通信模塊

將短距射頻網絡與GSM技術相結合，既發揮了短距射頻網絡配置靈活的特點，又發揮了GSM技術在通信距離上的優勢。GSM通信電路的核心是SIM300模塊，其外圍電路如圖8所示。

圖8 GSM通信電路原理圖

原理圖SIM300通過串口與MCU通信，模塊與SIM卡之間串聯的22 Ω電阻用于阻抗匹配。為保證信號的傳輸質量，SIM卡數據線作了上拉處理，與引腳并聯的SMF05C型靜電抑制器用于靜電防護。電源與地之間并聯的100 μF鉭電容和1 μF陶瓷電容用于去除低頻毛刺，并在一定程度上兼顧了高頻特性。按下按鍵S1，使PWRKEY引腳的電位拉低約2 s左右，可以完成模塊的上電與掉電，當前狀態由串聯在VDD_EXT引腳上的發光二極管指示。為了便于程序控制，在原有按鍵的基礎上增加了一種三極管開關電路，當模塊工作異常時，可以通過軟件改寫PWR端口的狀態來實現SIM300的自動復位。

3 軟件設計

遙控器和插座對于整個射頻無線網絡而言都是其中的節點，但硬件結構上的差異決定了兩者功能與地位上的不同，也使得兩者在軟件設計的方式上有所差別。