一种低成本的智能家居无线收发系统

摘要

本实用新型公开了一种低成本的智能家居无线收发系统，包括主控制模块、LED指示灯电路模块、开关按键电路模块、RF天线、电源供电电路模块、扩展外设和智能家居设备；LED指示灯电路模块与主控制模块电连接，用于根据产品的不同工作状态显示不同的灯光颜色；开关按键电路模块与主控制模块电连接，用于实现蓝牙配对连接；RF天线通过天线滤波电路与主控制模块电连接，用于与手机端进行配对连接；主控制模块与扩展外设电连接，用于实现多种扩展功能；所述主控制模块与智能家居设备电连接，实现数据的交换和相关的控制功能。本实用新型可以通过该芯片的I/O口进行多种功能设备的扩展连接，即可实现智能家居物联网领域的相关设备的功能。

说明书

技术领域

本实用新型涉及物联网智能家居控制领域，特别涉及一种低成本的智能家居无线收发系统。

背景技术

随着社会的不断进步发展，通信技术的日新月异，依赖高速信息交互通信技术的智能家居产品逐渐走进千家万户，以前的家用电器，如电视机、DVD、空调等都是通过红外遥控器的传统方式进行控制，这种信号的控制方式弊端很多，比如距离短，不能有障碍物的遮挡，方向要对准红外接收口等缺点。

再到后期出现的射频315MHz，433MHz的无线通信技术，这种技术克服了红外遥控器的一些缺点，但是这种通信技术很容易被破解导致设备的不安全，同时受限于一些没有wifi，3G/4G/5G移动网络信号的场合。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术缺陷，提供一种低成本的智能家居无线收发系统，通过利用蓝牙的无线通信方式实现物联网设备的连接与控制，可以实现固定设备，移动设备以及楼宇间的个人域网之间的短距离数据传输交换。

本实用新型的目的是这样实现的：一种低成本的智能家居无线收发系统，包括主控制模块、LED指示灯电路模块、开关按键电路模块、RF天线、电源供电电路模块、扩展外设和智能家居设备；

所述LED指示灯电路模块与主控制模块电连接，用于根据产品的不同工作状态显示不同的灯光颜色；

所述开关按键电路模块与主控制模块电连接，用于实现蓝牙配对连接；

所述RF天线通过天线滤波电路与主控制模块电连接，用于与手机端进行配对连接，实现通过手机安装的应用程序软件进行相关的功能控制；

所述电源供电电路与主控制模块电连接，用于给主控制模块提供工作电压；

所述主控制模块与扩展外设电连接，用于实现多种扩展功能；所述主控制模块与智能家居设备电连接，实现数据的交换和相关的控制功能。

本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：采用低功耗的蓝牙无线通信方式作为智能家居的收发装置的通信方式，这种方案设计主要的优势一个是节省电力，另一个突出的优势就是成本低，蓝牙作为一项很成熟的技术，现在的智能手机，笔记本电脑，平板电脑和一些智能穿戴设备等都属于标配，而且蓝牙处于一个全球性通用的无线频段，不受FCC的频段限制。可以通过主控制模块的I/O口进行多种功能设备的扩展连接，可扩展性强，具有蓝牙功能的设备都可以进行相互配对连接，蓝牙的通信方式还具有性能安全，通讯识别性强，高加密性及高稳定性等优点。

为了实现多种扩展功能，所述扩展外设通过IO接口与主控制模块电连接。

为了实现智能设备的相关控制，所述智能家居设备通过UART接口与主控制模块电连接。

进一步的，所述扩展外设包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。

为了实现蓝牙无线发送接收功能，所述主控制模块采用NRF52840主控芯片。

附图说明

图1本实用新型的工作原理框图。

图2本实用新型LED指示灯电路模块电路原理图。

图3本实用新型开关按键电路模块电路原理图。

图4本实用新型主控制模块电路原理图。

具体实施方式

如图1所示的一种低成本的智能家居无线收发系统，包括主控制模块、LED指示灯电路模块、开关按键电路模块、RF天线、电源供电电路模块、扩展外设和智能家居设备；LED指示灯电路模块与主控制模块电连接，用于根据产品的不同工作状态显示不同的灯光颜色；开关按键电路模块与主控制模块电连接，用于实现蓝牙配对连接；RF天线通过天线滤波电路与主控制模块电连接，用于与手机端进行配对连接，实现通过手机安装的应用程序软件进行相关的功能控制；电源供电电路与主控制模块电连接，用于给主控制模块提供工作电压；主控制模块采用NRF52840主控芯片，主控制模块通过IO接口与扩展外设电连接，用于实现多种扩展功能；主控制模块通过UART接口与智能家居设备电连接，实现数据的交换和相关的控制功能；扩展外设包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器。

如图2所示，LED的共阳极连接到3.3V的电源，LED的三路颜色的引脚分别与R1、R2、R3进行串联，起到了限流的作用。然后分别连接到NPN型三极管Q1、Q2、Q3的集电极上，发射极与GND相连，三极管的基极分别连接到单片机的三个GPIO口BLED，GLED与RLED上，通过单片机I/O的不同状态进行LED的控制从而显示不同的颜色。

如图3所示， SW1一端接地，另外一端连接到主控制模块的nPBTN脚，通过按键的长按或者短按实现相对应的功能；长按的时候进入蓝牙的配对模式。此时LED灯会闪烁红色。X1为Type-C接口的USB插座，CC2与电阻R6串联并接GND，CC1与电阻R5串联接GND，D+与D-并联电阻R4，D1为静电保护二极管，可以对±30KV的静电进行保护。负极与电源VBUS相连，正极接地。当产品受到高压静电时可以保护主芯片及整个系统的安全不被击穿破坏。

如图4所示，主控制模块由IC81构成的单片机芯片以及外围的辅助电路构成，VDD引脚连接到3.3V电源，并联C88，C93，C96，C86对地电源滤波电容，使得主芯片的供电更稳定。DCC引脚串联L92，L91两颗电感，与C89，C90滤波电容连接与DEC6脚相连，C91电容对地连接，构成1.3V的电源输出网络， XC1引脚与XC2引脚并联XTAL2的晶振电路C83，C84为晶振的旁路匹配电容，可以通过调整这两个电容的容值调整晶振的频率输出更精确。DC3引脚并联C92的滤波对地电容。ANT为RF天线接口引脚，通过C99，L99，C98，Z1，Z2，Z3构成的滤波电路与ANT1的板载RF天线进行连接。SWDIO与SWDCLK连接到XP的4、5脚，与电源3.3V和GND构成主芯片的软件烧录接口。芯片的GPIO口P0.12与P1.09作为UART的RX与TX引脚。通过RX与TX这两个串口通信线即可与其他智能家居的产品进行线性连接，从而可以实现数据的交换传输，进而可以实现相关功能。比如控制电机，控制灯光电路，接收一些传感器的数据等，如温度，湿度，压力等等，还可以与一些热释电红外报警装置，磁控开关型的门磁报警装置等连接。实时显示家庭环境等信息。

主控制模块采用NRF52840主控芯片，该芯片拥有丰富的I/O接口以及高灵敏度接收特性。主要原理即运用NRF52840作为主控芯片，该IC是NORDIC公司基于ARM Cortex-M4CPU和浮点计算单元（FPU）设计的单片机，具有1MB闪存和256KB RAM。主频速度可以达到64MHz。本实用新型主要利用该芯片的自带蓝牙无线发送接收功能，通过与天线滤波电路连接到板载RF天线，可以实现发射功率从﹢8dBm至-20dBm的范围，保证了无线信号的发送距离。而且接收灵敏度可以在数据速率为125kbps时达到-103dBm，1Mbps也可以达到-95dBm，这样高的灵敏度就可以实现远距离而且超低功耗的设计。

通过板载的RF天线蓝牙的无线信号与智能手机进行配对连接即可实现通过手机安装的应用程序软件进行相关的功能控制，也可以将一些传感数据发送给手机端，可以实时显示比如温度、湿度、压力等等数据信息。通过与之连接的开关按键电路即可实现蓝牙的配对连接，LED指示灯电路拥有红、绿、蓝三色，可以通过软件的控制显示不同的颜色，从而清晰的知道产品的工作状态。

该主控制模块（单片机）拥有48个GPIO端口，可以支持多个扩展外设的连接，比如温度传感器，湿度传感器，压力传感器等，还有连接LCD或LED的显示器等等丰富的扩展功能。通过该单片机自带的RX、TX的UART接口与智能家居产品进行有线连接，从而可以实现数据的交换传输，进而实现相关的控制功能。比如连接一个电机控制模块电路即可实现对电机的控制，比如电机安装在电动窗帘上就可以实现电动窗帘的控制。再比如连接一个智能门锁上，即可实现远程的开锁控制。比如连接到一个智能灯具的控制终端，即可实现通过手机端进行室内的灯光控制，类似这样的连接不同的智能家居产品就可以实现不同智能家居产品的功能无线远程控制。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。