一种基于ZigBee网络的无线插座的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于ZigBee网络的无线插座，包括电源模块，ZigBee模块，扩展功能模块，电源模块连接ZigBee模块，ZigBee模块连接扩展功能模块，所述ZigBee模块连接有2.4G天线，所述扩展功能模块包括分别与ZigBee模块连接的数码管显示模块，LED灯指示模块，蜂鸣器，功能按键及继电器模块。它采用基于微功耗的单芯片CC2530作为主控器和无线发送接收器，通过一系列的电源转换电路通过AC220转换到DC5V/DC3V直接为弱电部分供电，设计了按键和显示部分来完成传统智能插座的一些预约定时等功能。该插座可以与智能家居系统兼容，通过ZigBee网络实现远程在线控制一些家电设备的开启或关断等功能。
【专利说明】-种基于ZigBee网络的无线插座
【技术领域】
[0001] 本发明涉及ZigBee组网技术的家电领域，特别涉及一种基于ZigBee网络的无线 插座。
【背景技术】
[0002] 现有的插座均为有线插座，使用范围受到插座连接线长度的限制，并且还会由于 插头或连接线损坏导致插座不能使用。
[0003] 随着智能家居的持续火热发展，现在已经有很多关于家电整合无线组网技术、智 慧照明系统等相关产品；在整个智能家居大环境下，市面上采用ZigBee组网技术作为家庭 内部节点连接、信息交互的企业越来越多，也推出了很多好的产品。为了解决上述现有技术 存在的问题，本发明在此背景下推出了基于ZigBee无线组网的多功能智能插座的设计方 案，能够很好融入智能家居产品线。
【发明内容】
[0004] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于ZigBee网络 的无线插座。该插座可以与智能家居系统兼容，通过ZigBee网络实现远程在线控制一些家 电设备的开启或关断等功能。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] 一种基于ZigBee网络的无线插座，包括电源模块，ZigBee模块，扩展功能模块，电 源模块连接ZigBee模块，ZigBee模块连接扩展功能模块，所述ZigBee模块连接有2. 4G天 线，所述扩展功能模块包括分别与ZigBee模块连接的数码管显示模块，LED灯指示模块，蜂 鸣器，功能按键及继电器模块。
[0007] 进一步的，所述电源模块包括AC220到DC12V的转换，DC12V到DC5V的转换，DC5V 到DC3. 3V的转换3个电路部分。
[0008] 进一步的，所述ZigBee模块采用无线通信芯片CC2530，其具有IEEE802·15·4射频 前端。
[0009] 进一步的，所述数码管显示模块选用了两位一体的8位数码管模块，同时通过两 个9015三极管进行驱动显示。
[0010] 进一步的，所述功能按键包括：无线插座开关、预约开关、数码管指示加1、数码管 指示减14,用于实现手动开关无线插座，和预约定时开关插座。
[0011] 进一步的，所述继电器为为10A，250VAC的继电器。
[0012] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明兼容现有智能插座的触摸开关、预 约定时开关等功能；同时采用最新的ZIGBEE组网技术，无缝接入智能家居系统，通过智能 家居遥控器远程无线组网控制开关操作。通过智能家居网关还可以通过移动终端（如手 机、平板等）进行控制，通过智能家居网关的3G或者以太网功能可以实现广域网监控。不 仅具有现有智能插座的各种功能，而且改进了现有无线插座点对点或者点几个点的通信方 式，实现在线组网控制；理论上可以同时控制6万多个点，而且可以路由实现更远距离的控 制。同时也兼容ZIGBEEHA模式，可以直接接入此模式下的其他应用家居的产品。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1、为本发明的结构框图。
[0014] 图2、为电源模块中AC220到DC12V的转换电路。
[0015] 图3、为电源模块中DC12V到DC5V转换电路。
[0016] 图4、为电源模块中DC5V到DC3. 3V的转换电路。
[0017] 图5、CC2530模块设计原理图。
[0018] 图 6、CC2530 模块 PCB 天线。
[0019] 图7、两位数码管电路设计。
[0020] 图8、4个指示LED灯驱动电路。
[0021] 图9、按键驱动电路。
[0022] 图10、蜂鸣器和继电器驱动电路。
[0023] 图11、工作原理流程图。
[0024] 其中，KeyValue :按键值变量；
[0025] SW_Plan :预约开关插座命令值变量；
[0026] SW_Value :远程开关插座命令值变量；
[0027] Timer :预约时间值变量。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图及【具体实施方式】对本发明方案做进一步详细描述。
[0029] 如图1所示，一种基于ZigBee网络的无线插座，包括电源模块，ZigBee模块，扩展 功能模块，电源模块连接ZigBee模块，ZigBee模块连接扩展功能模块，所述ZigBee模块连 接有2. 4G天线，所述扩展功能模块包括分别与ZigBee模块连接的数码管显示模块，LED灯 指示模块，蜂鸣器，功能按键及继电器模块。
[0030] 进一步的，所述电源模块包括AC220到DC12V的转换，DC12V到DC5V的转换，DC5V 到DC3. 3V的转换3个电路部分。
[0031] 进一步的，所述ZigBee模块采用无线通信芯片CC2530，其具有IEEE802·15·4射频 前端。
[0032] 进一步的，所述数码管显示模块选用了两位一体的8位数码管模块，同时通过两 个9015三极管进行驱动显示。
[0033] 进一步的，所述功能按键包括：无线插座开关、预约开关、数码管指示加1、数码管 指示减14,用于实现手动开关无线插座，和预约定时开关插座。
[0034] 进一步的，所述继电器为为10A，250VAC的继电器。
[0035] 本发明的工作原理为：无线插座采用模块化设计，主要由电源模块、ZigBee模块、 扩展功能模块和外观模具部分；这里对外观模具不做详细讨论，主要对前三个部分以及软 件设计做详细介绍。整个无线插座设计架构如图1所示。
[0036] 1、系统硬件设计
[0037] 1· 1、电源模块电路设计
[0038] 电源模块电路设计主要包含：AC220到DC12V的转换（如图2)，DC12V到DC5V的 转换（如图3)，DC5V到DC3. 3V的转换（如图4) 3个电路部分。
[0039] 在图2中采用了 LNK306芯片。LNK306在一片1C上面集成了一个700V的功率 M0SFET、振荡器、简单的开/关控制电路、高压开关电流源、频率调制、逐周期的电流限制及 过温保护电路。
[0040] 输入级由保险电阻F1、二极管D10和D11、电容C18和C21以及电感L2组成。电 阻F1为阻燃可熔的绕线电阻，它同时具备多个功能：a)将整流管D10和D11的浪涌电流限 制在安全的范围；b)差模噪声的衰减；c)在其它任何元件出现短路故障时，充当输入保险 丝的功能（元件故障时必须安全开路，不应产生任何冒烟、冒火及过热发光现象）。
[0041] 功率处理级由LNK306、续流二极管D13、输出电感L1及输出电容C19构成。电容 C19是输出滤波电容，其主要功能是限制输出电压纹波。输出电压的纹波最主要取决于输出 电容的ESR而非电容的容量。
[0042] 二极管D13和D12的正向导通压降是相同的。因此，C22两端的电压会跟踪输出 电压。连接到LNK306FB引脚由R26和R27组成的电阻分压器对C22的电压进行检测及稳 压。
[0043] DC12V到DC5V转换这里选用了常用的7805三端稳压芯片。从图3可看出此电路 较为简单，只需要将图2的输出通过C14/C16两个电容稳定滤波后直接接入到7805的输 入，然后在输出端同样连接两个C15/C17两个稳定滤波电容即可输出稳定的DC5V。
[0044] 由于ZigBee芯片需要3. 3V供电，这里采用芯片TPS79633将图3输出的5V转换 到3. 3V供ZigBee模块电路使用。从图4可以看出，只需要将图3输出接入到TPS79633的 输入，在输入输出端接入稳定滤波电容即可，然后就能稳定输出DC3. 3V。
[0045] 1. 2、ZigBee模块电路设计
[0046] 采用德州仪器的低功耗无线通信芯片CC2530,具有IEEE802. 15. 4射频前端。
[0047] 芯片的RF-P和RF-N引脚为天线接入引脚，Ml为天线接入端；为了节省模块以及 控制板的空间尺寸，这里采用PCB天线设计。PCB天线设计图详见图6所示。
[0048] 如图7所示；芯片的P10?P17作为2位数码管模块的阴极驱动引脚，详见芯片的 P00?P01作为2位数码管模块的阳极驱动引脚；
[0049] 如图8所示，芯片的P02作为4个LED灯指示灯的驱动引脚；
[0050] 芯片的P06作为按键AD输入，详见图9所示；
[0051] 芯片的P03作为蜂鸣器控制引脚、P04作为继电器控制引脚，详见图10.
[0052] CC2530模块设计原理图如图5所示。
[0053] ANTENNA为天线接入端子，这里采用PCB天线设计以节省模块和遥控器空间尺寸， PCB天线设计规格见图6.
[0054] 1. 3、扩展功能部分设计
[0055] 无线插座设计了两位数码管显示，用来显示预约开关功能的时间等信息，电路设 计如图7所示。
[0056] 这里选用了两位一体的8位数码管模块，同时通过两个9015三极管进行驱动显 /_J、1 〇
[0057] 无线插座设计了 4个LED灯用来分别指示：电源、定时、预约开、预约关4种状态， 其电路设计如图8所示。
[0058] 同样选用了 1个9015三极管来驱动4位LED灯。
[0059] 无线插座设计了 4个功能按键：无线插座开关、预约开关、数码管指示加1、数码管 指示减1。设计了 4个功能按键可以实现手动开关无线插座，和预约定时开关插座等功能。 设计电路如图9所示。
[0060] 为了节省芯片引脚，这里采用了 AD采集方式来判断哪个按键被按下。如图9所示， 这里选用了 4个10K(R1\R2\R6\R7)电阻串联分压分别对应不同的按键。
[0061] 无线插座开关选用了 1个10A250VAC的继电器（2500W)，基本上能满足绝大多数的 功率需要；加了一个蜂鸣器来实现一些操作提示；其设计电路如图10所示。
[0062] 蜂鸣器和继电器分别选用了 1个8050三极管来驱动。
[0063] 2、系统软件设计
[0064] 软件功能设计流程图如图11所示。
[0065] 其中
[0066] KeyValue :按键值变量；
[0067] SW_Plan :预约开关插座命令值变量；
[0068] SW_Value :远程开关插座命令值变量；
[0069] Timer :预约时间值变量。
[0070] 本插座不仅可以实现手动开关和预约定时开关功能，还能通过ZIGBEE组网的方 式实现远程遥控开关和预约定时开关。
[0071] 遥控方式可以通过专用ZIGBEE遥控器进行远程控制；或者接入到智能家居网关， 通过手机或平板等移动终端进行局域网控制；或者通过3G或者以太网进行广域网在线监 控。
[0072] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的 保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种基于ZigBee网络的无线插座，其特征在于，包括电源模块，ZigBee模块，扩展功 能模块，电源模块连接ZigBee模块，ZigBee模块连接扩展功能模块，所述ZigBee模块连接 有2. 4G天线，所述扩展功能模块包括分别与ZigBee模块连接的数码管显示模块，LED灯指 示模块，蜂鸣器，功能按键及继电器模块。
2. 根据权利要求1所述的基于ZigBee网络的无线插座，其特征在于，所述电源模块包 括AC220到DC12V的转换，DC12V到DC5V的转换，DC5V到DC3. 3V的转换3个电路部分。
3. 根据权利要求2所述的基于ZigBee网络的无线插座，其特征在于，所述ZigBee模块 采用无线通信芯片CC2530,其具有IEEE802. 15. 4射频前端。
4. 根据权利要求2所述的基于ZigBee网络的无线插座，其特征在于，所述数码管显示 模块选用了两位一体的8位数码管模块，同时通过两个9015三极管进行驱动显示。
5. 根据权利要求2所述的基于ZigBee网络的无线插座，其特征在于，所述功能按键包 括：无线插座开关、预约开关、数码管指示加1、数码管指示减14,用于实现手动开关无线插 座，和预约定时开关插座。
6. 根据权利要求2所述的基于ZigBee网络的无线插座，其特征在于，所述继电器为为 10A，250VAC的继电器。
【文档编号】H01R13/66GK104158031SQ201410383835
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】朱承, 徐欣, 李忠 申请人:重庆电子工程职业学院