新型智能家居無線開關的設計

朱銳

（長江大學文理學院，湖北 荊州433020）

1 無線開關總方案設計

藍牙無線模塊設計方案：Android 手機和MCU 控制面板通過藍牙模塊連接，移動應用程序提供指令。到單片機控制板上相應的模塊，相應的模塊接收到相應的指令后，通過判斷電路判斷后導通，控制燈泡亮與滅。總體的設計結構包括：一是Android 手機APP 部分，二是藍牙通信模塊的部分，三是MCU控制的部分。Android 手機終端APP 可以讓用戶對燈泡的遠距離操控發送指令；藍牙通信模塊部分，可以接收到操作指令同時發送到MCU 上。

圖1 藍牙燈總體設計結構圖

其次無線自發電開關模塊設計： 所有的電路配置都包括決定無線電開關（包括線圈）狀態的電路配置，按下鍵盤立即發電，確認電路結構覆蓋整個模塊，信號屏蔽模塊和微處理器：根據接收階段，生成高質量和低加密處理信號。固定電流模塊如下：塊輸入端子連接線圈輸出端子和線圈輸出模塊，將固態電流模塊輸出信號與微處理器輸出信號分離，提供高電平通道，但防止低電平匹配，其輸出與微處理器的輸入相連。

2 無線開關系統的基本功能

本新型無線開關系統使用了安卓APP 和自發電無線開關兩部分實現對220V 交流電壓燈泡進行雙通道控制。整個電路由無線自發電開關、無線自發電接收器、手機APP、藍牙接收模塊、以及燈泡組成。整個電路主要實現的功能：手機與接收器藍牙連接成功后，接通燈泡電路，可實現無線自發電開關按下，燈泡亮；開關再次按下燈滅；手機點動一下燈泡亮，再次點動一下燈泡滅；也可實現開打燈之后，手機APP 關掉燈。通過兩者的結合實現基于APP 與無線自發電的開關，及安全又環保。

3 無線開關系統的硬件設計

無線開關其主要的結構包括遙控接收器和發射器兩部分組成的。下面來具體介紹這兩個部分。遠程接收器包括無線接收模塊和天線控制模塊以及光控制模塊。無線發射器的模塊則包含了連接的光控制電路和自發電的成功啟動模塊，在這個過程中它們就像發電機一樣是將機械能轉換為電能。發送模塊具有連接無線傳輸模塊的輸出端口，它的機械構建包括底座和類似杠桿的按鍵，這里講到的無線傳輸和自發電的模塊基于底座，自動電源模塊包括與鍵盤相連的輸入能量的機械元件，按動按鍵的時候，機械電源輸入元件正常工作，將機械能量輸出轉換為電、無線傳輸能量。如果通過無線電接受模塊接收到無線電遙控信號，則控制電流導通或者關閉，從而就可以達到控制電燈的熄滅的狀態。

圖2 整流模塊示意圖

下圖就是自發電模塊的簡圖形式，開關為雙開開關其組成部分有：兩個曲桿機構的連接件、兩個線圈、兩個永磁、兩個類似翹板的按鍵以及發射開關的核心模。其原理也是比較簡單的，線圈是固定不動的，通過按壓翹板按鍵，使兩個曲桿滑塊左右移動，做類似于切割磁感線的運動，由于電磁感應的原理就產生了電能，電能輸送到發射器模塊，經過整流器整流之后，發射無線信號。

圖3 開關自發電原理圖

遙控接收器，它主要包括一個結構簡答接收機外殼，這個接收器外殼內部有兩個構建，這兩個構建一個是無線接收模塊，另一個是電燈的控制電路。電光控制電路包括可控制功率組件，并且可控制功率組件的控制端包括兩個控制端子。接收機殼還包括電力系統，并且電力系統包括電力輸入端。電力輸入端的兩個端子分別連接到兩個控制接口。電力系統的功率輸出端連接著一個電路，這個電路就是電光控制電路。可控制的電力元件連接著電燈的回路，它是由兩個控制端子關聯著，串聯接到上述的電路回路中。當可控制的功率元件未接通時，通過燈的泄漏電流會流向電源的輸入端，向電力系統供給電力。降壓電源的電壓，降壓的裝置就在電源的輸入端的后面。

由此，就發生主電源電壓降低，然后就會導致電路中的電流增加。降壓變壓器的輸出端設置有一個元件，這個元件就是存儲電容器，它的作用就是儲存電能。電燈控制電路可以包括至少兩個的電力元件，為了實現兩個或者兩個以上甚至多個燈，對他們進行控制。

圖4 開關發射器實物圖

4 無線開關手機APP 端設計

手機APP 的設計基于藍牙，類似于電磁繼電器，通過藍牙匹配連接控制，創建唯一的設備ID，同類設備之間獨立工作，每個設備之間互不影響。手機通過密碼匹配與接收器相連，手機發送指令，來控制接收器繼電器的高低電平，從而實現鍵位閉合，達到手機控制無線自發電開關的目的。

圖5 手機APP 界面

本次這個手機軟件的設計，主要實現了的功能如下，APP 界面有：點動、自鎖、定時設置、以及名稱修改和密碼修改。在藍牙連接成功后，通過手機按鍵點動或自鎖來控制燈泡的閃爍或燈泡長時間的亮滅。通過定時設置，來控制燈的開啟時間和關閉時間。以及對APP 的名稱修改和密碼修改。

圖6 整體實物圖

5 結論

本次設計的開關，是基于智能家居系統的。軟件和硬件方面是基于藍牙芯片和基于CTM2751A 芯片的無線自發電的開關，實現了開關和手機雙控制的無線設計。舍棄了原有傳統開關的繁瑣安裝步驟，需要挖墻、布線、回填。這個安裝過程一方面復雜而且在安裝過程中會產生大量的建筑垃圾和噪音以及灰塵的污染。此次設計智能無線開關安裝簡易操作簡單，避免了生活的觸電危險，大大便利了我們的生活。

隨著物聯網的進步和改進，其自身的市場占有率也在不斷的提高和發展，無線智能開關系統的設計為降低產品成本、方便消費者生活提供了新的可能。