新型智能家居无线开关的设计

朱锐

（长江大学文理学院，湖北 荆州433020）

1 无线开关总方案设计

蓝牙无线模块设计方案：Android 手机和MCU 控制面板通过蓝牙模块连接，移动应用程序提供指令。到单片机控制板上相应的模块，相应的模块接收到相应的指令后，通过判断电路判断后导通，控制灯泡亮与灭。总体的设计结构包括：一是Android 手机APP 部分，二是蓝牙通信模块的部分，三是MCU控制的部分。Android 手机终端APP 可以让用户对灯泡的远距离操控发送指令；蓝牙通信模块部分，可以接收到操作指令同时发送到MCU 上。

图1 蓝牙灯总体设计结构图

其次无线自发电开关模块设计： 所有的电路配置都包括决定无线电开关（包括线圈）状态的电路配置，按下键盘立即发电，确认电路结构覆盖整个模块，信号屏蔽模块和微处理器：根据接收阶段，生成高质量和低加密处理信号。固定电流模块如下：块输入端子连接线圈输出端子和线圈输出模块，将固态电流模块输出信号与微处理器输出信号分离，提供高电平通道，但防止低电平匹配，其输出与微处理器的输入相连。

2 无线开关系统的基本功能

本新型无线开关系统使用了安卓APP 和自发电无线开关两部分实现对220V 交流电压灯泡进行双通道控制。整个电路由无线自发电开关、无线自发电接收器、手机APP、蓝牙接收模块、以及灯泡组成。整个电路主要实现的功能：手机与接收器蓝牙连接成功后，接通灯泡电路，可实现无线自发电开关按下，灯泡亮；开关再次按下灯灭；手机点动一下灯泡亮，再次点动一下灯泡灭；也可实现开打灯之后，手机APP 关掉灯。通过两者的结合实现基于APP 与无线自发电的开关，及安全又环保。

3 无线开关系统的硬件设计

无线开关其主要的结构包括遥控接收器和发射器两部分组成的。下面来具体介绍这两个部分。远程接收器包括无线接收模块和天线控制模块以及光控制模块。无线发射器的模块则包含了连接的光控制电路和自发电的成功启动模块，在这个过程中它们就像发电机一样是将机械能转换为电能。发送模块具有连接无线传输模块的输出端口，它的机械构建包括底座和类似杠杆的按键，这里讲到的无线传输和自发电的模块基于底座，自动电源模块包括与键盘相连的输入能量的机械元件，按动按键的时候，机械电源输入元件正常工作，将机械能量输出转换为电、无线传输能量。如果通过无线电接受模块接收到无线电遥控信号，则控制电流导通或者关闭，从而就可以达到控制电灯的熄灭的状态。

图2 整流模块示意图

下图就是自发电模块的简图形式，开关为双开开关其组成部分有：两个曲杆机构的连接件、两个线圈、两个永磁、两个类似翘板的按键以及发射开关的核心模。其原理也是比较简单的，线圈是固定不动的，通过按压翘板按键，使两个曲杆滑块左右移动，做类似于切割磁感线的运动，由于电磁感应的原理就产生了电能，电能输送到发射器模块，经过整流器整流之后，发射无线信号。

图3 开关自发电原理图

遥控接收器，它主要包括一个结构简答接收机外壳，这个接收器外壳内部有两个构建，这两个构建一个是无线接收模块，另一个是电灯的控制电路。电光控制电路包括可控制功率组件，并且可控制功率组件的控制端包括两个控制端子。接收机壳还包括电力系统，并且电力系统包括电力输入端。电力输入端的两个端子分别连接到两个控制接口。电力系统的功率输出端连接着一个电路，这个电路就是电光控制电路。可控制的电力元件连接着电灯的回路，它是由两个控制端子关联着，串联接到上述的电路回路中。当可控制的功率元件未接通时，通过灯的泄漏电流会流向电源的输入端，向电力系统供给电力。降压电源的电压，降压的装置就在电源的输入端的后面。

由此，就发生主电源电压降低，然后就会导致电路中的电流增加。降压变压器的输出端设置有一个元件，这个元件就是存储电容器，它的作用就是储存电能。电灯控制电路可以包括至少两个的电力元件，为了实现两个或者两个以上甚至多个灯，对他们进行控制。

图4 开关发射器实物图

4 无线开关手机APP 端设计

手机APP 的设计基于蓝牙，类似于电磁继电器，通过蓝牙匹配连接控制，创建唯一的设备ID，同类设备之间独立工作，每个设备之间互不影响。手机通过密码匹配与接收器相连，手机发送指令，来控制接收器继电器的高低电平，从而实现键位闭合，达到手机控制无线自发电开关的目的。

图5 手机APP 界面

本次这个手机软件的设计，主要实现了的功能如下，APP 界面有：点动、自锁、定时设置、以及名称修改和密码修改。在蓝牙连接成功后，通过手机按键点动或自锁来控制灯泡的闪烁或灯泡长时间的亮灭。通过定时设置，来控制灯的开启时间和关闭时间。以及对APP 的名称修改和密码修改。

图6 整体实物图

5 结论

本次设计的开关，是基于智能家居系统的。软件和硬件方面是基于蓝牙芯片和基于CTM2751A 芯片的无线自发电的开关，实现了开关和手机双控制的无线设计。舍弃了原有传统开关的繁琐安装步骤，需要挖墙、布线、回填。这个安装过程一方面复杂而且在安装过程中会产生大量的建筑垃圾和噪音以及灰尘的污染。此次设计智能无线开关安装简易操作简单，避免了生活的触电危险，大大便利了我们的生活。

随着物联网的进步和改进，其自身的市场占有率也在不断的提高和发展，无线智能开关系统的设计为降低产品成本、方便消费者生活提供了新的可能。