单火线智能开关的研究与设计

摘要

随着物联网相关技术的日益发展，物联网产业应用受到了越来越多的关注。其中，和每个人密切相关的智能家居概念正在逐渐渗入我们的日常生活。对于这种情况，研究家用的单线制智能开关对于实现智能家居具有重要意义，另外，目前市场上的智能开关大多数采用两线制连接，而现阶段装修好的家庭在一般的灯光开关处不会布置零线，因此单线制智能开关在便捷安装方面格外有意义。本文主要完成了单火线智能开关的研究与设计。
　　首先，本文通过阐述本课题的研究背景及其意义，介绍了国内外智能开关的研究和发展现状，概述了智能开关的关键技术。通过对各种技术方案的比较分析，提出了本课题智能开关的总体构架和设计思路。接着介绍了智能开关要实现的功能和技术要求，并在此要求下对指标进行总结，给出了设计任务要达到的指标。
　　接着，介绍了几种单火线电路方案，包括漏电流方案、充电电池方案和电磁感应方案，对电路进行详细的仿真，并详细阐述了各种电路的工作原理，最后对仿真结果进行分析。在仿真的基础上，对取电电路进行设计，重点是电源模块的设计，在分析了实际需求后，完成元器件的选型并进行PCB板的制作，最后对主要的电源模块和电子开关模块进行调试。
　　然后，完成智能开关的软件设计，包括ZigBee的实现，Z-Stack协议栈，OSAL的使用，组网机制，消息机制以及数据收发，并在终端引入睡眠模式，以降低终端功耗。最后介绍了在开发工程中使用的调试方法及功能测试情况并展示了联调结果，完成了控制各种灯具的要求。
　　最后，对本文的工作进行了总结，针对智能开关的一些问题，对后续工作作出了展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 需求分析

1．3．1 单火线智能开关需求

1．3．2 参数规格需求

1．4 单火线智能开关研究问题核心

1．5 单火线智能开关总体方案设计

1．5．1 智能开关介绍

1．5．2 总体设计方案

1．6 论文组织结构

第二章 基于漏电流的单火线智能开关设计

2．1 单线制智能开关问题分析

2．1．1 单线制电子开关带节能灯会闪烁的问题分析

2．1．2 单线制智能开关设计的问题分析

2．2 可控硅取电方案设计

2．2．1 过零检测设计

2．2．2 双向可控硅电路设计

2．2．3 电源模块设计

2．2．4 可控硅开态取电设计

2．2．5 滤波电容储电设计

2．2．6 多路控制开关设计

2．3 MOS管方案设计

2．3．1 供电模块火线取电电路设计

2．3．2 MOS管电路关态取电设计

2．3．3 MOS管电路开态取电

2．4 本章小结

第三章 基于充电电池的单火线智能开关设计

3．1 单火线智能开关问题分析

3．2 充电电池方案的设计

3．3 电路原理设计

3．4 充电电池方案的改进

3．5 充电电池方案解决的问题

3．6 主控制模块和外围电路的设计

3．6．1 ZigBee选型

3．6．2 CC2530芯片介绍

3．6．3 智能开关中关键部分设计

3．6．4 电源模块设计

3．6．5 复位和JTAG调试接口

3．6．6 串口通信模块

3．6，7 过压保护电路

3．7 本章小结

第四章 基于电磁感应的单火线智能开关设计

4．1 RCC介绍

4．2 RC降压方式

4．3 反激式降压电路仿真

4．4 RCC电路设计

4．5 RCC方式反馈稳压设计

4．6 光耦反馈式RCC电路设计

4．7 变压器计算

4．8 本章小结

第五章 智能开关软件设计

5．1 开发环境及Z-Stack协议栈

5．1．1 软件发开环境

5．1．2 Z-Stack协议栈

5．2 Z-Stack运行机制

5．2．1 OSAL

5．2．2 OSAL任务

5．2．3 OSAL运行机制

5．2．4 OSAL消息

5．3 数据传输

5．3．1 数据传输之前的准备

5．3．2 协调器组网

5．3．3 数据传输

5．4 程序设计

5．4．1 通信协议

5．4．2 协调器和终端节点的设计

5．4．3 终端节点睡眠

5．5 本章小结

第六章 智能开关调试及功能测试

6．1 测试环境

6．2 功能测试

6．2．1 ZigBee组网测试

6．2．2 数据收发歪离测试

6．2．3 数据传输延时测试

6．3 智髓开关测试

6．4 本章小结

第七章 结束语

7．1 工作总结

7．2 心得体会

7．3 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文