开关(ON/OFF)控制又称BANG-BANG控制，由于这种控制方式简单且易于实现，因此在许多家用电器和照明灯具的控制中被采用。它和机械式墙壁开关相比，功能特色多、使用安全，而且式样美观。打破了传统墙壁开关的开与关的单一作用，除了在功能上的创新还赋予了开关装饰点缀的效果。智慧开关被广泛应用于家居智慧化改造、办公室智慧化改造、工业智慧化改造、农林渔牧智慧化改造等多个领域，极大节约了能源，提高了生成效率和降低了运营成本，真正的做到了智慧行天下。随着以iPhone，iPad为代表的智慧移动终端的普及，智慧开关的内涵也在发展，逐渐成为手机控的首选应用，在保留遥控开关的基础上，也拓展出智慧家居中的能源消耗监控，云服务后台的节点策略建议推送等多种复合的场景增值服务模式，智能开关也在经历由单一的个体，散户走向家庭集约联动的综合能源部署阶段。世平策略合作方案商RayLink推出基于NXPJN5168智慧开关方案，在传统开关的基础上，加入ZigBee模块，不仅改良了传统开关的网关，也实现了通过手机控制开关。►方案方块图►核心技术优势1.控制灯具：本方案支持传统功能的通过触控按键对日常灯具的控制。2.手机控制：本方案支持将信号通过ZigBee网关传至其他设备，如手机、平板等设备，对灯具进行控制。►方案规格本方案供电方式为零火线供电AC175-235V。本方案支持功率为：阻性负载2000W（钨丝灯、白炽灯），感性或容性负载1000W（LED、日光灯、节能灯）本方案工作频率为2.4GHz，兼容ZigBee协议。本方案采用JN5168无线模块，可支持多个网络堆栈（包括ZigBee®HomeAutomation、ZigBeeLightLink、ZigBeeSmartEnergy、JenNet-IP™和RF4CE），并且体积小巧（只有16mmx21mm），还能提供极低的发送和接收功耗。所有模块均采用256kB的闪存、32kBRAM和4kBEEPROM，以及同类最佳低功耗睡眠模式。SPI接口可连接其他外部闪存，用于需要更新无线固件的应用以及所有其他主要功能和芯片I/O，如可以访问I2C、ADC、UART和PWM。来源于大大通。

生活中您是否也会这样或那样的不便，如各种隔夜充电问题、匆匆离家或离开单位，工位上的电器忘记关闭、回家不能立刻舒服的洗个热水澡等等，这一切都交给世平策略合作方案商RayLink推出的基于ZigBee墙壁插座吧！随着照明行业掀起智能家居产品热潮，小到家庭某个电子产品的智能化，大到整个家电智慧一体化，都是通过手机或iPad借助网络远程进行控制。各大进军智慧设备行业的公司，也在一步一个脚印的研发高体验的产品。世平策略合作方案商RayLink推出基于NXPJN5168ZigBee入墙智能插座，具备通过移动智能终端控制电源开关，定时延时等常规功能，节能高效，给用户带来方便舒适的生活。►方案方块图►核心技术优势①远程控制：使用ZigBee无线传输模块将信息传送给MCU，之后MCU根据接收到的信息对继电器进行开启或断开的操作，以达到通电和断电的效果；②定时控制：发送指定的通电时间给MCU，之后MCU对继电器进行相应的操作，使继电器在指定的通电时间内开启；③三种工作模式：远程按键控制、上位机控制和手机APP控制。►方案规格本方案采用零火线供电AC175-235。本方案功率为30A（4000W），可以支持空调等大功率家电。本方案工作频率为2.4GHz本方案无线接收灵敏度：本方案采用JN5168无线模块，可支持多个网络堆栈（包括ZigBee®HomeAutomation、ZigBeeLightLink、ZigBeeSmartEnergy、JenNet-IP™和RF4CE），并且体积小巧（只有16mmx21mm），还能提供极低的发送和接收功耗。所有模块均采用256kB的闪存、32kBRAM和4kBEEPROM，以及同类最佳低功耗睡眠模式。SPI接口可连接其他外部闪存，用于需要更新无线固件的应用以及所有其他主要功能和芯片I/O，如可以访问I2C、ADC、UART和PWM。来源于大大通。

红外转发器，就是把射频信号转发为红外信号，来控制家中的电器，射频可以穿墙，红外信号是不能穿墙的，为了能实现远距离控制电器，世平集团策略合作伙伴RayLink基于NXPJN5168红外入侵感应方案。智能家居主机要控制家电，发出射频信号到红外转发器，红外转发器把射频信号转发成可以控制家电的红外信号，达到控制电器的功能，目前市场上红外转发器品种多世平集团策略合作伙伴RayLink基于NXPJN5168红外入侵感应方案，内嵌了Zigbee收发模块，信号强，传输稳定，全无线控制，适合更多使用者的需要。►方案方块图►核心技术优势1、信号转换：本方案支持通过ZigBee无线网络接受控制信号，并转换为红外信号。2、控制家电：控制家中空调、电视等电器。每个红外转发器最多可以发射12组红外信号，即最多可以控制电器的12个功能。具有全方位的红外发射效果。►方案规格本方案无线接收灵敏度：-90dbm；本方案无线接收段数：16本方案工作频率为2.4GHz本方案红外接收频率：38KHz；红外遥控距离：＞5m；工作温度：0～70。本方案采用JN5168无线模块，可支持多个网络堆栈（包括ZigBee®HomeAutomation、ZigBeeLightLink、ZigBeeSmartEnergy、JenNet-IP™和RF4CE），并且体积小巧（只有16mmx21mm），还能提供极低的发送和接收功耗。所有模块均采用256kB的闪存、32kBRAM和4kBEEPROM，以及同类最佳低功耗睡眠模式。SPI接口可连接其他外部闪存，用于需要更新无线固件的应用以及所有其他主要功能和芯片I/O，如可以访问I2C、ADC、UART和PWM。来源于大大通。

多年来，制造商不断向市场推出LED灯，其最终目标是要用来取代白炽灯和紧凑型荧光灯（CFL）。这些灯泡设计的演变经历了从非常简单的不可调光方案，到高级但昂贵的可调光方案，再到性价比更高的可调光方案。许多LED灯都宣称可调光，但实际上，很多LED灯的性能并不十分理想，且由于所使用的调光器和电路负载不同而性能各异。有时，将LED灯安装在设有调光器的室内后，LED灯会出现闪烁且无法均衡调整光亮度的情况。这些缺陷是由于现阶段美国使用的大部分调光器都是基于双向晶闸管（TRIAC）二线前沿切相电路的，这些电路开发于20世纪60年代，适用于电阻式白炽灯。TRIAC是一种双向半导体电源开关，由可变定时电路生成的脉冲触发，并在传导电流高于保持电流时维持导通。调光器电路的种类有很多，使用了不同特性的器件以及不同的控制电路和滤波元件。LED灯的驱动器电路将交流输入电源转换为低压直流电源，并维持一个稳定电流，驱动高亮度LED负载获得恒定光输出。要想通过基于双向晶闸管的调光器来调节基本的LED驱动器电路，就必须额外添加一些元器件来实现稳定的调光器运行，并根据调光器相位角来调节输出电流。由于调光器差异较大，所连接的LED调光电路性能也有所不同。由于现在还未出台明确标准来划分带有调光器的LED灯泡的性能，使这一问题变得更加复杂。至多会有一些灯泡制造商提供调光器列表，列明他们认为可与其产品兼容的调光器。在美国能源部（DoE）的支持下，美国电气制造商协会（NEMA）正着手制定适用于由切相调光器驱动的LED灯的调光标准，包括决定是否达到可接受性能的测试程序及指标。希望这一标准最终能够帮助清理掉市场上那些声明可调光，但性能远未达到终端用户所期待的柔和、稳定如白炽调光预期的产品。大部分LED灯泡使用的驱动电路都包含降压、升降压或反激式转换器。在各种情况下，都可通过修改基本电路来实现可接受的调光性能，同时不会增加器件的成本和复杂性。这样就可以提升可调光驱动器的性能，进而满足消费照明市场的成本节约要求。兼容性的问题在于TRIAC调光器电路如何与LED驱动器输入电路进行交互。单级LED驱动器示例电路（图2）取代了图1中代表白炽灯的电阻性负载。尽管这一电路由于在稳定运行时的高功率因数模拟了电阻性负载，但其前端也包括了EMI滤波所必需的电容器。此外，LED灯泡所消耗的功率比同等白炽灯的25%还要少。结果就是，在TRIAC触发前，调光器在交流线路半周期中主要承受电容性负载。图1:典型的调光器原理图图2:基本的LED驱动器电路框图图1所示的双向触发电路若想要按照设计目标运行，还需要一条电阻性路径至中性点。如果改为电容性负载，这一电路将无法正常运行，并导致周期转换时出现不稳定触发的情况，具体表现为输出的光不停闪烁。调光器和LED驱动器中的EMI滤波器，还会由TRIAC启动时的高dv/dt引起振铃振荡。振荡幅度达到一定程度时，会导致电流降至“保持电流”以下，从而使TRIAC关闭，而无法在下一次线路过零之前维持TRIAC导通。这一情况通常会由于触发电路重触发TRIAC,导致其在单个线路半周期中多次开和关。除了给元器件造成应力并很可能破坏调光器或LED驱动器之外，这将导致出现严重的闪烁以及令人不悦的噪声情况。假设使用LED灯所适用的调光器来替代该调光器并不是理想的解决方案，那么可以通过修改LED驱动来解决上述问题，从而实现LED驱动与标准调光器的搭配使用。图3:可调光LED驱动示意图。示例电路（图3）为单级LED反激式转换器，同样的技术也可用于升降压或适应性降压转换器。首先，必须在设计输入滤波器时将输入电容保持在最小值，这样也有助于实现最佳的功率因数。下一步介绍的是有源衰减器及无源泄放器电路。衰减电路在TRIAC触发时会限制冲击电流，从而极大地抑制振铃，以至TRIAC保持导通状态。短暂延时后，衰减电阻被一个小的MOSFET所旁路，以防止在余下的导通期间产生功率损耗。为将低功率驱动器成本降至最低，可忽略旁路MOSFET及其相关的驱动电路，但这会导致电阻器的散热及相关的效率损失。可使用无源泄放器电路代替一些调光解决方案中使用的有源泄放器。该串联RC网络从触发点开始传导电流，时间足够开关转换器开始抽取电流，这有助于确保电流在这一期间不会降至保持电流以下。以恒定导通时间运行的反激式或升降压转换器作为接至直流总线的主要电阻性负载，可在下次线路过零前保持调光器TRIAC的导通状态。转换器需要抽取足够多的电流，以保持在TRIAC保持电流之上。单级PFC反激式或升降压转换器通常可以实现这一目标。此处所述电路采用了IRS2983控制器IC,其运行在电压模式下。COMP输入端上的直流电压电平决定了开关周期的导通时间。因为控制器IC常与初级侧调节一起使用以保持恒定的输出功率，所以必须在这一输入端上增加齐纳二极管来钳位COMP电压。这就对最大导通时间设置了限制，以致在调光期间，当直流总线电压下降时，导通时间就无法增加来进行补偿。结果就是，随着调光器设置的降低及直流总线电压的下降，输出电流也会降低。这样就可以在无需采用更复杂的电路来检测调光器相位角或调节输出的情况下，通过调节调光器控制将灯光亮度调节至低于20%。同时，必须在调光关闭期间释放控制器VCC电源，以确保IC仅在所需时段运行。为此使用了一个高压二极管连接VCC与直流总线。有源衰减器及无源泄放器电路也可与降压转换器一起使用，但结果取决于LED电压。由于在线路电压低于输出电压时转换器无法抽取电流，相位调光运行范围将受到限制。出于这一原因，LED电压最好保持较低，但也不能太低，否则电路将变得无效，需要使用过大的电感器。对于保持合理调节范围的120VAC系统，LED电压最好是20V~40V。CCM降压LED控制器IC（如IRS2980）可在不平滑的总线电压始终高于LED总输出电压的同时，维持LED灯的平均电流调节。本文介绍的这些简单技巧在与所述的LED转换器一起使用时，可使大多数基于TRIAC的调光器实现无闪烁的平滑调光效果。来源：维库电子市场网

随着能源成本上升及消费者对家电节能意识增强，世界各国政府纷纷出台更加严格的能效标准或高能效激励措施以提升白家电能效。如美国能源部建议实施新的能效标准以减少电冰箱、空调和洗衣机的能源使用，某些情况下强制要求能效提升多达35%。日本的能效“领跑者”（TopRunner）项目自实施以来，也大幅提升了空调及电冰箱的能效要求。家电中通常要使用多种不同的电机来控制不同功能。电机包括交流（AC）电机和直流（DC）电机。其中DC电机包括有刷直流电机和无刷直流（BLDC）电机。BLDC电机分旋转电机和步进电机，具有显着的节能、低噪声和优异变速性能等特性，广泛应用于电冰箱、空调及洗衣机等家电应用。设计人员要设计高能效的家电产品，就需要在设计中选择高能效的电源转换及电机驱动/控制方案。安森美半导体积推动高能效创新，提供宽广阵容的产品及方案。本文将分析家电中的电机应用，并介绍安森美半导体应用于典型家电产品的电机驱动及控制方案。家电应用要求及设计挑战针对家电中的不同电机应用对电压及电流范围的不同要求，安森美半导体提供宽广阵容的高能效电机驱动/控制方案，支持最高电压达600V,最大电流达50A。这些电机驱动器包括4种，分别是12VBLDC电机驱动器、24VBLDC电机驱动器、3相BLDC驱动器控制器（驱动电压达240V）及600V或更高电压BLDC电机驱动器。除了要匹配不同的电压/电流要求，工程师在家电应用设计的另一共同挑战是能耗问题。例如，如果风扇驱动器的电路板内置，就会产生热量及并要求消耗额外的电能来把它冷却。因此，工程师可能会同时要求高能效及具强力冷却功能的电机。图1:用于家电的电机驱动器/控制器电压/电流范围概览。此外，用户要求家电产品减小电机产生的恼人噪声，希望有舒适宁请静的使用体验。因此，工程师要选择产生更低噪声的电机。有些家电如电冰箱，由于用户的居住空间有限，他们会青睐体积小巧的电冰箱。这趋势导致工程师采用更小的电机以优化占用空间。由于家电要求采用高压电源来驱动，耐用性、安全性及可靠性很重要。用于典型家电应用的电机驱动器方案1.电冰箱据统计，高档电冰箱中使用的电机最多，可能达5个或更多，典型应用包括阻尼器、风扇、制冰机、压缩机、气流调节及冷却流泵等。最基础功能的电冰箱也有压缩电机和冷却流泵。较高端的产品使用风扇及阻尼器，利用电机进行气流调节。制冰机可能使用2个电机，一个用于出冰，另一个用于清空制冰托盘。图2:电冰箱中的电机应用1）压缩机驱动所有的电冰箱都有压缩机。最新的压缩机使用工作电压为600V的BLDC电机设计，要求电机驱动器具有高击穿电压、高能效及高可靠性。针对压缩机电机驱动应用，建议使用安森美半导体用于3相电机控制的智能功率模块（IPM），如单分流电阻型的STK551U362A-E（10A）和STK531U3x2x-E（5A到10A），以及三分流电阻型的STK554U362A-E（10A）和STK534U3x2x-E（5A至10A）。这些IPM使用安森美半导体独特的绝缘金属基板技术（IMST），在铝板也就是在金属基板上搭建电子电路，使多种元件能够封装在同一个模块IC中，包括电阻和电容等分立无源元件、二极管和晶体管等分立有源元件，以及更复杂的IC或专用集成电路（ASIC），如门极驱动器、数字信号处理器（DSP）、逻辑元件等。IMST也能使功率输出电路、控制电路及其外围电路贴装在相同基板上。这些IPM提供高能效、高可靠性及高安全性，跟采用分立元件实现的大电流设计相比，能帮助大幅减少元件数量，减小电路板占用空间，降低系统总成本，减少散热及提升可靠性。图3:安森美半导体智能功率模块（IPM）采用IMST将多种元器件封装为模块。2）自动制冰机驱动电冰箱自动制冰机使用有刷电机，一项功能是开启和关闭用于填充托盘的供应阀，另一项功能是一旦水结冰就翻转托盘。这两个功能都可以使用H桥电机驱动器来实现。安森美半导体提供用于自动制冰机电机驱动的器件包括LB1948M和LV8548M等。这些器件提供高击穿电压、高能效和变速控制等关键特性。其中，LB1948M是2通道、12V低饱和电压驱动、正向/反向电机驱动器，采用强固的击穿设计，在待机模式下的电流消耗为零。LV8548M是单低导通阻抗DMOS驱动器，励磁模式包括满步及半步等，提供不同的步幅调节；这器件的导通阻抗仅为1Ω，帮助提升能效；待机模式下的电流消耗同样为零，提供低能耗工作。3）通风电机对于电冰箱而言，通过风机通风来排热是重要功能，要求电机驱动器具有安静驱动、高能效及变速控制等特性。安森美半导体提供应用于电冰箱通风的创新、高能效的无传感器型电机驱动器，如LV8804FV、LV8805SV及LB11685AV等三相驱动器。这些驱动器能够提供低能耗及低振动的工作，它们不要求霍尔传感器，因而能够减小电机尺寸。软启动功能使它们能够稳定地安静启动。LV8804FV、LV8805SV集成的软开关功能实现极为安静的电机工作。此外，锁保护功能用于在电机异常停转时关闭输出，因而保护驱动器。图4:安森美半导体用于电冰箱的电机驱动及其它产品阵容。4）阻尼器阻尼器用于起缓冲作用，当作用点运动很慢时，几乎没有阻力，而在作用点运动较快时阻力就明显增大，广泛用于电冰箱和洗衣机等应用。安森美半导体用于电冰箱阻尼器的电机驱动器包括LB1948M和LV8548M等。这些器件提供高击穿电压、高能效、低待机电流及变速控制等关键特性。2.空调常见的房间空调包括室内机及室外机等不同组成部分。空调室内机通常使用2个电机，其中1个用于风扇，另一个用于百叶窗，以控制房间内的气流；室外机通常使用3个电机，用于压缩机、风扇及阀。更高端型号还有辅助风扇。1）直流风扇电机室内机和室外机都会用到直流风扇，需要驱动3相BLDC风扇电机。风扇电机的驱动电压可达250V,设计要求采用600V器件，以确保足够强固，能够处理噪声尖峰问题。其中，室内机使用1.0A的风扇。较大的分体式空调则使用2.0A风扇。室外机使用3.0A的风扇。图5:空调中的电机应用。安森美半导体为直流风扇电机提供由LV8136V预驱动器IC和STK611-7xx或STK5C4系列三相风扇电机混合集成电路（HIC）构成的驱动方案。此方案提供高压、大电流（1A/2A/3A）驱动，能效高，工作安静，元器件数量少，集成多种保护特性，提供更高可靠性。省电模式还使待机电流几乎为零。2）用于压缩电机和风扇电机的IPM安森美半导体为空调的压缩电机及风扇电机驱动提供STK551-xxx系列、STK554-xxx系列和STK5C47xxx系列的3相变频器IPM,以及结合升压功率因数校正（PFC）和3相变频器的STK57F-3xx系列二合一IPM产品，提供多种应用优势。以STK57F-3xx系列IPM产品为例，由于将PFC和3相变频器合二为一，不仅提供高能效电路，还大幅减少元器件数量，节省PCB占用空间，缩短开发时间，降低组装成本，加快上市进程。图6.安森美半导体用于空调的二合一变频器智能功率模块（IPM）。3.洗衣机及烘干机洗衣机要求采用电机来驱动筒、水泵以及各种泵，烘干机需要电机来驱动筒及鼓风机。图7.洗衣机/烘干机中的电机应用。1）筒驱动在洗衣机内部，筒驱动器是最大的电机，通常电流在10A范围。安森美半导体用于3相BLDC电机驱动器的IPM是用于筒驱动的最先进产品系列，符合高能效、安静驱动、极佳散热、强固及可靠工作等要求。这些IPM包括单分流电阻型的STK551U362A-E（10A）和STK531U3x2x-E（5A至10A）以及三分流电阻型的STK554U362A-E（10A）和STK534U3x2x-E（5A到10A）。2）供水及排水泵供水及排水泵要求高能效及变速驱动等关键特性。安森美半导体的LB11920和LB1975采用直接PWM控制，提供高能效，用于这类三相BLDC电机驱动应用。这些器件的PWM占空比能够采用IC输入来控制，适合从9.5V至30V的宽工作电压范围。3）阻尼器洗衣及烘干机应用中，阻尼器上要有一个电机来控制烘干机的气流。此阻尼器的关键要求跟电冰箱阻尼器相同，推荐使用LB1948MC、LB1909MC、LV8548MC和LV8549MC等高能效电机驱动器IC.以LB1948MC为例，这器件易于设计，待机电流几乎为零。4）直流风扇

世平集团联合讯美智联推出基于VATICSM388低功耗待机电池供电摄像机/门铃方案。本方案是针对日益增长的IoT市场，为满足用户在家庭等环境的随意安装，无任何外接电缆的智能设备需求，推出的一款集低功耗在网待机，电池供电，1080p高清，全视角鱼眼矫正等功能为一体的解决方案。本方案不同于传统IPCAM解决方案，采用VATICS高性能视频处理芯片和TI全球领先的低功耗WIFI芯片，基于RTOS实时操作系统重新构建了音视频的压缩和传输架构。在家用WIFI网络环境下实现了低功耗待机，触发后快速启动，音视频流录像并同时通过云端传输到手机等功能。供电采用干电池或锂电池都可以，无需任何外接线缆。方便用户随意安放。本方案不同于其他低功耗待机方案的重要一点是即使在低功耗待机状态下，设备也是和云端服务器保持网络连接。因此可保证在触发事件产生时快速向手机推送消息，同时在网待机的另一个重要好处是用户也可通过手机随时主动连接设备。为方便第三方在本方案基础上进行更多功能的扩展开发，世平集团联合讯美智联将本方案涉及低功耗在网管理、音视频流数据传输，AEC等基础功能集成为核心模块。采用核心模块开发，第三方自行选用CMOSsensor，电池供电方案等，并可扩展产品自定义的外设设备，如蓝牙，红外探测等。配套提供的第三方开发API接口，可直接控制自定义的外设设备。采用该API接口，用户也可自行接入其他云端服务平台。►方案方块图►核心技术优势1.低功耗WIFI在网待机，待机电流300uA;2.DSP鱼眼矫正，可实现无盲区监控；3.视频编码支持720p/1080p；4.快速启动，视频编码输出小于1秒；5.可自行设计多种电池供电方案；6.可自行扩展硬件外设。►方案规格本方案可适用于多种产品形态，包括智能门铃，智能猫眼，电池摄像机WIFI套装，BabyMonitor，智能门锁等。来源于大大通。

一个精心设计的照明系统是一套智能家居非常重要的组成部分。它可以毫不费力地设置你在屋内的舒适度、节省你的能源、呵护你的安全、节约你的时间……无论对于哪种形式的家庭自动化系统，它都具有不可替代的地位。选择合适的照明控制系统照明控制系统的选择非常重要，因为它往往作为您的智能家居的核心组成部分而运作-它可以决定你所使用的家庭自动化系统的整体能力。在智能家居的解决方案中，我们是最关键的品牌厂商合作伙伴，我们提供照明控制设想并提出建议设计和安装最适合你的照明系统，而不是一个传统的照明系统推介，因为那些可能早已不是你的需求。智能照明控制的好处设置心情一个良好的经过深思熟虑的照明系统，会有这样的效果-灯光设置你生活空间的心情。我们围绕你和你的生活设计属于你的智能家居照明解决方案，让你从一开始就有一种喜欢回家的感觉。最重要的是，从创建你的心情欢迎你回家到招待客人或进入晚间模式都可以像按下一个按钮这么简单。每个触控面板可以有多个照明场景，如‘浪漫晚餐',’做饭‘或’影院模式‘,’运动时间‘等等。我们人性化的控制解决方案可以方便地融入任何装饰，避免了布线带来的种种烦恼和损失，最大程度地保持你原有的风格并大大节省你的时间。一站式解决方案一个智能家居应该减少你生活的复杂性，而不是增加。我们的解决方案使您的智能家居照明、空调、地暖、安全和其他所有家庭自动化系统无缝连接，自由增减。没有什么比这更简单。忘记多个遥控器，墙板和指导手册！作为照明控制领域创新品牌，我们可以给你一个超乎想象的系统。能源管理一个智能照明控制系统可节省电力，降低费用，节约能耗，维护环境。当你离家时，你只需简单到按一个按钮，甚至连按钮也无需按下，只要带着你的授权手机离开即可，我们设计的系统会自动关闭你可能忘掉的某个角落的电灯并关闭所有应该关闭的电器，这将大大减少你的家庭能耗，避免不必要的能源浪费。另外，我们的照明控制系统也可确保你在家光时自然光照明和电灯照明自动融合达到最佳的照明效果，使节能效率维持在最佳水平。安全您还必须知道您的照明系统可以通过积极阻止来避免晚上不速之客闯入-或者夜间在你听到一个奇怪的声音时从你的床头按下按钮。保持简单那种试图让多个产品供应商合作并提供解决方案的想法无疑是一场噩梦!作为智能家居的骨干，照明控制系统应该可以与包括安全，存取控制、加热和冷却的许多其他系统无缝融合。这是一个真正的智能家居解决方案应该具备的基本条件。我们的系统正是以简单、直观、易用为基础。照明系统所需产品清单来源：维库电子市场网

一、前言随着智能终端的普及，产业、技术与市场的成熟，加之国际品牌大厂的推动，物联网（ioT）、智能家居、智能安防已经开始走进人们的生活，它已经不再是一个炙手可热的概念，而是一批批不断涌现并畅销于市场的产品。智能安防是智能家居的最为重要细分市场之一，而相比与其它智能家居应用，安防的远程监控、远程报警、智能联动的需求更为迫切。试想一下，当家中出现异常走动，煤气，烟雾问题，不在家中的您可以通过移动设备第一时间了解到家中的异常状况，以及时采取应对策略，减少您的财产损失，保护好您的家人。二、智能家居的无线技术格局：（Wifi,Zigbee,蓝牙）WiFi是基础设施：一般是用于覆盖一定范围（如1栋楼）的无线网络技术（覆盖范围100米左右）。现存的主要问题：功耗高，价格高，移动性差，组网能力差。ZigBee是连接手段：用于低速率、低功耗场合，比如无线传感器网络，适用于工业控制、环境监测、智能家居控制等领域。现存的主要问题：推广难度大（需要网关连接网络，安装调试等综合成本高），产品成本高，网络延时不可控。蓝牙服务移动设备：目前全球有超过30亿个蓝牙设备，其总数远远超过了wi-fi和zigbee设备的总量，蓝牙的应用延伸到手机、游戏机、耳机、笔记本、汽车等很多应用，蓝牙4.0的推出让蓝牙的应用领域更为拓广。现存的主要问题：组网能力差。智能家居现状：Zigbee技术在智能家居推广多年，但市场接受度很低，其中最大的原因1.成本高2.其需要路由与网络连接，使得连接设置复杂，安装费用高，推广难度大。三、CSRMesh蓝牙组网介绍CSRMesh的推出将改变智能家居无线技术格局：CSR公司在今年2月宣布推出一款具备颠覆性技术的全新Bluetooth?Smart解决方案-CSRMesh.该方案由蓝牙领导者CSR打造，它通过将蓝牙配置与控制协议整合到CSR成熟的BluetoothSmart产品，如CSR101x?及CSR8811?当中，利用星型网络和中继技术，每个网络可以连接超过65000个节点，网络和网络还可以互连，最终可将无数BluetoothSmart设备通过同一手机、平板电脑或PC进行互联或直接操控。为业内首创。CSR高级产品营销经理DavidJames一边演示mesh的控制一边激动地强调，“它的功耗只有Zigbee的二十分之一，而且它无需网关，可以用手机平板控制，非常简单易用。”智能终端的普及已经使蓝牙设备握在每个消费者的手中，因此在产品的推广普及方面，相比Xigbee,蓝牙具有先天的优势，消费者无需改变太多，既可以享受智能家居带来的方便与享受；同时不同于zigbee一直应用于销量有限的工业市场，蓝牙BLE自诞生之日起即服务于大众消费市场，成本及技术门槛比zigbee要低很多，更加有利于产品的普及。技术对比：四、CSR101xTM产品特性：lLowSystempower-PeakTX/RX:16mA-Shallowsleep（Idle,fastXTALrunning）：0.5mA-Deepsleep（retainingallstate）：5uA-Hibernate（only32KHz&timerrunning）：1.5uA-Runsonasinglecoincellor2AAAlSoCSolution-16bit16MHzmicro-InternalROM/RAMwithEEPROM/FlashsupportlFlexibleIO-12（CSR1010,CSR1012）&32（CSR1011）GPIOvariants-3*10bitanalogueIO's-PWMforLEDandvibratorcontrols-HardwarassistedquadraturedecoderlUltrasmallsize-4x4QFN32lSimpleHardwarddevelopment-Single50ohmRFoutput（nobalun）简单的电路设计：开发套件：来源：维库电子市场网

1.无线LED照明系统的简介照明系统与人民生活息息相关，但目前绝大部分照明系统都是利用各类普通开关对灯具进行打开和关闭，灯光的亮度调节也是通过普通的调光开光进行相应的调节。每次进行照明系统的操作须走到开关处才能完成，且一个开关一般只对应一路灯具，导致需要安装很多开关，因此非常有必要设计一种集调光和开关一体的无线遥控发射接收装置以提升照明系统的智能化。这将有效地克服传统有线控制的弊端，减少线路布局，并使人们可自由的在任何地方都可对照明系统进行相应的操作。基于这种需求，本文设计了无线LED照明系统的解决方案，具有非常丰富的功能。具体来说有以下几种功能：1、集中控制和多点操作的功能；2、软启动功能：开灯时，灯光由暗渐亮，关灯时，灯光由亮渐暗。避免大电流冲击，保护照明系统，延长使用寿命；3、灯光明暗调节功能：调节不同灯光的亮度，操作方便；4、全开全关和记忆功能；5、定时控制功能；6、亮度自适应调节；2.系统结构与总体方案设计本文设计采用了TI的CC430无线通信平台，该平台融合了基于16Bit的超低功耗MSP430内核以及业界领先的不足1GHz的CC1101RF收发器之上。完美的结合实现了独特的低功耗/高性能组合与前所未有的高集成度，带来更为先进的高选择性与高阻塞性能，确保即使在噪声环境下也能实现可靠通信。能够充分利用其高达25MHz的峰值执行性能，且功耗仅为160uA/MHz。针对基于CC430的设备，TI提供了种类丰富的MSP430MCU外设集，如12-Bit的ADC、LCD驱动以及比较器等高性能数字与模拟外设。此外，还具有AES-128硬件安全模块确保通信的安全性。无线LED照明系统的整体框图如图1所示。其中控制端部分设计为采用双节AA电池供电的手持式遥控模块，其基于CC430F6137,带有段式LCD驱动，丰富的I/O口资源，以及能够构建触摸功能的比较器；而接收端则基于CC430F5137,其带有12-Bit的ADC以及多通道的PWM模块。通过在控制端CC430F6137的比较器B上构建触摸滑条与按键功能，对滑条的触摸位置进行检测并转换为PWM的占空比，通过双边的RF模块发送/接收相应的调制参数，再由接收端CC430F5137产生调节LED灯亮度的PWM信号，对驱动模块UCC28810进行调制，如图2所示。3.硬件电路设计3.1RF模块硬件电路设计CC430的射频模块使用的是业界领先的不足1GHz的CC1101RF收发器，该部分是基于RF频率的直接合成，其射频合成器包括一个完整芯片的LC-VCO和一个对接模式的混频器进行频率合成。该射频的接收单元将RF信号通过低噪声放大器（LNA）进行前置放大，再对其中频信号进行滤波、数据解调以及同步包等工作。CC430支持的频率范围为：300MHz~348MHz;389MHz~464MHz;779MHz~928MHz;在本设计中使用的是433MHz的载波频率，鉴于应用场合其要求的传输速率较低，因此选用的是3.2Kbps;并通过PATABLE对输出功率进行调整，满足不同的距离需求。RF模块的硬件电路在整个系统设计中尤为重要，如图3所示。图中的C5,C9,L3以及L8形成一个平衡转换器，用以将CC430上的差分端口RF_N/RF_P平衡电路转换成单端不平衡的RF信号，方便将振子流过电缆屏蔽层外的高频电流截断。图中的L5,C10和L4构成了带通滤波器；L2,L6和C8构成低通滤波器。在本设计中RF的天线采用的是鞭状天线或者陶瓷天线。3.2触摸滑条的硬件电路构建在本设计中，控制端部分为手持式遥控模块。其设计的人机交互界面主要是LCD显示以及触摸按键。其中将触摸滑条的功能用于调节LED的亮度，是系统中较为形象与新颖的设计之一。其充分利用了MSP430的自身资源特性，在CC430F6137集成的比较器COM_B以及PCBLayout的传感电容上，构建了基于弛张振荡方式（RO）的触摸按键功能，由于在COMP_B中自带有REF参考电压配置网络，因此无需像COMP_A那样使用外部硬件方式实现参考电压网络。其原理如图4所示，主要通过TimerA测量RC振荡电路在固定时间内的振荡次数，当人手触摸在传感电容上，会改变其自身电容值，使得对应的振荡次数发生明显变化，以此来判断触摸/非触摸的状态。构建一个4/5级触摸滑条与2个触摸按键。3.3传感器硬件电路设计光敏传感器的使用使得LED照明系统能够实现亮度自调节功能，硬件电路如图5所示。光敏传感器使用的是光敏电阻，因其有着良好的光电特性以及价格优势，非常适合于光强检测场合的使用。系统中主要通过对Vo电压的检测，反映光强的变化，进而对PWM进行相应的调制。4.系统软件设计4.1RF模块实现在整个系统中，RF模块是通信传输的桥梁，双边都须进行协议相同的RF软件模块设计。其发送模式和接收模式的数据包主要通过FIFO来进行处理，一帧的格式如图6所示：●前导码●同步字●可选长度位●可选地址位●数据段●可选CRC字在设计时采用固定帧长度模式。通过对寄存器PKTLEN（=TxBuffer[0]=PACKET_LEN;TxBuffer[1]=host_address;TxBuffer[2]=slave_address;TxBuffer[3]=mode;TxBuffer[4]=pwm_data;TxBuffer[5]=TxBuffer[0]+TxBuffer[1]+TxBuffer[2]+TxBuffer[3]+TxBuffer[4];在发送时，在TXFIFO中的数据段包括数据长度，主机地址，从机地址，控制模式，控制PWM参数，数据段CRC校验。其中，主机地址标识了控制端的地址；从机地址包括两种地址：广播地址与独立地址，主要是用于集中控制与多点操作。控制模式提供了可选的模式选择，控制PWM参数用于LED亮度调节。在接收时，RF的解调器和数据包处理器将寻找一个有效的前导和同步字。当找到后，解调器将获得前导位和字同步，然后对接收的地址信息进行比照，首先判断数据包是否来自控制端，然后响应含有广播地址或者本机地址信息的数据。其发射/接收的流程图如图7。在对射频寄存器的配置过程中，主要通过SmartRFstudio来进行设置，输出RFRegSettng.c作为射频的配置文件。4.2触摸滑条的软件设计触摸滑条是由多个触摸按键组合而成，通过为每个触摸按键分配多个位置，可以实现简单的触摸滑条功能。在设计通过4~5个按键构成一个触摸滑条，如在每个触摸按键上创建8/16个位置，则可提供32/64个单独步阶检测。其识别的步阶数是对电容变化量的反映，电容变化幅度越大，测量的Delta值越大。通过设置一个系统能够达到最大响应的上限值，用该最大的Delta值除以每个按键所需的步阶数，再由每个按键经过加权计算后将产生1至32/64步阶的线性结果，如图4.2控制端/接收端软件设计控制端/接收端软件的流程图如图9所示，其中虚线上方为控制端CC430F6137的软件设计，在StandBy模式时保持MSP430的低功耗模式，以满足控制端遥控器对能耗的要求。通过对模式选择的操作实现集中控制和多点操作，而触摸滑条的处理通过将Position转换为PWM由RF发送至接收端CC430F5137。接收端则处理来自控制端的数据包，对LED照明进行亮度调节，或自动调节。本设计的软件采用C语言编写，整个程序包括的子模块有：模式选择模块，触摸滑条检测模块，数据发送/接收模块，PWM转换模块，传感器检测模块等几个部分。

互联网网关是整个智能家居安防系统的中枢，类似于主机在电脑设备中的地位。有了网关，我们可以将智能终端的数据上传到云端，通过手机、电脑等查看信息，再经由网关轻松控制智能终端，实现无线数据安全、可靠传输。其为一个智能家居安防系统的入口、节点或核心，将引领整个智能家居安防系统的浪潮，因此世平集团适时推出了智能家居安防系统网关解决方案。一、IntelEdison温控器方案二、NXPLPC3240网关方案三、IntelQuark网关解决方案四、TIAM335X网关解决方案一、IntelEdison温控器方案1.功能框图2.方案特点IntelQuark处理器是双核Quark、22nm、400MHz、集成WiFi及蓝牙Quark内部集成有一个X86处理器和一个微控制器内核，可编程的微控制器内核，可以帮助系统管理I/O和其他总线功能。X86处理器则负责支持Linux及其他操作系统。Zigbee通讯采用NXPJN5168无线控制器MCU采用AtmelARMCortex-M0+32位48MHz内核SAMD20微控制器二、NXPLPC3240网关方案1.功能框图2.重要特征ARM926EJ-S处理器，CPU时钟运行速率可高达266MHz无线Zigbee通讯采用NXPJN5168芯片采用TIDP83848K10/100M以太网收发器三、IntelQuark网关解决方案1.功能框图2.重要特征QuarkSOCx1000处理器，400MHz主频；配置x8256MBDDR3,一片8MBSPIFlash;支持1个SD卡；2个RJ45接口，支持10/100Mbps的传输速度；2个USB2.0Host和1个USB2.0Client接口；2个Mini-PCIE接口,并提供USB2.0Host支持；1个RS232DR9接口和1个RS485DR9接口；1个10-pinJTAG接口；LinuxFirmwarePre-Install;QuarkSocX1000SoftwareStack四、TIAM335X网关解决方案1.功能框图2.重要特征720MHz高速ARMCortex-A8内核Android,Linux,WinCE操作系统分辨率高达1366x7684GDDR3内存可拓展蓝牙、WIFI、Zigbee功能来源：维库电子市场网

市场上主流的电子锁是基于密码设计的。密码锁的最大的缺陷是密码容易被他人窃取、猜测及遗忘。随着生物技术的发展，越来越多的活体技术应用到识别系统中，如指纹、掌纹、人脸、虹膜等。相对于其它的活体识别技术，指纹识别系统以其可实现性强，成本相对低廉，同时又具备较高的安全性，被越来越多的应用到各种场合。文章给出了一种新型的指纹锁架构，并详细论述了系统的各个组成部分以及指纹识别算法的实现流程。文章对降低系统功耗和增加保密性都提出了独特的方法。随着科学技术的飞速发展和大规模的集成芯片的出现，现有的门锁系统也正在经历着升级换代的变换。第一代电子门锁采用的是密码识别方法，解决了机械门锁更换的灵活性，即钥匙的设置和更改掌握在了使用者的手中；但由于密钥与使用者非强相关，松耦合，授权难以管理，在安全性方面存在着极大的隐患。第二代电子门锁采用最先进的生物特征识别技术，提供了一种更为安全可靠、使用方便的身份识别新途径。生物特征识别技术主要是利用虹膜、人脸、指纹、掌纹、语音这几种人体生物特征的一种来做识别的。虹膜、人脸需要使用到影像成像系统，设备过于复杂，仅用于高端系统，难以普及应用；语音系统最为简单，但由于容易被模仿，安全性相对较低；指纹和掌纹仅使用扫描成像，相对比较简单，易于推广，尤其是指纹识别技术，采用逐行扫描系统，识别传感器可以做得非常小，具有很高的可行性和实用性。指纹锁系统主要可用在保险箱、实验室、楼道的身份确认及相关控制；随着智能家居概念的兴起，也越来越多的应用到高档住宅中。1指纹锁的架构本指纹锁系统的硬件结构主要包括：指纹识别头、主处理微控制器、电源管理、电控锁机构以及门锁功能所需的红外感应、告警电路等，其中核心部分是指纹识别头和主处理微控制器。本指纹锁系统的硬件结构框图如图1所示。图1指纹门锁硬件结构框图本指纹锁通过指纹识别头获取原始指纹数据，通过主处理器的处理提取出相关指纹特征，然后与存储器内的指纹模板做比较，如果指纹特征吻合，则通过指示灯做出相应的指示，同时输出门锁开启信号，打开门锁；在门锁开启状态，也可通过相应按键操作，进行指纹模板存储。辅助处理器用于系统的电源管理，即管理主处理器的上下电。本设计采用层级包容架构设计，主处理器功能强大，处理功能相对复杂，功耗较高；辅助处理器功能非常简单，仅负责电源管理，完成对系统的上下电处理（除了自身不下电）。该架构有三个优点，第一，功耗极其低，在系统待机模式下，主处理器部分根本就不耗电，系统可超长时间待机工作。第二，采用层级架构，两个处理器功能完全解耦，软件可分别自由演化。第三，超可靠性，程序随着代码行数的增加，异常情况成指数倍的增长，所以主处理器程序长时间工作的可靠性大大降低，本架构由于采用了辅助处理器的方案，主处理器绝大多数时间处理断电状态，每次工作时，都经历了重新上电过程，因此原则上主处理器做到了永不死机的可靠性；而辅助处理器工作极其简单：检测触摸，然后给主处理器上电，等待主处理器空闲信号，然后给主处理器下电。程序代码行非常简短，工作可靠性极高。2指纹传感器的选型在指纹产品中，指纹传感器和指纹算法是关键。指纹处理的过程是采集指纹图像，然后对指纹图像进行处理，所以能否采集到清晰的指纹图像是指纹处理的关键，指纹传感器是指纹图像的采集部件，因此，指纹传感器的性能将直接影响到指纹产品的性能。目前采用的指纹传感器从分类上主要分为半导体指纹传感器和光学指纹传感器。半导体的指纹传感器又分为面状指纹传感器和条状指纹传感器（即滑动式指纹传感器/刮擦式指纹传感器）。选用半导体指纹传感器主要要考虑以下几个指标：（1）抗静电性能，-般要求大于15kv，否则易被击穿。（2）分辨率。一般至少要求256dpi，否则对细指纹不易分辩，比如银行、医院、超市等不宜应用。（3）对干湿手指的适应性（尤其是涂有护手霜的手指）。（4）使用寿命要求。传感器的使用寿命的要求一般要达到可使用100万次。（5）产品一致性和适应性，不同地区人的指纹有不同的特征，所以要选用高适应性的指纹传感器。由于本文中的指纹读头在设计中的要求体积尽量小，因此选用的是美国AuthenTec公司的AES2510的刮擦式指纹传感器。其选用的理由如下：（1）采用其最新的“ThePowerofTouch”技术，属于接触式的，对干湿手指不敏感。（2）易用且能提供快速的指纹成像，具有导航功能。（3）低功耗、小CPU占用率的特性。（4）出货量大，成本低。（5）尺寸相当微小，只有12mm×5mm×1.86mm。其外观图如图2所示：图2AES2510实物图3指纹算法的选型指纹识别算法是指纹识别的核心。常见的指纹算法有：BIOKEY指纹识别算法、Fingerpass指纹识别算法、TOUCHSEC指纹识别算法、OpenBio指纹识别算法、FAA指纹识别算法等等，国内也有许多公司也自主研发了许多具有专利的指纹识别算法，在网上也有许多公开算法的源码。在设计初期，选用公开的算法源码，会造成调试的不方便，同时算法的指标也不确定是否满足需求；大公司的指纹识别算法一般又要价比较高，谈判困难；因此最合理的方法是选用指纹厂家提供的识别算法进行开发验证，Autllentec提供的算法相对也比较成熟可靠，由于使用其指纹传感器，指纹识别算法收取费用相对较低，如果使用量较大，甚至可以免费赠送。在我们的设计中，采用的是Authentec提供的指纹识别算法，最后验证设计结果在认假率、拒真率、比对时间上均满足需求。4主CPU的选型主CPU的选型主要关注的指标是运算速度及功耗，有的厂商的产品侧重于低功耗，有的侧重于运算速度。来自于几家厂商提供的一组测试数据见表1，分别显示了不同的CPU在运算指纹匹配算法所需要的时间。表1运行指纹匹配算法时间对比表由于我们采用了层级包容式架构，因此对主处理器的功耗指标不太关心，选用更高的处理速度，能给用户带来了更好的体验。本指纹锁选择的CPU是BF531.ADSP-BF531系列处理器是Blaclkflin系列产品的成员之一，是一个高度集成的片上系统解决方案。其功能框图如图3所示：图3BF531的功能框图ADSP-BF53l是主频高达400MHz高性能Black-fin处理器，其内核包括：2个16位MAC，2个40位ALU，4个8位视频ALu，以及1个40位移位器；对于指纹对比计算有很强的处理能力，另外，厂家又提供了为该处理器量身定做的指纹对比算法。5辅助CPU的选型由于指纹锁在设计时提出的存储指标为100枚指纹，大概所需内存为lMByte以上，因此必须使用外部存储设备。为了最大限度的降低成本，我们使用SDRAM芯片来替代外部的SRAM,因此就必然导致设备的外部功耗增加，对于使用电池供电的设备，这几乎是不能容忍的，为此我们使用一个超低功耗的辅助CPU来进行设备管理。通常情况下，主CPU的所有电路均不上电，辅助CPU感应到有手触摸锁柄时，则通过IO口控制主CPU上电，主CPU和指纹传感器开始工作，指纹比对成功后，启动开锁。无论对比是否成功，等待固定一段时间后，主CPU均会进入空闲状态，向辅助CPU发送空闲信号，辅助CPU对主CPU断电。由于辅助CPU是长期工作，永不断电的，选则的基本原则就是超低功耗，架构简单，极高的可靠性。本文选择的是TI的MSP430F2001，MSP430单片机拥有0.5uA的超低待机电流和250uA/MIPs的运行功耗，是目前业界公认的低功耗单片机。其提供了5种低功耗模式，主要面向电池供电的应用。功能框图如图4所示：图4MSP430F2001的功能框图MSP430F200l的特性描述如下：低工作电压（1.8V-3.6V）；超低功耗（活动模式为220μAat1MHz，2.2V，待机模式为0.5μA,关闭模式为0.1μA）；五种省电模式；从待机模式唤醒1μs。6其它本方案中还采取了其它降功耗措施：主处理器的LDO改为DC/DC开关芯片，提高工作时的电源效率；开锁继电器的先用大电流驱动1秒使其吸合，然后通过调整控制端的占空比为30%，让其进行4秒的维持状态；7结束语本设计通过合理选择器件，围绕低成本、低功耗、高运算性能、电池供电等特性要求优化电路，设计完成的新型指纹锁电路在性能指标、稳定性、兼容性低硬件成本方面具有非常大优势。通过本设计制作出数台样机，在仅使用两节5号电池不更换的情况下，每天开锁3次，已连续可靠的工作了2年。本设计完成的指纹锁，可以广泛应用于工业门标禁、指纹考勤、国防安全等众多领域。来源：维库电子市场网

智能家居行业在物联网热潮的持续推动下，可以说热议不断、热潮涌动，民用市场又是一片广阔的天地，一大批有实力的企业进入智能家居行业。但是目前市场上销售比较多的还是智能插座产品，此类产品的价格已逐步被市场所接受。智能插座通俗的说是节约用电量的一种插座，此产品主打节能买点，故智能插座本身的耗电情况也备受关注。本文主要介绍如何轻松解决智能插座待机功耗问题。一、节能环保要求节能环保产业位于国家战略新兴产业发展规划之首，这表明未来国家会加大在节能环保行业的投资力度，为节能环保注入新的动力。在节能环保行业快速发展的形势下，低待机功耗产品受到了消费者的关注。据国际权威机构统计，待机能耗已占民用电力消耗的3%-13%。中标认证中心的调查显示，家电待机能耗占中国家庭电力消耗的10%左右，家庭中各种家电产品的平均待机能耗为15-30W之间。所以目前国内的消费电子产品也向着低功耗的方向发展，并率先推出产品抢占市场。为了限制电子产品的关机及待机功耗，以实现节能环保的目的。欧盟出台了电子类产品待/关机模式之EuP耗能指令，并于2009年1月6日正式生效，此后进入欧盟的产品，其生态化设计要求需满足指令中的相关描述。二、智能插座的解决方案智能插座，现在通常指内置Wi-FI模块，通过智能手机的客户端来进行功能操作的插座，最基本的功能是通过手机客户端可以遥控插座通断电流，设定插座的定时开关。智能插座现在不主打安全方面的功能，而是强调家居的智能化，智能插座通常与家电设备配合使用，以实现定时开关等功能。根据上述描述，智能插座内部包含了AC-DC电源、无线通讯单元、继电器及MCU控制单元等。无线通讯单元可以根据使用场合选择合适的通讯方式，其中有射频技术、红外技术、WIFI技术、蓝牙技术和ZigBee技术等。由于ZigBee技术具有通讯距离长、穿墙能力较强、发射功耗较低的特点，比较适合智能家居应用场合。AC-DC电源需要在满足智能开关工作时所需功率的情况下，还要满足待机工作时的低功耗问题。广州致远电子推出了小体积待机功耗的电源模块ZY0FBxxD-2W,非常适合智能插座的应用。◆超低待机功耗（50mW）；◆无需外接元件可直接使用；◆输入电压：85-265VAC（100-375VDC）；◆工作温度：-25℃~+70℃；◆可持续短路，自恢复；◆超小体积：31.8mm*20.3mm*10.5mm；智能插座的推荐设计方案：AC-DC电源模ZY0FBxxD-2W是广州致远电子专门针对小体积低功耗应用场合研发的电源产品，同时致远电子的ZM5168P0-1是集MCU与ZigBee收发于一体的模块类产品。仅需要将两个模块搭接在一起，就能完美实现智能插座的设计。同时由于ZM5168P0-1集成了NXPJN5168处理器，可以对此MCU进行编程，从而实现智能插座的各项功能。此方案具有设计简单、简化器件、快速实现等特点。运用此方案可以大幅简化开发过程，使产品更快的投入市场，抓住市场先机提升产品竞争力。输入端使用的ZY0FBxxD-2W待机空载功耗最大为0.05W，ZigBee模块ZM5168P0-1也采用低功耗设计，在收发状态的最高功耗为0.08W左右。从上面的数据来看，使用本方案能够使智能插座在待机状态下得到较低的功耗，从而达到节能环保的目的。支持环保应该从设计做起，应该用我们自身的行动去影响他人，让环保成为一种习惯，成为一种时尚，成为一种社会道德。来源：维库电子市场网

近年来，物联网技术发展迅速，全社会的信息化水平不断提升。智能家居是物联网的主要应用之一，已成为当前的热门研究领域，也是未来家居生活的发展方向.它能够为用户提供舒适、便利的生活环境。但由于市场上的相关产品大多价格昂贵，普及率依然较低。以往的探索与开发往往停留在对电器设备本身的改造上，这种尝试使智能家居产品一度成为奢侈品。本文介绍了一种电能控制系统，作为智能家居的重要组成部分，它在不改动原有电器设备的基础上实现了远程自动控制功能。1系统结构该电能控制系统由遥控器和插座节点组成，其工作原理如图1所示。当用户在家时，通过遥控器以射频方式对插座进行控制。插座节点收到信号后，由微控制器进行解码，并根据得出的结果，对特定编号的插座做通断电处理，从而使与其连接的用电器被启动或者关闭。当用户离住所较远时，可通过GSM网络向遥控器发送手机短信,微控制器读取信息后，通过射频芯片，将信息传递到室内的无线网络中，进而使相应地址上的插座受到控制。由此可见，遥控器在整个智能家居系统中属于网关节点,一方面，它与插座节点组成了室内射频局域网，另一方面，它又与GSM网络相连，延展了遥控距离。遥控器的内部结构如图2所示，包括温湿度检测电路、时钟模块、nRF905射频收发模块、GSM模块等功能电路，这些模块均与控制核心LM3S811相连。该微控制器采用ARMCoaex-M3架构，由于依托高密度的Thumb-2指令集，内存开销大大降低，操作系统的移植也更加方便。图1遥控插座工作原理图2遥控器结构框图插座节点主要实现与遥控器的射频通信以及继电器的通断控制，其结构框图如图3所示。插座中的烟雾传感器用于预防火灾危险。一旦检测到烟雾或可燃性气体，插座上对应的继电器将断开，并通过射频收发模块向遥控器汇报，遥控器收到信息后，再通过GSM模块的短信功能及时提醒用户采取相应的措施，防止危险的发生或财产损失的进一步扩大。由于插座端工作量较少，从成本和性能两方面考虑，本系统采用STC12C5620AD微控制器作为插座端的主控芯片。图3插座节点结构框图2硬件电路设计2.1温湿度检测电路本系统采用温度传感器LM35和湿度测量模块CHM-02进行环境监测。LM35的电压输出与摄氏温度呈线性关系，无需校准就可在常温环境下达±l/4℃的测量精度。CHM-02模块可在0~70℃的温度下对20~95%RH范围内的湿度进行检测，室温下的测量精度为5%RH.温湿度传感器与MCU的接口示意图如图4所示。由于两种传感器输出的模拟信号在MCU片内A/D采样电路的检测范围内，所以直接将两者的输出端与MCU的两个ADC引脚连接。模拟式传感器的使用不但充分利用了控制器的片上资源，而且提高了子程序的利用率。图4温湿度传感器与MCU的接口示意图2.2烟雾检测电路烟雾传感器MQ一2基于SnO:的电化学特性，对可燃性气体及烟尘有良好的检测灵敏度。烟雾检测电路原理图如图5所示。MQ.2在正常工作前需要对内部加热丝的H.h两极通电预热,为了防止加热电流过大而导致内部信号线温度过高，此处将加热丝与100Q电阻串联。当环境中的烟雾或可燃气体超过警戒阈值时，传感器A.B两极间的电导率迅速增加，与其串联的负载电阻m所获得的电压也相应增加，该电压信号经低功耗运放TLC27M2放大后，得到与烟雾或可燃气浓度相对应的模拟量输出，最终接人控制器的ADC模块进行量化。图5烟雾检测电路原理图2.3时钟模块时钟模块除了显示系统时间以外，还可对单个插座进行通断电定时。时钟电路原理图如图6所示，DS1302通过串行方式与MCU通信，为保证信号传输的稳定性，接口已做上拉处理。芯片采用双电源供电，主电源正常工作时可以对备用电源进行涓细电流充电；在掉电情况下启动备用电源，避免因突然停电而造成时钟停滞.考虑到使用的便捷性，遥控器由锂电池供电。DS1302的主电源引脚VCC2连接到集成稳压器的3.3V输出，而备用电源引脚VCC1与4700μF的电容串接，两个电源引脚之间通过二极管隔离。由于芯片耗电量很低，在更换电池的过程中，电容的放电作用可以暂时维持芯片运行。图6时钟电路原理图2.4射频收发模块nRF905射频收发模块是连接插座与遥控器的桥梁。nRF905集成收发器能在3个ISM频段配置使用，且功耗很低。本系统中的所有节点均设置在433MHz频段工作嘲，射频收发电路原理图如图7所示，其中的SMA接口用来连接特性阻抗为5OΩ的单端天线，有利于信号的全向辐射。单端天线又被称为非平衡天线，其主要参考点为信号地，而nRF905的天线接口（引脚ANT1和ANT2）为差分射频输出端口。为了维持信号平衡，保证两个端口的阻抗匹配，此处在两者之间增加了balun（平衡月乍平衡）电路，对芯片输出端的特性进行调节。图7射频收发电路2.5GSM通信模块将短距射频网络与GSM技术相结合，既发挥了短距射频网络配置灵活的特点，又发挥了GSM技术在通信距离上的优势。GSM通信电路的核心是SIM300模块，其外围电路如图8所示。图8GSM通信电路原理图原理图SIM300通过串口与MCU通信，模块与SIM卡之间串联的22Ω电阻用于阻抗匹配。为保证信号的传输质量，SIM卡数据线作了上拉处理，与引脚并联的SMF05C型静电抑制器用于静电防护。电源与地之间并联的100μF钽电容和1μF陶瓷电容用于去除低频毛刺，并在一定程度上兼顾了高频特性。按下按键S1,使PWRKEY引脚的电位拉低约2s左右，可以完成模块的上电与掉电，当前状态由串联在VDD_EXT引脚上的发光二极管指示。为了便于程序控制，在原有按键的基础上增加了一种三极管开关电路，当模块工作异常时，可以通过软件改写PWR端口的状态来实现SIM300的自动复位。3软件设计遥控器和插座对于整个射频无线网络而言都是其中的节点，但硬件结构上的差异决定了两者功能与地位上的不同，也使得两者在软件设计的方式上有所差别。3.1遥控器节点程序设计遥控器是系统的控制核心，也是用户与插座之间联系的纽带，因此程序中的并发模块多，任务繁重。考虑到遥控器中采用的ARM处理器可提供对操作系统的全面支持，利用μC/OS-Ⅱ操作系统对该节点中的多个任务进行调度,可有效保证系统的实时性和稳定性，也有利于功能的扩展。在进行操作系统移植前，需要对任务进行划分，每个功能对应一个系统任务，同时应避免划分过细而导致频繁调度的问题。遥控器节点的程序流程如图9所示，其中包含了7个任务，任务之间通过信号量、消息队列、消息邮箱等方式实现同步与通信。从用户的角度来看，这些任务是并发执行的。图9遥控器节点程序流程图按键扫描任务的优先级在所有用户任务中最高。通过中断方式读取用户输人的按键值，数据存人消息邮箱KeyMbox中，若数字键1-6被按下，则通知射频发送任务处理；若时钟设置按键被按下，则进行时钟调整或定时器设置。时钟定时任务用于获得DS1302的时钟输出值，在定时时间到达后，发送消息通知射频发送任务处理，完成后自动挂起。射频发送任务是根据其他任务中获得的控制码，以射频方式对相应编号的插座发送通断电控制信号，随后等待插座端返回动作信息。若超时无反馈则重发1次，重发3次后任务挂起。危险报警任务需经过同频载波检测，地址匹配确认后，才开始接收射频信号，进而将信息送人邮箱，解码确认危险报警标识后，通过GSM模块，以短消息的方式通知用户。短信接收任务负责接收用户短信，并将其存放在消息邮箱GSMMbox中。通过AT指令“AT+CMGR=I”每次只读取序号为1的短信息，成功提取控制码（包含插座ID号和开关动作码）后，将该条信息删除，并向射频发送任务传递消息。环境监测任务负责对室内温湿度信息循环采样。虽然温度传感器的线性度较好，但外界环境对湿度传感器的影响较大，需对其输出电压值作分段线性化处理。数据存放于消息队列中，最终结果为3次测量值的算术平均值。液晶显示任务优先级最低，待以上任务结束后，负责显示各插座最终的状态、时钟信息以及室内温湿度测量结果等。3.2插座节点程序设计插座节点程序流程如图10所示，其中最主要的工作是实现射频信号的接收与发送。当没有烟雾报警时，nRF905进入接收模式，同时侦听信道；若监测到同频载波且数据包地址有效，则启动接收；当CRC校验结果正确，硬件会自行去除数据包的前导码、校验码及地址码,并通知MCU数据准备就绪，进而MCU通过SPI串行总线读取接收到的信息。图1O插座节点程序流程图射频信号发送本质上是接收的逆过程。当nRF905进入待机模式后，MCU将地址与数据信息传送至射频芯片的发送寄存器，同时启动芯片进入射频发送模式，随后片内硬件自动完成对数据的打包、编码、调制及发送任务。一帧数据发送结束后，射频芯片转入待机模式，等待下一次被激活。射频电路的每一次接收或发送过程都伴随着继电器的接通或断开动作。默认条件下，烟雾传感器处于使能状态，为了防止用户在室内抽烟而导致系统误判，烟雾检测功能也可以设置为失效。4测试与分析在图11所示住宅中进行现场测试，6个插座和1个遥控器被放置于A到G这7个区域内。为了评估系统的抗干扰能力，在各区域的交界处均放置两个干扰源，频率为432MHz和434MHz.改变遥控器所在位置，对6个插座各遥控200次，并记录插座端的回馈信号。若返回错误信息或不反馈，则作为一次丢包记录。

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。最常实现的应用是灯光、热水器、空调、入侵监测、烟雾报警、视频监控和窗帘的智能控制。1.智能家居中的通信技术1.1有线通信控制和无线通信控制的比较智能家居中的通信技术可以分为有线通信技术和无线通信技术。（1）有线控制有线控制的结构为将控制器放置于强电箱内，开关和中控主机分别通过弱电控制线路进行控制。有线控制采用有线通信技术。有线控制的优点：安全稳定，不受干扰；有线控制的缺点：方案没计要求高，线路架设要求高，后期拓展改动困难。这种方式在智能家居发展初期使用较多，是从工业控制转变而来，主要适用大面积的商用场所等有专人集中管理的场所，逐渐被无线通信所替代。（2）无线控制无线控制采用无线通信技术实现对设备的控制。无线控制的优点：安装和布线简单；无线控制的缺点：抗干扰性相比有线控制要差些，信号覆盖受建筑物影响。1.2智能家居中的无线通信技术智能家居中的无线通信技术主要有：①红外通信技术；②433MHz等小于1GHz的射频技术；③蓝牙技术；④ZigBee通信技术；⑤Z—Wave技术；⑥WiFi技术。每种技术都有其优缺点，但不管采用哪种通信技术，如果要实现对家居设备的远程控制，设备都需要接入Internet网。而WiFi通信技术是手持终端接入Internet的主流技术，采用WiFi技术之外的其他通信技术的设备要接入Internet都需要家庭网关进行转换，例如采用ZigBee技术的智能家居系统，需要在家庭网关中增加ZigBee转WiFi的功能。WiFi技术在智能家居中的应用的主要优点有：WiFi智能节点可以直接连接无线路由器，从而接入Internet网；不需要家庭网关，节点可以任意扩充；不会破坏现有装修；智能手机可以进行局域网控制和远程控制。当然，WiFi技术相比ZigBee和433MHz射频通信技术也有其缺点：功耗偏大、价格偏高。但随着节能技术的引进和芯片工艺的改进，功耗问题和价格问题已逐步得到解决。鉴于WiFi模块是笔记本、平板电脑和智能手机的标准配置，基于WiFi技术的智能家居会逐步得到推广和应用，市场前景广阔。下面重点围绕串口WiFi模块阐述WiFi在智能家居中的应用。2.应用于智能家居中的串口WiFi2.1串口WiFi概述电脑上使用的WiFi模块或是WiFi网卡，是需要运行在操作系统的基础上，对主机的硬件资源要求很高，像一般的工业设备和家庭电器设备是不能直接驱动这样的WiFi网卡的。串口WiFi模块，又称为嵌入式WiFi模块，是内嵌TCP/IP协议的WiFi模块。其硬件构成主要是由内嵌的一个单片机和WiFi模块构成，单片机要实现裸机驱动程序和TCP/IP协议，WiFi模块则必须完成数据的无线收发。嵌入式WiFi模块对外提供UART串口或者SPI接口，因而可以通过串口或者SPI接口和单片机连接，让设备轻松接入Internet网络。图1是灵芯微电子科技（苏州）有限公司利用公司自主知识产权的WiFi芯片开发的SWM9001EU串口WiFi模块，该模块内部集成了TCP/IP协议栈和WiFi模块，用户可以轻松实现串口设备的无线网络功能，节省开发时间，使产品更快地投入市场，增强竞争力。该模块可以广泛应用于油田、矿山、工业、智能家居以及物联网等领域。模块的机械尺寸为33mm×20mm×4.5mm.图1SWM9001EU串口WiFi模块2.2SWM9001EU串口WiFi的功能和指标(1)基本功能①单操作电压为3.3V;②工作电流③CPU主频为120MHz，内嵌Flash256KB，SRAM96KB;④两种工作模式为命令控制模式和透明传输模式;⑤完整的WiFi无线通信解决方案，全面降低应用处理器的资源需求;⑥多种配置方式包括模块内置WEB配置服务器、PC端配置软件配置或SCI_AT+命令配置及手机配置;⑦串口波特率最大为115200bps。(2)WiFi指标①WLAN标准为IEEE802.11b/g，2.4GISM频段;②支持Ad-Hoc方式组建无线网络;③支持WEP40和WEP104加密(64/128位)，支持WPA/WPA2PSK加密，加密算法支持AES和TKIP;④WiFi连接断开后自动恢复;⑤模块从复位到建立WiFi网络的时间小于5s(WEP加密方式)或10s(WPA加密方式)。(3)内置TCP/IP协议①支持DNS域名解析服务;②支持DHCP自动获取IP地址，Ad-Hoc模式下自动开启DHCP服务器功能;③支持网络数据传输协议TCP、UDP;④支持TCP服务器模式或者客户端模式;⑤作为TCP客户端时，具有TCP断线自动重连机制，保证数据传输链路稳定可靠;⑥作为TCP服务器时，允许最多8个客户端的连接;⑦支持UDP广播或单播。下面以WiFi插座作为串口WiFi模块的一个具体实例进行描述。3.WiFi插座在智能家居中的应用3.1WiFi插座的应用场景和系统构成这些功能使用WiFi智能插座就可以实现：①回家之前先打开空调，回到家就可以享受清凉；②回家之前先打开热水器，回家就可以洗个热水澡；③回家之前先启动咖啡机，回家可以即刻喝上新鲜出炉的咖啡。WiFi插座的优点：费用低廉，不需要家庭网关；安装简单，不需要破环现有装饰；使用方便，可以随意扩充插座的数量；控制灵活，可以用智能手机进行远程控制。图2是WiFi插座的应用系统构成，包括WiFi插座、无线路由器、远程服务器、手机控制终端、手机接入网络和Internet网络。图2WiFi插座系统构成结合图2来看看WiFi插座的工作原理：①通过手机端的配置程序，配置模块要连接的路由器的名称（SSID）和密钥；②通过手机端的配置程序，配置模块要连接远程服务器的IP地址；③配置模块上电连接远程服务器；④手机等控制终端连接远程服务器，下达命令；⑤远程服务器将用户指令下发给住宅中的WiFi插座；⑥WiFi插座完成相应的通、断动作。3.2WiFi插座的控制原理WiFi插座由串口WiFi模块、继电器控制电路、继电器和输出触电构成，如图3所示。图3WiFi插座的构成串口WiFi模块根据接收到的控制指令控制继电器的通断，控制电路如图4所示。图4WiFi插座的继电器控制电路模块收到合上指令，PC8端口输出高电平，Q1导通，继电器的线圈有电流流过，继电器的触点L_IN和触点L_OUT吸合，插座供电给负载；模块收到断开指令，PC8端口输出低电平，Q1截止，继电器的线圈没有电流，继电器的触点L_IN和触点L_OUT断开，插座断电。以上只是以WiFi插座为例，叙述基于WiFi技术的智能家居，如果要实现智能家居中的其他功能，实现原理类似。例如，要实现远程视频监控，只需将插座改为摄像头并实现相应的软件功能即可。4.基于WiFi技术的智能家居系统基于WiFi技术的智能家居系统由WiFi智能节点、智能家居网关、无线路由器、远程服务器、控制终端、3G通信网络和Internet网络组成，如图5所示。图5基于WiFi的智能家居系统结语随着人们生活质量的提高，智能家居的概念会越来越深入人心，而采用全套的智能家居系统的费用很高，并且对于已经交付使用的住宅来说，改造起来还很麻烦。利用WiFi智能插座，不需要家庭网关，不需要破坏现有装饰，就可以轻松实现对家用电器的智能化控制，自己动手实现基于WiFi技术的智能家居的构建，体验科技带来的便利。来源：维库电子市场网

一、引言图一是为某一智能家居结构示意图，从图中可以清晰的看到，智能家居由以下几个方面构成：灯光、插座控制系统；背景音乐系统；电动窗帘、电动门窗等；影音系统；安防系统；综合布线系统等。由于城市住房的紧凑性，因而这些系统的控制器有一个共性要求-小体积，体积大小一般类似为家庭常见的插排，因此要求系统的控制器供电电源也是小体积，才能符合控制器空间的布板要求。且小巧美观的控制器和控制面板更便于实现家居装饰的美观和舒适。图一智能家居结构示意图二、方案对比对于控制器电路的电源设计，在传统的设计方案中，工程师见到最多的方案一般有两种：RC阻容式降压和工频变压器降压，结合图二和图三来分析两种方案的特点。图二为RC阻容式降压电路在控制板上的应用图，从图中可以看出，电源主要为主控电路、信号隔离和显示电路供电。电源方案为在输入端口处添加浪涌防护电路，确保电源电路工作的可靠性和稳定性；接着是RC阻容式降压电路进行电压的转换，最后经过LDO稳压芯片输出一个稳定的工作电压满足MCU和信号隔离的供电电源。而在电源的输出端口，设置的输出过流检测电路，在电源工作异常的情况下对后端负载进行保护。该方案的优点在于电路成本低，电源电路占板面积小，非常符合智能家居对小体积、低成本的要求。但是不足的地方在于电源的转换效率低，输入电压波动范围小，负载值容易受影响，电路调试相对比较复杂，最大的一点就是产品的输入端与输出端不隔离，容易造成触电，有可能危害人身的安全。图二阻容式电源解决方案图三为变压器降压方案，输入端和输出端电路和RC阻容式降压方案一样，都需要对电压和后端负载做一定的保护，区别就是功率转换为变压器传输，由于输入电压为市电，市电的交流频率为50HZ,因此变压器的体积相对来说会很大，输入能量经过变压器传输降压后，通过整流滤波电路和LDO稳压，最终输出稳定的负载所需的供电电压。该方案的优点在于电源电路很好调试，电路结构也很简单，高压和低压部分经过变压器隔离，提高了安全等级，价格成本相对来说也比较低。但是输入电压的范围受限，最大的缺点就是体积太大，转换效率地，不满足智能家居控制器对小体积、节能环保的要求。图三变压器电源解决方案图四中采用了开关电源的方案替代RC阻容式降压和变压器的方案，通过开关电源本身参数的设计，实现稳压输出，且附带过流、短路等保护功能，从而实现外围电路简单，高效率、保护功能齐全的特点。由于开关电源采用高频控制的方式，内部变压器可以设计得很小，使得整个开关电源小型化，最终弥补了上述两种方案的缺点。图四开关电源解决方案三、一款应用于智能家居的典型开关电源产品LS系列--是金升阳为客户提供的小型封装形式的高效绿色模块电源，该系列电源采用包封工艺，具有交直流两用、输入电压范围宽、高效率、高可靠性、低功耗、安全隔离等优点，可广泛适用于智能家居、电力仪表、工业、办公、民用等设备中。图五产品实物图产品特点：●超宽输入电压：100~400VDC（85~264VAC）●输出短路和过流保护●高效率、高功率密度●低功耗、绿色环保●超小体积●满足UL/CE安规认证基本工作介绍原理：图五为产品实物图，正常工作状态下，输入电压在输入端的1和3引脚引入，经过整流滤波后到达功率隔离变压器，由高压开关器件和控制器控制能量从功率隔离变压器的初级传输到次级，最后经输出整流滤波电路得到所需的输出电压。当产品的输出后端出现异常导致过流或短路时，控制器检测到电路工作异常，关断输出电压，且当过流或短路消失后，输出电压自动恢复正常。四、开关电源应用于智能窗帘控制器图六智能窗帘控制器图六为小体积开关电源产品在智能窗帘控制器中的应用，系统工作情况如下：输入端：由于供电端是交流市电220VAC,市电属于不太稳定的供电电压，正常情况下都会有±10%波动范围，而在比较偏远的地区严重的情况下会达到±30%波动的范围，因此就需要开关电压要有较宽的输入电压范围，LS03-10B05R2产品的工作电压范围是85~264VAC,很好的满足电网波动的范围，使产品工作不受影响。另一方面，电网都不会单纯的只给一个设备供电，还会有其他电子设备，如果接入的是功率很大的设备一起使用该电网，那么大功率设备启动或工作的过程中就有很大可能导致周围其他设备受到干扰，类似于EMC中的快速瞬变脉冲群、浪涌等情况，所以在输入端都会建议增加防护电路，保证系统不受外界干扰影响。输出端：由于LS03-10B05R2产品本身就具备了过流保护和短路保护功能，因此无需在输出端设计保护电路就可以直接给负载电路供电，处理器通过处理按键或无线接收模块等输入信息，然后通过光耦等信号隔离器件把控制信息传输给继电器组，进而控制马达来改变窗帘的状态。五、小结金升阳AC-DC模块电源LS系列产品通过技术人员的不懈努力，在超小体积的基础上满足了安规设计规范，同时，在无浪涌、脉冲群等EMC要求的条件下，LS01-XX/LS03-15BXXSR2只需要按照推荐电路在输入和输出端外接一个滤波电容便可以实现AC输入与DC输入两用。可以满足电力仪表、智能家居等不同行业客户的应用，为广大工程师在设计布局上提供了很大的便利。在《今日电子》主办的电源产品评奖活动中，根据在技术或应用方面取得显着进步、创新设计、性价比显着提高的原则下，荣获TOP-10电源产品奖；同时为了表彰填补国内技术空白的贡献，喜获自主创新奖。来源：维库电子市场网

公共交通具有个体交通无法比拟的强大优势，优先发展城市公共交通系统是解决大、中城市交通问题的最佳途径。近年来，城市公交系统的智能化已成为公共交通研究领域的主要方向。国内现有试运行的大部分都采用GPS全球定位系统进行定位，同时采用GPRS网络进行数据传输。车载GPS模块可以实时获取位置、方向、时间等导航定位数据，然后通过车载GPRS模块将数据传至监控中心，从而实现车辆的定位和监控。监控中心则可将车辆的实时信息或公告信息通过电子站牌的GPRS模块发送给电子站牌，以估算到站时间和距离，然后显示在电子站牌上。尽管现有试运行的智能公交系统定位覆盖面广、精度高，可以实现车辆的全范围定位和监控。但在实际运行过程中，仍然存在以下不足：GPS信号在隧道和高架桥等环境下会存在盲点;运行中需将GPS信息通过GPRS发到监控中心，再由监控中心通过GPRS发送显示信息给电子站牌，因此运营费用较高;GPRS模块价格昂贵，公交车数量众多且都必须安装GPRS模块，硬件成本高;不能实现公交车与站牌的通信，也不能实现提前报站等服务。1系统总体方案由于西安城市面积较小，道路集中，公交线路密集，电子站牌间距大多在500米左右，因此，监控中心没有必要对公交车进行实时全范围的监控，而只需知道公交车的站牌区间范围便可大致定位。为吸取现有智能公交系统方案的优点，克服其缺点，并结合西安城市自身特点，本文把ZigBee短距离技术引入到智能公交系统中，对国内现有试运行的智能公交系统普遍采用的GPS定位、GPRS信息传输的方案进行了数据传输方式的改进，改进后的智能公交系统方案的整体架构如图1所示。图1智能公交系统的总体方案本系统主要由公交车终端、电子站牌终端和管理监控中心服务器三部分组成。公交车终端可根据车载GPS模块实时定位公交车的位置信息，并与各个站牌的位置信息进行对比，当其到达某个站牌时，公交车自动语音报站，同时用LCD屏显示到站信息。电子站牌终端和公交车终端可通过ZigBee短距离无线通信网络进行通信。公交车可实现提前报站。当公交车到达某个站牌后，便把自己的车辆信息、状态信息等打包发送给站牌。电子站牌收到管理中心的信息后，便将公交车的位置信息显示在站牌的电子地图上。管理中心服务器和电子站牌终端可通过GPRS无线通信网络进行通信。电子站牌终端通过GPRS模块的无线联网，以对收到的公交车信息进行处理并重新封装，然后发送到无线网络中。服务器端一般是连接Internet的PC机，可通过TCP/IP协议接收互联网上的信息，同时可向电子站牌终端发送运行线路上公交车的实时位置信息和公告信息。服务器可通过数据库进行信息的管理和查询，以方便公交公司的管理和调度。2系统硬件设计2.1车载终端的硬件组成本系统中的车载终端硬件主要包括电源模块或电源接入模块、ARM处理器、RAM、FLASH、GPS定位模块、ZigBee射频传输模块、视频监控模块、LCD显示模块、串口和调试模块、车内人数统计模块和语音模块等。图2所示是系统中车载终端的硬件组成框图。图2车载终端硬件组成框图ARM嵌入式处理器是整个车载终端的核心，可通过各种接口与各功能模块相连接。本车载终端选用韩国三星公司的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器S3C2410.S3C2410的运行频率可以达到203MHz,主要面向手持设备等高性价比、低功耗的应用。在智能公交系统中，系统定位模块一般采用GPS-OEM(OriginalEQUIPmentManufacture)板。在嵌入式车载终端系统中，选用GPS模块时，通常应考虑定位精度、价格、功耗、体积、抗干扰能力等几个因素。根据以上原则，本设计选用LEADTEK公司的GPS三代SiRFstarIII7855模块来实现定位。该模块的主要性能指标如下：有20个并行通道，可同时接收20颗卫星;定位时间：重捕时间为0.1s,热启动输出差分精度可达10米，功耗小于1W;可通过RS232接口输出NEMA-0183协议的ASCII码语句，包括GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC、GPVTG、GPGLL等;采用5V电源，可通过TX、RX引脚连接一个DB9的接口来与嵌入式微处理器的串口进行通信。2.2ZigBee射频模块在智能公交系统中，GPS模块只完成信息采集功能，而在公交车到站时，还需要通过ZigBee模块信息发送给站牌。经过市场调研发现，Freescale的MC1319x平台功耗低、价格低廉、硬件集成度高，而且方便二次开发，射频通信系统的稳定性也比较高。所以，本设计选用了MaxStream公司与ZigBee兼容的、以FreescaleMC1319x芯片组为核心的XBeeProRF模块。XBeePro模块设计满足IEEE802.15.4标准，工作频率为2.4GHz,其基本性能参数如下：◇发送功率l00mW;◇室内传输距离为300m,室外传输距离为1500m;◇RF数据传输速率为250kbps;◇在3.3V电源下，发送电流为215mA,接收电流为55mA.图3所示是XBeePro模块的引脚排列图，该模块有20个引脚。RS232接口电路板的引脚可连接到VCC、GND、DOUT和DIN引脚。其中VCC是电源引脚(2.8~3.4V);GND接地;DIN是信号输入引脚，可作为UART数据输入，通常与处理器的UART接收端TX相连;DOUT为信号输出引脚，可作为UART数据输出，通常与处理器的UART接收端RX相连。此外，在XBee/XBeePro模块中还集成了一个UART接口，该接口的内部数据控制流程如图4所示。图3XBeePro模块的引脚排列图图4XBeePro模块的UART内部数据控制流程当串行数据通过DIN引脚进入XBeePro模块后，数据会存储在DI缓冲器中，直到被发送器通过天线发送出去;当RF数据由天线接收后，接收数据进人DO缓冲器，直到被处理。在一定条件下，模块可能无法立即处理在串位接收缓冲中的数据。如果大量的串行数据发送到模块，可能需要使用CTS流控以避免串行接收缓冲溢出。XBeePro模块可以通过UART接口直接与控制器的UART接口相连，硬件接口简单实用。2.3电子站牌终端的硬件组成电子站牌终端的硬件组成与公交车车载终端相比，主要是把公交车上的GPS定位模块替换成了GPRS-DTU数据传输单元。GF-2008AWGPRS-DTU是北京嘉复欣科技有限公司研制生产的GPRS无线数据通信产品，该产品内置西门子MC39iGPRS模块，具有准确性高、环境适应性好、易于安装和维护等特点，能够为用户提供高速、可靠、永远在线的数据传输服务和虚拟专用数据通信网络服务，可广泛用于远程抄表、环保数据采集、交通信息发布等方面。以下是GF-2008AWGPRS-DTU的主要特点：可实现串口透明的无线数据传输，而且稳定可靠;高度集成GPRS和TCP/IP技术，可将互连网和无线网络有机的结合起来;支持多种TCP/IP协议，如TCP、UDP、DNS、PPP、RAS等;按流量计费，没有流量不计费;在标准RS232接口产品中体积最小，适合嵌入式集成;支持点对点、点对多点、中心对多点的对等数据传输;基于串口通讯的AT+i指令接口，可节省开发时间和开发成本;持ALWAYSONLINE(永远在线)模式，断线可自动重拨;采用5~24V/1A供电，并具有节能模式。3ZigBee通信程序设计3.1ZigBee组网方案由于站牌处通常会有多辆公交车同时到达，一个站牌对应多辆公交车。鉴于网络节点较少、网络结构比较简单，本系统采用星形模型组网。即把分布在公交线路上的电子站牌配置为ZigBee协调器，而将到达的公交车配置为ZigBee终端设备。图5所示是公交车与站牌的组网方式。当站牌上ZigBee网络协调器选择一个信道和PANID并启动时，便建立了一个ZigBee个人局网(PAN)。而一旦协调器启动PAN,便允许路由器和终端设备结点加入PAN.作为ZigBee终端设备的车载终端加入PAN时，系统将收到一个16位的网络地址，同时发送和接收来自作为ZigBee协调器的电子站牌终端的数据。PAN协调器的网络地址总是0.由于站牌上ZigBee模块的网络物理地址是唯一的，故可通过物理地址向站牌发送信息。图5公交车与站牌组网方式3.2ZigBee模块的API操作XBeePro具有空模式、接收模式、发送模式、睡眠模式和命令模式等5种操作模式。对于每一种操作模式，还有透明方式和应用程序接口(API)方式两种操作方式。当工作在透明方式时，模块可替代串口线的作用，并以字节为单位操作各种信息;而当工XBeePro具有空模式、接收模式、发送模式、睡眠模式和命令模式等5种操作模式。对于每一种操作模式，还有透明方式和应用程序接口(API)方式两种操作方式。当工作在透明方式时，模块可替代串口线的作用，并以字节为单位操作各种信息;而当工作在API方式时，所有进出模块的数据均被包含在定义模块的操作和事件的帧结构中。本文采用API操作方式。API操作要求模块之间通过一种结构化的接口进行通信(数据通过一种定义好序列的帧来交互通信)。API对通过串口数据帧进行命令发送、命令响应，以及模块状态信息的传送与接收作了规定。(1)ZigBee发送请求公交车到达站牌后，应根据站牌的MAC地址将日期、时间、车号、公交线路、车内人数、行驶方向等信息发送到电子站牌。公交车ZigBee模块发送模式的API帧结构定义如图6所示。其中的Bytes6-13为站牌的MAC地址。图6公交车TX请求API帧结构图(2)ZigBee发送状态为实现可靠传输，当公交车传送信息给电子站牌的请求完成后，必须得到电子站牌的确认信息，因此还必须得到电子站牌回馈给公交车的发送状态信息。这个信息将指出数据包是否被成功发送，或者发送失败。如果发送失败必须重新发送公交车的信息，直至发送成功。电子站牌根据公交车的MAC地址，不断的向PAN内发送信息，并通过回读发送状态来确定是否有公交车加入网络，如果有，则根据网络地址识别公交车，并将公交车的定位信息发送到监控中心，从而实现对GPS定位方式的补充。图7为公交车ZigBee模块的TX状态帧结构其中的Bytes9为传送状态信息，Bytes6、7为接收模块的16位网络地址。(3)ZigBee接收包。电子站牌收到公交车发来的状态信息数据包后便进行解析，并通过站牌的GPRS模块发送到监控中心。电子站牌ZigBee模块接收模式的API帧结构定义如图8所示。图中的Bytes5-12为公交车的MAC地址。3.3GPRS网络通信设计电子站牌收到公交车发来的信息后，将通过GPRS-DTU发送到监控中心，然后由监控中心将所有公交车发来的信息通过Internet发送给站牌。GPRSDTU有透传模式、AT+i命令模式、自动IP注册模式、远程维护和流控五种模式。在系统的电子站牌终端中，DTU将使用透传模式与服务器进行信息的交互。通过透传模式可将电子站牌异步串口通信转换成基于TCP/UDP协议的网络通信。其主要目的是通过串行通信的简单设备实现在IP网络上的通信，而数据格式不发生任何改变。这一点非常重要，由于数据格式在经过DTU前后均不发生任何变化，由此，电子站牌原有的设备及软件不用作任何升级，就可直接应用。DTU的透传模式可使电子站牌客户端在发起通信请求时，使DTU必须与服务器建立网络连接。也就是说，电子站牌下位机与服务器进行数据传输时，首先是电子站牌下位机要与DTU设备的串口相连，在DTU进入透传模式后自动被调用，并与服务器建立网络连接，当网络连接建立后，DTU将自动完成串口到网络通信的转换，以便所有数据可透明地在服务器软件与电子站牌下位机之间双向传输。服务器与电子站牌终端通信可通过套接字socket来实现。首先在服务器上建立一个监听Socket对象，并绑定在一个固定端口上，然后，每当电子站牌客户端发送一个SOCKET连接请求，服务器端就会新开启一个线程，并在其中创建一个socket与电子站牌客户端的socket通讯，直到电子站牌客户端程序关闭，该线程结束，然后服务器主线程的socket在应用程序退出时关闭。通过多线程的Socket程序设计，可以实现一个服务器与多个电子站牌客户端的通信。以下是服务器基于socket多线程的具体实现程序代码：DWORDWINAPIAnswerThread(LPVOIDlparam)//收发线程入口{//创建线程时把服务器建立的新套接字传给lparamSOCKETClientSocket=(SOCKET)(LPVOID)lparam;intbytesRecv;charsendbuf[32]="";charrecvbuf[32]="";while(1){bytesRecv=SOCKET_ERROR;for(inti=0;i{recvbuf[i]='?';}while(bytesRecv==SOCKET_ERROR){bytesRecv=recv(ClientSocket,recvbuf,32,0);}//⑤接收电子站牌客户端的数据…send(ClientSocket,recvbuf,strlen(recvbuf),0);//⑥向电子站牌客户端发送数据}}…WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);//初始化Winsocksocket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);//①创建一个监听socketbind(m_socket,(SOCKADDR*)&servICe,sizeof(service))//②绑定套接字listen(m_socket,20)//③监听套接字SOCKETACCeptSocket;while(1)//一直等待客户端的请求，请求到来后，建立新的连接套接字{AcceptSocket=SOCKET_ERROR;while(AcceptSocket==SOCKET_ERROR){AcceptSocket=accept(m_socket,NULL,NULL);}/*④等待客户请求到来，请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应此次连接的socket*/hThread=CreateThread(NULL,NULL,AnswerThread,(LPVOID)AcceptSocket,0,&dwThreadId);}/*创建新线程，将新的连接套接字传给AnswerThread入口函数*/}4结束语本系统中，公交车与电子站牌通过ZigBee网络实现信息交互，电子站牌与监控中心通过GPRS网络实现信息交互。公交车上用价格低廉的ZigBee模块取代现有智能公交系统中的车载GPRS模块，可节约硬件成本，而公交车与电子站牌之间的ZigBee网络通信则可实现公交车的定位，以作为GPS定位的补充，从而增加了系统的可靠性。今后，随着3G、WiMAX、Wi-Fi等无线通信技术的成熟以及更加优化的卫星定位技术的出现，定会出现越来越多的智能公交系统方案，从而在更大程度上推动智能公交系统的发展。转载自——维库电子市场网

引言随着社会的迅速发展，智能小区逐渐进人人们的生活，而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。在水、电、气管理方面，采用自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性，减少因估计或誊写而造成帐单出错的现象，使水、电、气管理部门能及时准确获得数据信息。另外用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间，还能迅速查询帐单，所以这种技术越来越受到用户欢迎。针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状，设计一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号，利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集系统。该采集系统价格相对低廉，性能可靠，适用于水、煤气、电表的远传采集；数据传输总线选用M-BUS，传输速度快、距离远、可靠性高。1、工作原理该数据采集系统是对传统电表、水表、气表抄表系统加以改进，使其适合远传抄表。以普通的煤气表为例，选择在基表最后一级齿轮处加一磁铁（不算显示部分的逐级传递齿轮）。该级齿轮每转1圈，都要拨动显示部分的逐级传递齿轮8次，而每拨1次是O．001立方米，所以，该级齿轮每转1圈，共计0．008立方米。的煤气。也就是最后一级齿轮每转125圈，即拨动显示部分的逐级传递齿轮1000次，煤气表的显示部分的计数为1立方米。而当小磁铁经过零功耗磁敏传感器表面时产生脉冲信号，利用MSP430单片机的捕获功能捕获到信号，引起中断，数据存储区地址1自加1；若加到150，地址2自加1，地址1清零。存储区地址2中的数据就是煤气表基表的数据。当总线要求单片机传输数据时，单片机先确定是否可以传输数据。若可以，将地址2中的数据写入发送缓存，一位位地将数据发送出去；若不可以，等单片机空闲时再发送数据。2、主要特点该数据采集系统主要具有以下特点：①采用零功耗磁敏传感器作为采集前端，工作时无须使用外加电源，且无触点、耐腐蚀、防水，寿命很长。②采用MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片，性能优良，价格低廉。③采用M-BUS（Meter-BUS）总线进行数据传输，传输距离远，速度快，可靠性高。④采集电路功耗很低，可采用锂电池供电或采用M-BUs总线供电。3、数据采集系统的软硬件设计3．1设备选型选用的TI公司16位FIash型MSP430系列超低功耗类型的单片机，特别适合于电池应用的场合或手持设备。在超低功耗方面，该单片机能够实现在1．8～3．6V电压、1MHz的时钟条件下，耗电电流在O．1～400μA之间；在片内外设方面，含有P0～P6七个I／O口、2个定时器（TImer_A、TImer_B）、1个看门狗、内部集成2KB的ROM和60KB的RAM，可10万次重复编程；MSP430系列单片机均为工业级的产品，运行环境温度为-40～+85℃；在价格方面，MSP430系列单片机一般只有几十元。总之，MSP430系列单片机的性价比不错，完全能够满足系统开发的需要。在远传抄表系统中，有多种传感器可被选用，常用的有光电传感器和霍尔传感器。光电传感器和霍尔传感器工作时，都需要供电，电流一般为毫安级。这将导致供电电池的极大耗费。对于煤气表来说，在基表中通电还会引起安全方面的问题。选用零功耗磁敏传感器，工作时无须使用外加电源，适用于微功耗仪表，在远传抄表系统中是一种较好的采集用传感器。零功耗磁敏传感器是通过韦根德效应制成的，故又名韦根德传感器，是利用磁性双稳态功能合金材料中的磁畴在磁场中的运动特性制作而成的。当外磁场发生变化时，磁畴磁化方向瞬间发生翻转，而当外磁场撤离后，它又瞬间恢复到原有的磁化方向，由此在合金材料周围的检测线圈中会感应出电脉冲信号，实现磁电转换。M-BUS总线是欧洲新型总线结构——仪表总线，由德国Paderborm大学的Ziegler教授和德国TechemAG公司以及德国的TexasIntrument公司共同开发的，采用新的仪表总线和相关技术的数据采集系统，具有以下特点：①可采用普通3的双绞线电缆连接及任意总线拓扑结构（星形、树形等），使系统布线施工简单、扩展灵活。②最大的总线长度可以达到lkm（波特率≤9600bps时）。③系统的每一个标记具有惟一的地址码，方便管理。④双绞线同时完成数据通信和提供表具的电源，可为用户提供3种供电方式（远程供电、电池和远程供电以及运用光耦合后单一的电池供电）。⑤系统可实现300～9600bps半双工异步通信。通信媒介可采用普通双绞线，总线极性可互换，并可以通过中继器扩大网络或系统的覆盖范围。⑥每个M-BUS系统都有一个电平转换器。该转换器提供RS232或者RS485接口，以实现与中心计算机的通信。该系统最多可以连接250个用户表，如图1所示。3.2硬件电路设计基于MSP430F449单片机的数据采集系统电路原理图分为两个部分：数据采集模块和通信模块。（1）数据采集模块数据采集器，是为准确采集三表数据而设计的，如图2所示，包括晶振电路、电源电路、传感器电路等。①晶振电路。图1中提供了高速和低速2个晶振电路，可输出3种不同频率的时钟给单片机内部的不同模块。用户可用高速晶体产生频率较高的MCLK供给CPU，以满足高速的数据运算需要；也可以在不需要CPU工作时关闭高速晶体；而对于实时时钟，可用低速晶体产生频率较低的ACLK供给。②电源电路。MSP430F449单片机的工作电压在1．8～3．6V之间，工作电流在0．1～400μA之间。本电路中，工作电压为3V，可由锂电池或M-BUS总线为单片机供电。③复位电路。单片机的复位电路接在94引脚处。④传感器电路。经过试验，零功耗磁敏传感器可直接接到单片机的捕获端口TAl。当装在煤气表齿轮上的小磁铁经过传感器表面时，产生脉冲信号，利用单片机的捕获功能捕获信号。为确保传感器采集数据的准确性，图1中加入了低功耗运算放大器LM358以放大传感器的脉冲信号。采集端口P1．2处的电压为高电压，等于Vcpu（3V）。当三级管C9018基级电压大于0．7v时，采集端口P1．2被拉低，单片机计数。通过实验，每当小磁铁经过传感器1次，单片机的地址1就增计数1次。（2）通信模块通信模块即单片机和总线集中器之间的数据传输电路，如图3所示。TSS721A是美国德州仪器公司1999年初生产的一种用于M-Bus的专用收发器芯片。其内含的接口电路可以调节仪表总线结构中主从机之间的电平，可通过光电耦合器等隔离器件与总线连接。该收发器由总线供电，对从机不增加功率需求；外形采用16脚双列直插封装，将整个数据发送功能集于一体。其特点如下：①满足国际ENl434-3标准；②具有动态电平识别的接收逻辑；③通过电阻可调接收电流；④无极性连接；⑤防掉电功能；⑥可提供3．3V稳压源；⑦支持远程供电；⑧半双工下波特率可达9600bps；⑨支持UART协议；⑩从机可由总线或后备电池供电。该芯片上有8位拨段开关，用来设置总线上表具的惟一地址。而作为Master的主机存储各采集器模块的地址，并根据主控机的请求将采集模块的数据抄上来。集中器设置各采集模块的分频系数和各表的量纲和倍率。为了布线方便，采用异步串行通信。所选取的MSP430F449微处理器内部含有2个USART模块（USART0和USART1）。该模块内部包含波特率设置部分、接收部分、发送部分以及接口部分。波特率设置模块的时钟来源于内部时钟或外部输入时钟，由SSEL1和SSEL0选择，以决定最终进入模块的频率。时钟信号BRCLK送入1个15位的分频器，通过一系列的硬件控制，最终输出移出和移人的两个移位寄存器使用的移位时钟BITCLK，信号波特率的设置由分频因子N和所需的波特率（9600bps）来决定，数据的传送或接收主要是通过一个移位寄存器。接收时移位寄存器将接收来的数据流组合满一个字节，就保存到接收缓存URXBUF；发送时，将发送缓存UTXBUF内的数据一位一位地送到发送端口。TSS721A的8位拨段开关用来设置总线上表具的惟一地址。上位机通过寻址的方式来实现和微处理器MSP430F448之间的通信。每次主机对某一地址呼叫，只有地址像相符的从机才可以识别呼叫并做出相应的响应。所采用的通信协议是半双工通信协议。3．3软件设计MSP430的开发软件较多，这里使用的是IAR公司的集成开发环境：IAREmbeddedworkbench嵌入式工作台以及调试器C-SPY。利用MSP430单片机的捕获功能，测试单片机能否准确捕获到来自传感器的信号。程序流程如图4所示。首先，对单片机进行初始化，定义单片机时钟、上升沿捕获、传输方式和输入输出端口设置等工作。然后开发中断程序，一旦有允许中断请求，CPU被唤醒，进入活动模式，执行中断服务程序，执行完毕，系统返回到中断前的状态，继续低功耗模式。如图4所示，运行完主程序后，系统进入低功耗模式，如出现中断1，CPU被唤醒，并将RAM中某一地址的数据自加1；如出现中断2，CPU被唤醒，通过传输线路可以将RAM中某一地址的数据传输给PC的串口界面。如出现中断1和中断2同时出现的特殊情况，通过实验，中断1的优先级高于中断2，即先执行完中断服务1后，再执行中断服务2。4、结论从采集数据的安全性和可靠性两个方面着手，选用新型传感器和低功耗MSP430系列单片机，设计出了用于远传抄表的数据采集系统。该系统采用M-BSU总线进行数据传输。在M-UBS调试器软件环境下的实验结果表明，采集部分捕获信号准确率高，电路设计和软件设计合理，而且价格相对便宜，具有很好的应用前景。转载自——维库电子市场网

本文主要详解基于单片机的智能安防报警系统设计方案，我们以基于STC89C52单片机设计的方案来介绍，首先介绍了STC89C52引脚图及功能，其次阐述了基于STC89C52单片机的智能安防报警系统的硬件、软件、系统测试等方面的内容，具体的跟随小编来详细的了解一下。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52引脚图及功能STC89C52引脚说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节;在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在线系统编程用）P1.6MISO（在线系统编程用）P1.7SCK（在线系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能：RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。基于单片机的智能安防报警系统设计方案本设计提出了一个基于STC89C52单片机控制GSM的智能家用报警系统，对房屋灾情进行实时监控和报警。系统使用温度传感器对室内温度进行检测并且在数码管显示;使用热释电红外传感器检测屋内是否有人非法侵入，检测数据传入单片机，单片机对数据进行分析和处理，若有异常，进行蜂鸣报警，并控制GSM系统向主人发送信息。该智能报警系统可以根据环境变化及时做出反应，从而保证家居环境的安全。一、系统硬件设计1、系统总体设计系统基于STC89C52单片机，主要的模块有热释电红外传感模块、温度检测模块、蜂鸣器报警模块、数码管显示模块和GSM短信报警模块。系统整体框架如图1所示。2、温度检测及显示模块设计温度检测及显示模块采用数字温度传感器DS18B20，DS18B20数字温度计接线方便，封装成后可应用于多种场合，耐磨耐碰，体积小，使用方便，并且具有超强的稳定性和卓越的灵敏性。温度检测电路如图2所示。3、热释电红外传感模块设计热释电红外传感模块主要用来对室内是否有人体进行检测，主要由热释电红外传感器RE20HDB和BISS0001处理芯片构成。BISS0001是CMOS类具有独立的高输入阻抗运算放大器，可以与多种传感器匹配，进行信号处理，能有效的抑制其他信号的干扰，稳定性高，调节范围广。若有人进入热释电红外传感器的扫描范围内，RE200B产生微弱的电压变化使得芯片被触发，经过BISS0001芯片的两级放大后，在VO信号输出端产生3.3V左右的电压;当没有人经过时，VO端输出0V，输出电压送入单片机进行判断和处理，从而实现了人体检测。4、GSM短信报警模块设计GSM模块主要由TC35i、电源电路、串口电路和GSM保护电路组成。TC35i新版西门子工业GSM模块是一个既支持英文短信又支持中文短信息的工业级GSM模块，支持数据和语音两种格式的SMS短信发送形式，且格式的设置都可通过AT命令来实现。TC35i短信模块体积小、重量轻、耗能低，具有SIM应用工具包和AT命令集控制等优点。电源电路为GSM提供合适的电压。GSM保护电路用于防止供给电压过大。二、系统软件设计系统以C和汇编语言为编程语言。该系统通过传感器对室内环境条件进行检测，检测数据传送给单片机，由单片机对数据进行处理并采取相应措施。系统程序流程如图3所示。系统启动之后，首先进行初始化操作，为了能够及时显示温度以及对非法入侵报警，系统采用中断技术，使用单片机定时中断TO，每隔500ms中断一次。打开中断后，系统开始进行工作，当有人进入时，系统调用GSM短信发送程序，并进行蜂鸣器报警，为了让报警产生效果，将报警时间延迟2分钟。GSM发送短信程序设计的流程图如图4所示。三、系统测试系统软硬件设计完成后，对各模块进行测试。接通电源后，数码管能够正常显示当前室内的温度，并且随室内温度的改变而改变，表明温度检测和显示模块功能正常;然后，对是否能够检测到人体进行了测试，当有人进入热释红外传感器扫描范围内时，系统报警并且发送短信息到指定手机，没有人体进入时，系统不报警，表明报警和短息通知功能正常。因此，该系统的温度检测、显示、报警和发送短信功能均正常。四、结论此家用报警系统，主要以防盗和室内温度检测为主，防盗报警体现于发送短信报警和驱动蜂鸣器报警，室内温度检测主要将其显示于数码管。整个设计的创新点在于系统的自动化和智能化，实用性强。使用简单实用的传感器，融合声、温、电、网络信息传输等技术，系统易于实现。此外，系统的设计思想为智能家居、智能安防等系统的开发提供参考价值。转载自——维库电子市场网

平板电脑和智能手机帮助我们推广了使用手势控制电子设备的理念。手指捏合已成为缩小屏幕对象的代名词；使用两根及以上的手指滑动屏幕，可从一个图片或应用滑动至另一个图片或应用。我们现在完全熟悉了这些简单的动作。随着这些手势的日常使用，它们开始延伸到其他技术领域。这对于汽车应用而言很重要，能够在不分散驾驶员注意力的情况下实现控制功能。通常，此类手势界面用作仪表板交互显示屏的辅助部分。但是，手势界面的关键优势是它不需要复杂的视觉显示。设备上的声音消息或灯光配置变化，可用于指示手势已被识别以及状态已经变化。因此，在作为物联网(IoT)的一部分提供环境智能的设备中，手势界面将是非常有用的。无需图形界面的设备手势比智能手机上的手势更加简单，后者通常会对使用手指数量的变化做出响应。这些更简单的界面通常基于整只手的移动。在传感器面板前做向上扫动手势，可指示室内控制系统开灯。水平扫动手势可指示供暖控制系统提高或降低温度。手指快速轻拂，可以前进到另一项功能，或者指示娱乐系统前进到下一个音轨。手势的含义可以变化，具体取决于传感器面板处于何种模式，或许简单的LED报警器图标或语音消息会告诉用户哪一种模式是活动的。通过与室内各个系统建立网络连接，传感器面板可以控制多种功能，这也是物联网基础设施的主要优势之一。传感器面板可以集成到桌子、墙壁控制以及扬声器等电子设备中。多部设备可同时与物联网系统协调，在室内的不同位置提供便利的控制。有多种方式可以检测手势动作，包括摄像头和接近传感器。但是，在物联网应用中，成本是一大问题。基于摄像头的解决方案需要复杂的软件来处理图像，但实现了很高的灵活性，并具备了识别多种不同手势的能力。电场传感器则拥有更低的成本且操作更简单。该传感器使用由交流电驱动的电极，在物体表面上方形成电场。可以选择频率将电磁的磁场分量降至最低，并形成准静态近场，当传导性物体（例如手）移动到范围内，会对该电场产生干扰。标准和升压传感器类型的识别范围分布图图1：标准和升压传感器类型的识别范围。当用户的手进入感测范围内时，传入的电场线将通过用户的身体分流到大地，使整个电场发生失真。这种效应将靠近手的电极信号电平降低到较低的水平，而传感器阵列可以检测到这一变化。手四处移动时，阵列的不同部分拾取这种运动，并将电势变化告知控制器IC，例如MicrochipTechnology的MGC3x30GestIC。图2：GestICMGC3030框图。GestIC为最多五个接收电极和一个信号发射器提供了接口。接收和发射电极可采用任何导电材料制成，例如织物状铜网或氧化铟锡(ITO)。电极之间的隔离可以是任何不导电材料，包括阻燃纤维玻璃环氧树脂(FR4PCB)、玻璃或塑料。电极顶部的可选覆盖层也必须是不导电的。发射电极放置在接收电子元件阵列下方。该设计提供标准和升压传感器两种选择。标准传感器适合通常采用电池供电的小型设备，这些设备与地面有弱连接。升压传感器类型使用更高的发射电压，适合具有接地连接的大型设备，包括需要较大识别范围的设备。使用标准传感器配置，接地连接可提供通常高达100mm的更大识别范围，而电池供电的未接地设备的识别范围仅为50mm。传感器形状大约为方形或圆形，宽高比不超过1:3。GestIC硬件识别人手的电中心点，当该点在传感器范围内移动时，还可跟踪该点。用户手的XY位置被最多四个传感器电极拾取。第五个连接可用作按钮或中心电极，以识别简单的“按钮触摸”手势。为了简化在系统中的集成，GestIC器件包含自身的手势处理固件，存储在内部闪存中。该固件包括基于隐马尔可夫模型的ColibriSuite数字信号处理(DSP)算法，可执行各种功能，例如接近检测、位置跟踪和手势识别。它们还能够使用基于消息的接口，将状态更新发送至微控制器(MCU)，另外还提供了处理固件更新的功能。MCU和MGC3X30之间的通信是使用I2C兼容双线串行接口实现的。这使MCU能够读取传感器数据，并将控制消息发送至芯片。它提供一个地址引脚，用于在同一总线上的最多两个MGC3X30器件之间进行选择。GestIC固件会更新传感器读数，默认速率为5ms，每次会更新串行端口消息缓冲区，并将传输状态(TS)线拉低，指示有可用的新读数。主机可以设置多个运行时参数，包括GestIC器件将要检测的手势类型。Set_Runtime_Parameter的0xA2命令使用位掩码，筛选出不需要的手势类型。禁用某些手势有助于提高其他手势的识别概率，从而改进简单控制接口的可用性。GestIC能够识别的手势包括沿直角坐标轴方向的轻拂，以及顺时针和逆时针方向的画圈。图3：GestIC解决方案识别的手势类型及其潜在用途GestIC固件还提供手在传感器电场范围内移动时的位置更新，并与手势更新一起输出。其他信息包括第五个电极辅助识别的触控事件，以及AirWheel数据。AirWheel的工作方式与老式便携式音乐播放器上的滚轮非常相似，但要在设备表面上方执行手势。为了让工程师能够更简单地为主机MCU开发软件，Microchip开发了基于C语言的API，还有参考代码提供支持。该API处理各种功能，包括控制消息缓冲区、将消息位掩码解码为C结构、执行事件处理。这些功能可让主机MCU摆脱低级别协议及其时间约束。为了支持设计，还要在基于Windows的PC上运行第二个软件包Aurea。该软件可解析由GestIC发送的消息，并视觉呈现手势和位置数据。使用Aurea，开发人员可以优化感测参数和布局，以便对目标应用提供最佳支持。配套开发套件提供了I2CUSB桥，以便为传感器和软件开发提供原型支持。转载自——维库电子市场网

更为有远见的OEM汽车厂商已经意识到车内环境照明的价值，以在日益竞争激烈的市场中提升产品的差异化。进而由于电子设备已成为汽车组件中增长最快的部分，速度超过了机械装置、气动装置和液压装置。随着车内环境照明应用数量的不断增多，OEM汽车厂商对不同颜色的LED环境照明方案进行了区分应用，现在主要是应用于其中的中级桥车模型，将来如何大规模扩展的唯一真正问题是怎样在可接受的成本内实现所需的照明系统。为了满足上述应用要求并降低成本、缩短实现时间，选择正确的解决方案至关重要。本文将从以下几个方面对车内环境照明解决方案进行阐述：(1)车内环境照明实现方法的选择;(2)使用控制算法实现对RGBLED颜色的混光，温度补偿以及LED之间的差异化补偿;(3)车内环境照明网络实现方式的讨论。一、车内环境照明系统的发展基本的环境照明机制大约在五年前开始应用于汽车。在这个阶段，它们可支持的功能非常有限，并且实现方式也被认为是相当昂贵的。如果要将车内环境照明作为一个市场卖点，就需要增加终端客户的调节灵便性。这导致了从传统早期的被动方案到更智能化的环境氛围灯系统。借助于完全可调节化环境氛围灯的发展，车辆驾驶员将在不久的将来根据个人情绪或品味将车内氛围灯调整为他们想要的任何颜色。在未来的车型中，车内氛围灯非常有可能成为高级驾驶员信息系统的一部分。例如，汽车在城市中，乡村公路上或高速路上行驶时，环境氛围灯颜色会有所不同，红色可提高驾驶员的预警性，而黄色则有助于驾驶员在高速路上放松驾驶心情。在很多情况下，车内环境氛围灯可与OEM汽车厂商的价值以及个性化定位联系在一起，使其产品更加有独特性。二、环境照明的实现为了使环境照明能在车载环境里有实际的影响，并真正让到乘客和驾驶员体验其舒适性，需要在车内布置大量的固态光源——可设置于脚部空间，沿仪表板，穿过车顶部下侧，或是门板等，以及用于照亮车内特定部位(车内门把手、杯托等)。在光电领域对于单封装发光器件的三原色混色并使其扩散于整个车内已经取得了进展，然而随着需要将所有RGBLED互连的成本要求对环境氛围光的实现方式有着非常大的制约，考虑到这个因素，现可能只会被用于豪华车内。这无疑是不幸的，因为如果价格适当，它完全可以被广泛用于中档或是入门级轿车。620)this.width=620;"src="http://file2.dzsc.com/data/18/08/21/144540259.jpg"/>图1应用车内环境照明的实际效果1.LIN控制与考虑任何一种方案一样，成本的要求是首当其冲的。在车内环境照明解决方案中实施本地互连网络(LIN)通信是最佳的做法，可有助于降低开发成本和缩短开发周期，因此利用现有的总线设施，重量轻、单线LIN通信是对高性能，成本昂贵的CAN(控制器局域网络)通信的补充。每个RGBLED模块可以连接在LIN网络而不需要额外的布线。因此，整体系统成本可保持在最低水平，再加上汽车总重量不会增加——从而避免了燃油损耗的增加，而且设计者也可以利用LED的封装优势进一步提升车内体验。2.恒流源驱动LED必须使用恒流源驱动。大部分LED都有一个规定的电流级别，LED在这个电流级别可达到最大的亮度，且有助于LED寿命。另外LED的光能输出和其流经的电流是成正比的。控制LED亮度通常有两种方式：一是改变LED电流;二是对LED驱动的恒流源电流采用脉宽调制(PWM)改变占空比。第一种方式的主要缺点：随着电流的降低，LED效率也随之降低，对于高功率LED，电流的降低还会导致颜色偏差。然而PWM调光方式以全电流驱动LED，可避免效率降低和颜色偏差等问题。迈来芯电子最新推出的MLX81106包含上述必要的内部驱动技术，芯片可利用内建恒流源直接驱动4颗LEDs(红、绿、蓝和白)，并且使用MOS栅电压幅值调整实现PWM占空比调制。图2MLX81106驱动RGBLED电路图3.RGBLED颜色控制算法以及补偿使用集成MCU微控制器方式可检测并控制RGBLED颜色，产生特定的颜色，以及混合的颜色。如，可以混合RGB的成分来产生特定的白光。通过采用红色、绿色和蓝色的颜色值以及亮度值可产生所需的颜色，对应地采用三个PWM通道或是四个PWM通道实现，本文讨论的是采用三个PWM通道实现将颜色和亮度控制结合在一起的方式，因此需要更高的PWM分辨率以及功能强大的MCU。MLX81106本身集成了MCU，其4路输出能实现最高到30mA(使用内部电路增强功能可达48mA)的驱动电流驱动外部RGBLED(如果需要输出更大电流来驱动白色LED，可以采用芯片本身高边IOs驱动外接器件来实现)混光产生2.7x1014不同的颜色——从而使用户有更加广泛的选择。另外LED的温度和差异性是影响LED颜色因素的一部分，因此需要对这两者的影响进行补偿。对于温度补偿，低成本且有效的方式是采用芯片内部集成的温度传感器和比较器;或是检测LED的正向压降，MLX81106可提供上述两种方式的实现硬件，其集成的LED阈值检测能力不仅对LED温度进行补偿，也可对LED老化实现补偿，而不需要任何外部元器件。由于LEDs通常因为生产过程会造成的光强度的差异，这会引起输出混光颜色的差异。为了弥补该效应MLX81106集成的128字节EEPROM可用来在模块生产线上对LEDs进行终端校准，从而实现LED差异性补偿。4.网络实现方式由于整个车内部需要大量的固态光源，基于物流原因，重要的一点是确保所有模块都是相同的(硬件和软件方面)。为了简化汽车的生产过程，需要对单个模块进行单独的控制，就需要实现一个系统来检测汽车内每个模块的具体位置。此外，对汽车内照明节点联网以及诊断的要求，都需要使用适合的低成本通信协议，如之前讨论OEM汽车厂商最新开发的车内照明采用的最经济有效方式是LIN/J2602通信协议，进而考虑到需要检测每个模块并对其实现诊断，现在一些OEM汽车厂商正考虑采用具有自动寻址功能的LIN通信。该方式基于总线并联(已用于空调系统)方式实现。虽然与标准LIN通信相比增加了硅的成本，但是该系统提供在整车EOL过程中对所有模块实现检测的功能，降低OEM汽车厂商和一级供应商的物流成本。转载自——维库电子市场网

智能电视是指集成了互联网功能的电视机，它能提供比当今普通电视机更高级的计算能力和联网功能。为了获得更高性能，智能电视通常都采用最新一代的技术。随着更小更先进的集成电路不断促进电视机的发展，电磁兼容（EMC）领域将出现新的挑战，因为这些高速信号接口在正常使用条件下会受到静电和电缆放电事件的威胁。本文将针对智能电视上两个最常见和最敏感的接口：HDMI与千兆以太网接口提供保护方案。HDMI的ESD/CDE保护自从推出以来，HDMI（高清晰多媒体接口）已逐渐得到普及。消费电子领域广泛采用该接口进行高清数字内容的传输。不过，作为一种高性能接口，HDMI对于来自热插拔的电缆放电以及来自用户的直接静电放电（ESD）都极度敏感。为确保其正常的功能，基于HDMI的系统必须保护所有可能暴露的接口信号与电源引脚，以符合或超出IEC61000-4-2，Level4（±15kV空气放电，±8kV接触放电）的EOS（过度电性应力）规范要求，而不致损坏。目前HDMI芯片工作在2.25Gbps，不久将达到3.4Gbps。在如此高的数据传输速率下，对信号完整性与阻抗要求的关注将远远超过HDMI一致性测试规范（CTS）。该规范要求所有HDMI接收设备都需将高速线路的差分阻抗保持在100Ω±15%。在3.4Gbps的数据传输速率下，如何在不增加额外电容负载的条件下提供低箝位电压保护非常关键。为有效抑制瞬态浪涌对低箝位电压的冲击，TVS二极管中需要更多的硅片面积。但增加硅片面积将以电容增大为代价。通过在处理浪涌的TVS二极管周围构建一个小电容二极管阵列，就可以解决这个两难的问题。这种方法能有效降低保护电路的总电容，同时保持强大的浪涌保护能力。升特（Semtech）公司首创了采用这种架构的高级集成式TVS器件，无需付出高电容的代价就能获得良好的保护。RClamp0584J是这种集成式TVS保护器件的一个最佳实例（图1）。该器件是RailClamp系列高速接口保护产品的最新成员。这种四线、5V工作电压保护器件的性能超出了IEC6100-4-2level4对静电瞬变的保护要求。图1同时也明确显示，这款器件采用了独特的封装设计。“穿通型（Flowthrough）”封装一词来自升特公司，这种封装允许走线直接穿过保护器件，因此最大限度地减小了由于平衡差分线对的中断或失配所导致的额外寄生电感与电容。给HDMI接口增加ESD保护时，必须保证确保器件对信号完整性的影响最小。眼图测试可以显示源接口上的任何信号失真，眼图可采用围绕HDMI眼罩构成一个“开放”眼的位模式，这种干净的眼图能够验证良好的信号完整性。图2给出了眼图测试的一个例子。作为参考基准，左图是没有任何保护的HDMI视频信号，右图则是增加了TVS保护器件后的HDMI接口信号。可以看出RClamp0584J对眼图的信号完整性影响非常小。千兆以太网的浪涌保护典型智能电视与传统电视的主要区别是通过以太网接入互联网的联网功能。千兆以太网已广泛应用于新型智能电视。它工作在125MHz频率，用四对双绞线进行收发（全双工）。它采用一种双向的五级编码机制，该机制需要一个复杂的PHY芯片组。最新的以太网PHY芯片组一般都采用65nm或45nm工艺制作。这些更小的技术节点可实现更高的性能，但也增加了对带电电缆、闪电或“人体”静电所引起致命破坏的敏感性。过去，ESD和CDE一直是计算机或消费电子产品中以太网接口的最典型瞬变威胁。闪电或浪涌保护主要用于通信基础设施。近年来，由于技术的进步，计算机与消费电子产品越来越便宜。当全球大多数人都能拥有自己的计算机或电视机，这些电器产品被带入一个需考虑瞬变威胁的不利环境中。中国现已强制要求销往某些农村地区的电子产品应具备以太网浪涌保护功能。新标准可确保昂贵的产品具有合理的使用寿命，以及使用该产品的家庭的安全性。中国的浪涌测试采用金属性保护（线间）或纵向保护（线至地）波形。波形被定义为具有10μs的上升时间和700μs的衰减时间，客户定义的开路电压不低于1kV。正、负极性的浪涌都要进行测试。要达到合格标准，设备必须在浪涌测试后仍然能够继续工作。以太网端口包括变压器以及共模扼流圈，用于将PHY连接至外部世界。变压器与扼流圈都可以是分立器件，但集成方案（包含RJ-45接口、电阻和电容）正变得日益普及。在任何情况下，变压器都将提供对外部电压的高水平共模隔离，但不提供线间浪涌保护。对于线间（线与线）浪涌，电流将流入一根导线，穿过变压器再返回至源头。电流流过时会给线端（RJ-45端）的变压器绕组充电。一旦浪涌消失，线端绕组将停止充电，并将其存储的能量传送给PHY芯片所在的芯片端。传送到PHY端的脉冲信号很可能会损坏PHY芯片。实现以太网收发器的可靠保护需要采用一组外部保护器件，它可以吸收预期的瞬变能量，将进入的浪涌快速地降低到安全电平，但在正常工作情况下对系统没有影响。为保证差分线对的信号完整性，必须对电容性负载与封装进行优化。另外，每个最新以太网部署都会用到更高密度的电路板，因而要求保护方案占用更小的电路板空间。升特公司的最新以太网保护方案RClamp2574N可满足并超过所有上述要求。建议将其放置于变压器的PHY端，尽可能靠近磁体。RClamp2574N可配置为保护一个千兆以太网的全部四对差分线对。如图3所示，八个I/O引脚中的每一个都有一个低电容的控向二极管对，该器件用来将有害的浪涌电流引入内部的低压TVS二极管。控向二极管的工作电压仅有2.5V，采用升特公司专利的EPD工艺技术制造。低压导通是一个很重要的保护参数，因为很多PHY芯片都集成了ESD保护结构。这些结构并非针对承受很大的电能而设计。如果它们在外部保护实现之前导通，则可能导致PHY芯片故障。典型千兆以太网PHY的工作电压为2.5V，因此应选用2.5V的TVS，因为一旦器件中的有害电压超过了保护器件的穿通电压，2.5V的TVS会立即导通，从而有效地保护PHY芯片。图4显示了RClamp2574N的流通型PCB走线。信号线连接到第1、2、4、5、6、7、9和10脚。第3脚与8脚连接到三个中心接地。在一个典型以太网应用中，这些引脚以及接地都应悬空（即不接地）。在本例中，走线宽度为0.005英寸。过孔用于第6、7、9和10脚的换层连接，这样所有八根信号线都可采用易于实现的流通型（flowthough）布局。另外，RClamp2574N的线间典型电容为1.7pF，这个值足够小，可避免任何数据包丢失或错误。本文小结智能电视采用的最新技术也带来了独特的静电保护问题。良好的瞬变抑制要求有最先进的保护机制，能将瞬变电压降低到一个安全水平，同时保持系统信号的完整性。尽早选择正确的保护方案可以防止在设计后期出现瞬变电压威胁，消除了重新进行设计布局所花费的不必要时间，从而在竞争激烈的消费电子领域实现产品快速上市。转载自——维库电子市场网

本文的方案就是通过高性能的电机驱动器和可扩展的成本优化型解决方案加快汽车加热/冷却座椅设计。此方案使用DRV10983-Q1电机驱动器和MSP430G2553微控制器(MCU)的无传感器BLDC电机正弦驱动器。MCU仅用于速度控制，而DRV器件是具有集成式FETS的主电机驱动器，用于驱动电机。此设计专门用于小型电机模块，尤其是风扇。此设计可实现专有无传感器控制，并可对电机参数进行调优，从而优化最终应用的性能。其主要的特色包括：12V驱动器，能够以正弦换向方式驱动三相无刷直流(BLDC)电机单层设计可降低制造成本使用专有的无传感器控制方案提供连续正弦波驱动，从而显著降低纯音MCU可处理速度输入、控制环路并对电机参数进行编程DRV10983-Q1提供的输出转换率和频率配置可增加EMC性能调优灵活性DRV10983-Q1器件是一款三相无传感器电机驱动器，集成了功率MOSFET，可提供高达2A的连续驱动电流。该器件专为成本敏感，低噪声，低外部元件数量而设计风扇和泵应用。DRV10983-Q1器件可将寄存器设置保持在4.5V，并在电源电压低至6.2V时为电机提供电流。如果电源电压高于28V，器件将停止驱动电机并保护DRV10983-Q1电路。此功能能够处理高达45V的负载突降情况。这个器件有两个版本：DRV10983Q：sleepversionDRV10983SQ：standbyversionDRV10983-Q1器件采用专有的无传感器控制方案，可提供连续的正弦驱动，从而显着降低通常由于换向而产生的纯音声学。设备的接口设计简单灵活。可以通过PWM，模拟或I2C输入直接控制电机。同时通过FG引脚和I2C接口提供电机速度反馈。DRV10983-Q1器件具有集成降压稳压器，可将电源电压有效降至5V，为内部和外部电路供电。3.3VLDO也可用于为外部电路提供电源。该器件可在睡眠模式或待机模式下使用，以在电机未运行时节省电量。待机模式（8.5mA）版本（DRV10983SQ）使调节器运行，睡眠模式（48μA）版本（DRV10983Q）关闭调节器。在使用稳压器为外部微控制器供电的应用中使用待机模式版本。在本数据手册中，DRV10983-Q1部件号用于两个设备，即DRV10983Q（睡眠版）和DRV10983SQ（待机版），但有关睡眠与待机功能的具体讨论除外。I2C接口允许用户重新编程寄存器中的特定电机参数，并对EEPROM进行编程，以帮助优化给定应用的性能。所以对于中高端汽车的全功能电子座椅产品来说，也是非常适合的。转载自——维库电子市场网

此参考设计使用德州仪器(TI)的低功耗数字温湿度双重传感器和SimpleLink™低于1GHz的超低功耗无线微控制器(MCU)平台，展示了一款可极大地延长电池寿命且无需接线的水灾和冰冻探测器。特性超低功耗设计能够使单个CR2032纽扣电池拥有长达10年的电池寿命水导电传感始终处于通电状态，可实现持续监控专为SimpleLink™低于1GHz的CC1310无线微控制器(MCU)LaunchPad™开发套件(LAUNCHXL-CC1310)而设计能够采用高分辨率温湿度数据设计简单，降低了成本

现代人智慧手机不离身,所有讯息都是立即通知。智慧门铃的应用,不管是客人、送货员、陌身人,只要按下门铃上的按键,就可将影像、声音传输到手机上,与对方进行视讯对话。Realtek网路影像传输芯片,采用新一代H.265影像压缩技术,并加上Realtek自家的WiFimodule、codecAEC(AcousticEchoCancellation)、ISP影像调整tool、SDK完整的IOpin设置、函式库支持。在HW与SW设计上可快速的完成开发,大幅减少系统成本。场景应用图展示板照片方案方块图SDK-硬件周边透过linuxkernelconfig快速配置SDK-IOPeripheral配置SDK-多媒体应用函式库核心技术优势1.CPU处理器-MIPS@500MHz2.影像压缩处理能力-Format：H.265-Supportupto3MP@30fps3.完整的系统整合-Audiocodec-EthernetPHY-DDRMemory4.多元的周边界面-LCDpanelinterface-SDcard/SDIO-USB/PWM/I2C-GPIO/UART5.影像处理(ISP)核心-支持3D降噪(3DNR)、图像增强、边缘增强等前置处理-支持去雾、镜头曲度校正-支持图像90度、270度旋转-支持WDR、智能红外线灯光控制-自有的ISP调整工具方案规格1.硬体-OV2710imagesensor-USBWiFiModule的整合(RTL8188、8821、8812、8192、8723、8189)-SPIFlash16MB/32MB(依照API开发需求选用)-DMIC&Speaker-1.0V、1.5V、3.3VLDOPower2.软体-开发环境,建议使用Ubuntu14.04LTS开发-使用uBootTFTP烧录image-完整的多媒体开发函式库-P2Psolution(与MobilePhone连结,达到影像显示及拍照、录影)3.ISP(影像处理引擎)-提供PC端调整工具,可自行调整影像品质文章来源于大大通

使用承载CC3100模块(CC3100MOD)的CC3100模块BoosterPack(CC3100MODBOOST)为任何低成本低功耗微控制器(MCU)添加Wi-Fi®，实现物联网(IoT)应用。CC3100MODBOOST评估板包含轻松创建物联网解决方案所需的所有资源-安防、快速连接、云支持、公开文档、E2E支持论坛等。它集成了所有Wi-Fi和互联网协议，大幅减少主机MCU软件要求。借助内置安全协议，CC3100MOD解决方案可提供稳健且简单的安全体验。特性CC3100MODWi-Fi网络处理器模块CC3100模块经过Wi-FiCERTIFIED®认证和FCC/IC/CE认证，可传输到终端产品2个20引脚可堆叠接头（BoosterPack接头）可用于连接到TILaunchPad和其他BoosterPack具有基于U.FL的测试选项的板载芯片天线使用USB或来自MCULaunchPad的3.3V从板载LDO供电3个按钮用于电流测量的跳线，可安装0.1R电阻器以使用电压表进行测量8兆位串行闪存（Micron的M25PX80）40MHz晶体、32KHz晶体和可选32KHz振荡器具有6mil间距和轨宽的双层PCB

参加2019上海家博会，可以看到目前家电进化方向，传统家电联网化、智能化。联网很容易理解，更多是加个WiFi模组，可以与手机互联，再进行远程控制，这也是智能化的一种方式，那么还有别的智能化方式吗？本方案介绍另外一种能让传统家电更智能的方案，HMI，humanmachineinterface人机接口，即应用于小家电的高分辨率触摸屏方案。常规款的的微波炉、洗衣机、电饭煲，大部分为实体按键，再后来演变成触摸按键，现在看到家电市场的高端家电，许多都使用上了触摸显示屏方案。包括云米的净水器、云米冰箱、格力洗衣机等各类产品，都有加上了显示触摸屏。大联大世平集团推出方案是基于NXPi.MXRT1050作为显示触摸屏的主控，GUI功能基于免费的GUI开发工具emwin，开发简单、便捷、免费。跨界MCU在电源设计上不需要电源管理芯片，节省成本，支持视频播放软解码，使用本身的格式TS，ffmep来进行解码，再用JPEG2MOVIES编码成EMF（EMWINMOvieFile）格式，用的是EmWIn带的工具，AVI视频格式可以直接在JPEG2MOVIES来进行解码播放。方案主要应用于各类小家电产品上的触摸屏应用：洗衣机、电饭煲、饮水机、咖啡机等。硬件设计说明主控采用的是NXPMCUi.MXRT1050，该产品以MCU的价格让客户得到MPU的性能体验，具有极高的性价比。MXRT1050具有足够的计算性能和灵活的存储器配置。它的基本参数如下：Cortex-M7内核，600M主频无内部Flash，512KBSDRAM支持LCDRGB888接口，CSI接口支持emwin等GUI工具带有PXP加速器分辨率最高支持1366*768支持以太网接口支持Keil、IAR、MCUexprsso开发环境支持FreeRTOS、RT-Thread低成功、高性价比该芯片高主频，外设资源丰富，除了本方案介绍的HMI应用外，还可应用于其它方案，如电机控制、电话会议系统、环绕音箱等；主控框图如下图所示：触摸屏设计方案使用的触摸屏为Rocktech的4.3英寸TFT，像素为480*272，带LED背光和电容式触摸板，触摸板上的IC为敦泰FT36GQQ，接口为I2C接口。其它电路设计该方案上面用到的SDRAM为华邦的W9825G6KH-5I，Flash为华邦的W25Q256JVEIQ，本身flash支持SPIflash，HyperFlash，根据应用需求和成本来考量，且我们有测试过如下品牌的Flash，可以正常使用，在选型评估时，也可作参考使用。硬件设计注意事项①Layout建议参考开发板的4层板设计②电源部分建议保持内部DC/DC电流环路尽可能小，以避免EMI问题③过孔和线宽设计建议对于BGA区域：-通孔类型为14/8mils，走线宽度为4mils，走线间距为3.79mils。对于默认区域（BGA除外）：-通孔类型为18/8mils，走线宽度为5mils，走线间距为7mils。-首选的BGA电源去耦设计布局参考恩智浦开发板④SDRAM接口（运行频率高达166MHz）是芯片路由的关键接口之一。单端走线的受控阻抗必须为50Ω。理想情况下，将所有信号路由到与EVK板相同的长度。方案原理图：PCBLayout：软件设计说明GUI开发工具安装①下载SDK，里面包含有emWInGUI的Demo，可以进行参照路径：②程序2.注意事项：①使用J-link下载时选择SWD接口，同时需要使用V9版本及以上的J-link，同时J-link软件驱动包需要在6.24b以上。②提供64MbyteHyperFalsh、8Mbyte、16MbyteQSPIFalsh的烧录算法，在烧录的时候需要注意将RAMUsesize改为0x8000。3.其他补充说明：①该方案除了可以做一些界面显示，还可以实现小视频的播放，视频播放本身的格式TS，ffmep来进行解码，然后在用JPEG2MOVIES编码成EMF（EMWINMOvieFile）格式，用的是EmWIn带的工具，就是EmWIn自带的函数，AVI可以直接在JPEG2MOVIES来进行解码播放②在用SDRAM的情况下，RGB888和网口是不能够同时使用的，芯片管脚复用的问题。烧录demo后的实际效果图：①如图是温控器的显示，显示房间的温度，可以通过触摸屏来选择温度的调节②播放小视频可以播放一些类似开机画面，LOGO动态显示场景应用图展示板照片方案方块图核心技术优势1.方案支持分辨率高达1366*768,2.支持小视频播放，高达512KB内部SDRAM3.外挂flash，用多大挂多大4.免费提供硬件参考设计、软件SDK、方案的相关代码方案规格1.4.7寸电容触摸屏幕，480*272分辨率2.支持播放小视频（软解码）3.emwinGUI开发4.支持通过以太网口更新信息5.4层板Layout文章来源于大大通

PART1/“物网(物联网）”的差异化需求一直以来，人们通过相应的终端（电脑、手机、平板等）使用网络服务，“个人”一直是网络的用户主体。个人对网络质量的要求“高”且“统一”：玩网络游戏必需要低时延，下载文件或看网络视频则期望高带宽，通话需要声音清晰，而接收的短信绝不能有遗漏。对于移动通信网络，运营商们尽可能地维系着低时延、高带宽、广覆盖、随取随用的网络特性，以保证良好的用户体验，以及营造出丰富多姿的移动应用生态。对于个人通信业务，虽然用户的要求很高，但整体上对网络质量的需求是一致的，运营商只需要建立一套网络质量标准体系来建设、优化网络，就能满足大多数人对连接的需要。随着网络中用户终端（手机、PAD等）数量的增长逐渐趋缓，M2M应用成为了运营商网络业务的增长发力点，大量的M2M应用终端则成为了网络的用户。M2M应用终端（传感设备、智能终端），本质上就是物联网终端，它们通过装配无线通信模组和SIM卡，连接到运营商网络，从而构建出各类集中化、数字化的行业应用。不同于个人通信业务，在物联网终端构建的行业应用中，各领域应用对信息采集、传递、计算的质量要求差异很大；系统和终端部署的环境也各不相同，特别是千差万别的工业环境；此外，企业在构建应用时，还需要考量技术限制（供电问题、终端体积等）和成本控制（包括建设成本和运营成本）。因此，千姿百态的行业应用具有“个性化”的一面，使得连接的需求朝着多样性的方向发展。01物联网业务需求的差异化，体现在两个方面一方面，不同的终端和应用对网络特性有不同的要求。传统的网络特性包括：网络接入的距离、上下行的网络带宽、移动性的支持、还有数据收发的频率（或称为周期性）、以及安全性和数据传输质量（完整性、稳定性、时效性等）。这几个方面可浓缩成三个方面，为“接入距离”、“网络特性”、“网络品质”。“接入距离”主要分为近距接入和远距接入两种。网络的“特性”和“品质”则是体现需求差异化的主要因素，例如传感器终端的“网络特性”可能是：只有向云端发送的“上行数据”，而没有接收的“下行数据”。另一方面，网络还需要“照顾”原本不太被关注的终端特性，以适应各类的行业应用需求：对“能耗”和“成本”的控制。（1）能耗个人用户大多数时间都是处于宜居的环境中，智能终端常伴左右，并且在人类活动的环境中总能找到充电的“电源插头”，所以这些终端的生产厂家对电池的电量并不敏感。而物联网终端的工作环境相比较个人终端的工作环境，则要复杂的多。有些物联网终端会部署在高温高压的工业环境中，有些则远离城市、放置在人迹罕至的边远地区，还有一些可能深嵌地下或落户在溪流湖泊之中。很多设备需要电池的长期供电来工作，因为地理位置和工作环境无法向它们提供外部电源，更换电池的成本也异常高昂。所以“低功耗”是保证他们持续工作的一个关键需求。在不少应用场景中，一小粒电池的电量需要维持某个终端“一生”的能量供给。（2）成本个人使用的终端，不论是电脑还是手机，其功能丰富、计算能力强大、应用广泛，通信模块只是其所有电子元件和机械构建中的一小部分，在总的制造成本中占比较低。个人终端作为较高价值的产品，用户、厂家对其通信单元的固定成本并不特别敏感。而物联网终端则不同，许多不具备联网功能的终端原本只是简易的传感器设备，其功能简单、成本低廉，相对于传感设备，价格不菲的通信模块加入其中，就可能引起成本骤升。在应用场景中大量部署联网的传感设备，往往需要企业下决心提高终端的成本投入。而与此矛盾的是：简单的传感器终端上传网络的数据量通常都很小；它们连接网络的周期长（网络的使用频次低）；每一次上传信息的价值都很低。终端成本和信息价值不成比例，使得企业会在大量部署物联网终端的决策上犹豫不前。如何降低这些哑终端（单一的传感器终端）的通信成本，是一个迫在眉睫的难题。此前提及的能耗问题，如果不妥善解决，也会影响到物联网应用的运营成本：如果终端耗电过快，就需要不断地重新部署投放或更换电池。02低功耗、低成本是物联网通信的一大需求原本的网络对应用并不敏感，只要提供统一的高质量网络通道（标准唯一），就可以满足大多数用户的需求。不论用户喜欢使用什么样的业务，都可以通过高品质的网络质量来获得通信服务，网络能够满足个人用户的大多数要求。然而随着行业应用的深入，网络设计和建设者必须关注到应用、终端的差异性，也就是网络需要针对终端、应用做出相应的调整和适配。在此前提到的网络特性和终端特性中：“距离、品质、特性”和“能耗、成本”，前后两类特性存在密切的关联关系：通信基站的信号覆盖越广（“距离长”），则基站和终端的功耗越高（“能耗高”）；要实现高品质、安全可靠的网络服务（“品质高”），需要健壮的通信协议实现差错效验、身份验证、重传机制、以建立端到端的可靠连接，保证的基础就是通信模块的配置就不能低（“成本高”）PART2/NB-IoT发展历程运营商在推广M2M服务（物联网应用）的时候，发现企业对M2M的业务需求，不同与个人用户的需求。企业希望构建集中化的信息系统，与自身资产建立长久的通信连接，以便于管理和监控。这些资产，往往分布各地，而且数量巨大；资产上配备的通信设备可能没有外部供电的条件（即电池供电，而且可能是一次性的，既无法充电也无法更换电池）；单一的传感器终端需要上报的数据量小、周期长；企业需要低廉的通信成本（包括通信资费、装配通信模块的成本费用）。以上这种应用场景在网络层面具有较强的统一性，所以通信领域的组织、企业期望能够对现有的通信网络技术标准进行一系列优化，以满足此类M2M业务的一致性需求。2013年，沃达丰与华为携手开始了新型通信标准的研究，起初他们将该通信技术称为“NB-M2M（LTEforMachinetoMachine）”。2014年5月份，3GPP的GERAN组成立了新的研究项目：“FS_IoT_LC”，该项目主要研究新型的无线电接入网系统，“NB-M2M”成为了该项目研究方向之一。稍后，高通公司提交了“NB-OFDM”（NarrowBandOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,窄带正交频分复用)的技术方案。（3GPP,“第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject）”标准化组织;TSG-GERAN(GSM/EDGERadioAccessNetwork):负责GSM/EDGE无线接入网技术规范的制定）2015年5月，“NB-M2M”方案和“NB-OFDM方案”融合成为“NB-CIoT”（NarrowBandCellularIoT）。该方案的融合之处主要在于：通信上行采用FDMA多址方式，而下行采用OFDM多址方式。2015年7月，爱立信联合中兴、诺基亚等公司，提出了“NB-LTE”（NarrowBandLTE）的技术方案。在2015年9月的RAN#69次全会上，经过激烈的讨论和协商，各方案的主导者将两个技术方案（“NB-CIoT”、“NB-LTE”）进行了融合，3GPP对统一后的标准工作进行了立项。该标准作为统一的国际标准，称为“NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，基于蜂窝的窄带物联网）”。自此，“NB-M2M”、“NB-OFDM”、“NB-CIoT”、“NB-LTE”都成为了历史。2016年6月，NB-IoT的核心标准作为物联网专有协议，在3GPPRel-13冻结。同年9月，完成NB-IoT性能部分的标准制定。2017年1月，完成NB-IoT一致性测试部分的标准制定。在我看来，促成这几种低功耗蜂窝技术“结盟”的关键，并不仅仅是日益增长的商业诉求，还有其它新生的（非授权频段）低功耗接入技术的威胁。LoRa、SIGFOX、RPMA等新兴接入技术的出现，促成了3PGG中相关成员企业和组织的抱团发展。PART3/NB-IoT技术特性和其竞争对手一样，NB-IoT着眼于低功耗、广域覆盖的通信应用。终端的通信机制相对简单，无线通信的耗电量相对较低，适合小数据量、低频率（低吞吐率）的信息上传，信号覆盖的范围则与普通的移动网络技术基本一样，行业内将此类技术统称为“LPWAN技术”(LowPowerWideArea，低功耗广域技术)。NB-IoT针对M2M通信场景对原有的4G网络进行了技术优化，其对网络特性和终端特性进行了适当地平衡，以适应物联网应用的需求。在“距离、品质、特性”和“能耗、成本”中，保证“距离”上的广域覆盖，一定程度地降低“品质”（例如采用半双工的通信模式，不支持高带宽的数据传送），减少“特性”（例如不支持切换，即连接态的移动性管理）。网络特性“缩水”的好处就是：同时也降低了终端的通信“能耗”，并可以通过简化通信模块的复杂度来降低“成本”（例如简化通信链路层的处理算法）。所以说，为了满足部分物联网终端的个性要求（低能耗、低成本），网络做出了“妥协”。NB-IoT是“牺牲”了一些网络特性，来满足物联网中不同以往的应用需要。01部署方式为了便于运营商根据自由网络的条件灵活运用，NB-IoT可以在不同的无线频带上进行部署，分为三种情况：独立部署(Standalone)、保护带部署(Guardband)、带内部署(Inband)。Standalone模式：利用独立的新频带或空闲频段进行部署，运营商所提的“GSM频段重耕”也属于此类模式；Guardband模式：利用LTE系统中边缘的保护频段。采用该模式，需要满足一些额外的技术要求(例如原LTE频段带宽要大于5Mbit/s)，以避免LTE和NB-IoT之间的信号干扰。Inband模式：利用LTE载波中间的某一段频段。为了避免干扰，3GPP要求该模式下的信号功率谱密度与LTE信号的功率谱密度不得超过6dB。除了Standalone模式外，另外两种部署模式都需要考虑和原LTE系统的兼容性，部署的技术难度相对较高，网络容量相对较低。02覆盖增强为了增强信号覆盖，在NB-IoT的下行无线信道上，网络系统通过重复向终端发送控制、业务消息（“重传机制”），再由终端对重复接受的数据进行合并，来提高数据通信的质量。这样的方式可以增加信号覆盖的范围，但数据重传势必将导致时延的增加，从而影响信息传递的实时性。在信号覆盖较弱的地方，虽然NB-IoT能够保证网络与终端的连通性，但对部分实时性要求较高的业务就无法保证了。在NB-IoT的上行信道上，同样也支持无线信道上的数据重传。此外，终端信号在更窄的LTE带宽中发送，可以实现单位频谱上的信号增强，使PSD（PowerSpectrumDensity，功率谱密度）增益更大。通过增加功率谱密度，更利于网络接收端的信号解调，提升了上行无线信号在空中的穿透能力。通过上行、下行信道的优化设计，NB-IoT信号的“耦合损耗（couplingloss）”最高可以达到164dB。（备注:耦合损耗,指能量从一个电路系统传播到另一个电路系统时发生的能量损耗。这里是指无线信号在空中传播的能量损耗）为了进一步利用网络系统的信号覆盖能力，NB-IoT还根据信号覆盖的强度进行了分级（CELevel），并实现“寻呼优化”：引入PTW（寻呼传输窗），允许网络在一个PTW内多次寻呼UE，并根据覆盖等级调整寻呼次数。常规覆盖（NormalCoverage）,其MCL(MaximumCouplingLoss，最大耦合损耗)小于144dB，与目前的GPRS覆盖一致。扩展覆盖（ExtendedCoverage），其MCL介于144dB与154dB之间，相对GPRS覆盖有10dB的增强极端覆盖（ExtremeCoverage），其MCL最高可达164dB，相对GPRS覆盖强度提升了20dB。03NB-IoT低功耗的实现要终端通信模块低功耗运行，最好的办法就是尽量地让其“休眠”。NB-IoT有两种模式，可以使得通信模块只在约定的一段很短暂的时间段内，监听网络对其的寻呼，其它时间则都处于关闭的状态。这两种“省电”模式为：PSM（powersavingmode，省电模式）和eDRX（ExtendedDiscontinuousReception，扩展的不连续接收）（1）PSM模式在PSM模式下，终端设备的通信模块进入空闲状态一段时间后，会关闭其信号的收发以及接入层的相关功能。当设备处于这种局部关机状态的时候，即进入了省电模式-PSM。终端以此可以减少通信元器件（天线、射频等）的能源消耗。终端进入省电模式期间，网络是无法访问到该终端。从语音通话的角度来说，即“无法被叫”。大多数情况下，采用PSM的终端，超过99%的时间都处于休眠的状态，主要有两种方式可以激活他们和网络的通信：当终端自身有连接网络的需求时，它会退出PSM的状态，并主动与网络进行通信，上传业务数据。在每一个周期性的TAU(TrackingAreaUpdate，跟踪区更新)中，都有一小段时间处于激活的状态。在激活状态中，终端先进入“连接状态（Connect）”，与通信网络交互其网络、业务的数据。在通信完成后，终端不会立刻进入PSM状态，而是保持一段时间为“空闲状态（IDLE）”。在空闲状态状态下，终端可以接受网络的寻呼。在PSM的运行机制中，使用“激活定时器（ActiveTimer，简称AT）”控制空闲状态的时长，并由网络和终端在网络附着（Attach，终端首次登记到网络）或TAU时协商决定激活定时器的时长。终端在空闲状态下出现AT超时的时候，便进入了PSM状态。根据标准，终端的一个TAU周期最大可达310H(小时)；“空闲状态”的时长最高可达到3.1小时（11160s）。从技术原理可以看出，PSM适用于那些几乎没有下行数据流量的应用。云端应用和终端的交互，主要依赖于终端自主性地与网络联系。绝大多数情况下，云端应用是无法实时“联系“到终端的。（2）PSM模式在PSM模式下，网络只能在每个TAU最开始的时间段内寻呼到终端（在连接状态后的空闲状态进行寻呼）。eDRX模式的运行不同于PSM，它引入了eDRX机制，提升了业务下行的可达性。（备注：DRX(DiscontinuousReception)，即不连续接收。eDRX就是扩展的不连续接收。）eDRX模式，在一个TAU周期内，包含有多个eDRX周期，以便于网络更实时性地向其建立通信连接（寻呼）。eDRX的一个TAU包含一个连接状态周期和一个空闲状态周期，空闲状态周期中则包含了多个eDRX寻呼周期，每个eDRX寻呼周期又包含了一个PTW周期和一个PSM周期。PTW和PSM的状态会周期性地交替出现在一个TAU中，使得终端能够间歇性地处于待机的状态，等待网络对其的呼叫。eDRX模式下，网络和终端建立通信的方式同样：终端主动连接网络；终端在每个eDRX周期中的PTW内，接受网络对其的寻呼。在TAU中，最小的eDRX周期为20.48秒，最大周期为2.91小时在eDRX中，最小的PTW周期为2.56秒，最大周期为40.96秒在PTW中，最小的DRX周期为1.28秒，最大周期为10.24秒总体而言，在TAU一致的情况下，eDRX模式相比较PSM模式，其空闲状态的分布密度更高，终端对寻呼的响应更为及时。eDRX模式适用的业务，一般下行数据传送的需求相对较多，但允许终端接受消息有一定的延时（例如云端需要不定期地对终端进行配置管理、日志采集等）。根据技术差异，eDRX模式在大多数情况下比PSM模式更耗电。04终端简化带来低成本针对数据传输品质要求不高的应用，NB-IoT具有低速率、低带宽、非实时的网路特性，这些特性使得NB-IoT终端不必向个人用户终端那样复杂，简单的构造、简化的模组电路依然能够满足物联网通信的需要。NB-IoT采用半双工的通信方式，终端不能够同时发送或接受信号数据，相对全双工方式的终端，减少了元器件的配置，节省了成本。业务低速率的数据流量，使得通信模组不需要配置大容量的缓存。低带宽，则降低了对均衡算法的要求，降低了对均衡器性能的要求。（均衡器主要用于通过计算抵消无线信道干扰）NB-IoT通信协议栈基于LTE设计，但它系统性地简化了协议栈，使得通信单元的软件和硬件也可以相应的降低配置：终端可以使用低成本的专用集成电路来替代高成本的通用计算芯片，来实现协议简化后的功能。这样还能够减少通信单元的整体功耗，延长电池使用寿命。05业务在核心网络中的简化在NB-IoT的核心网络（EPC-EvolvedPacketCore，即4G核心网）中，针对物联网业务的需求特性，蜂窝物联网（CIoT）定义了两种优化方案：CIoTEPS用户面功能优化（UserPlaneCIoTEPSoptimisation）CIoTEPS控制面功能优化（ControlPlaneCIoTEPSoptimisation）（1）用户面功能优化“用户面功能优化”与原LTE业务的差异并不大，它的主要特性是引入RRC(无线资源控制)的“挂起/恢复（Suspend/Resume）流程”，减少了终端重复进行网络接入的信令开销。当终端和网络之间没有数据流量时，网络将终端置为挂起状态（Suspend），但在终端和网络中仍旧保留原有的连接配置数据。当终端重新发起业务时，原配置数据可以立即恢复通信连接（Resume），以此减去了重新进行RRC重配、安全验证等流程，降低了无线空口上的信令交互量。（2）控制面功能优化“控制面功能优化”包括两种实现方式（消息传递路径）。通过这两种方式，终端不必在无线空口上和网络建立业务承载，就可以将业务数据直接传递到网络中。备注：通信系统的特性之一是控制与承载（业务）分离，直观的来说就是业务的控制消息（建立业务、释放业务、修改业务）和业务数据本身并不在同一条链路上混合传递。NB-IoT的控制面功能优化则简化了这种惯常的信息业务架构。CP模式的两种实现方式，即两种数据传递的路径：A.在核心网内，由MME、SCEF网元负责业务数据的转接在该方式中，NB-IoT引入了新的网元：SCEF（ServiceCapa-bilityExposureFunction，服务能力开放平台）。物联网终端接受或发送业务数据，是通过无线信令链路进行的，而非无线业务链路。当终端需要上传数据时，业务数据由无线信令消息携带，直接传递到核心网的网元MME(MobilityManagementEntity，4G核心网中的移动性管理实体)，再由MME通过新增的SCEF网元转发到CIoT服务平台（CIoTServices，也称为AP-应用服务）。云端向终端发送业务数据的方向则和上传方向正好相反。路径：UE(终端)-MME-SCEF-CIoTServicesB.在核心网内，通过MME与业务面交互业务数据在该方式中，终端同样通过无线信令链路收发业务数据。对于业务数据的上传，是由MME设备将终端的业务数据送入核心网的业务面网元SGW，再通过PGW进入互联网平台；对于下传业务数据，则由SGW传递给MME，再由MME通过无线信令消息送给终端。业务数据上传和下传的路径也是一致的。路径：UE(终端)-MME-SGW-PGW-CIoTServices按照传统流程（包括用户面优化方案），终端需要和网络先建立SRB(SignalingRadioBearer)再建立DRB(DataRadioBearer)，才能够在无线通道上传输数据。而采用控制面优化方案（CP模式），只需要建立SRB就可以实现业务数据的收发。（3）功能优化模式总结CP方式借鉴了短距通信的一些设计思路，非常适合低频次、小数据包的上传业务，类似于短信业务。但网络中“信令面”的带宽有限，CP方式所以并不适合传递较大的业务数据包。UP模式则可以满足大数据业务的传递。不论是UP模式，还是CP模式，本质上都是通过无线通信流程的简化，节省了终端的通信计算和能量消耗，提升了数据传递效率。06连接态的移动性管理最初，NB-IoT的规范是针对静态的应用场景(如智能抄表)进行设计和制定的，所以在Rel-13版本（2016年6月）中它并不支持连接状态下的移动性管理，即不支持“无线切换”。在随后的Rel-14版本中，NB-IoT会支持基站小区间的切换，以保证业务在移动状态下的连续性。PART4/NB-IoT的技术特性总结从NB-IoT的特性中可以看出，其通过“信号增强”、“寻呼优化”加强了通信覆盖的深度。主要通过三个方面，来“照顾”终端对低耗电、低成本的要求：1、引入了低功耗的“睡眠”模式（PSM、eDRX）；2、降低了对通信品质要求，简化了终端设计（半双工模式、协议栈简化等）；3、通过两种功能优化模式（CP模式、UP模式）简化流程，减少了终端和网络的交互量。这些对广域移动通信技术的“优化”设计，使得NB-IoT更加适合于部分物联网的场景应用，也就是LPWA（低功耗广域网）类型的应用。并且由于引入了睡眠模式，降低了通信品质的要求（主要是实时性要求），使得NB-IoT的基站比传统基站，能够接入更多的（承载LPWA业务的）终端。采用NB-IoT的终端可以在满足低功耗的需求下，用于较高密度部署、低频次数据采集的应用（包括固定位置的抄表、仓储和物流管理、城市公共设置的信息采集等），或者是较低密度部署、长距离通信连接的应用（包括农情监控、地质水文监测等）。当然，作为一种LPWAN技术，NB-IoT有其固有的局限性，它显然并不适用于要求低时延、高可靠性的业务（车联网、远程医疗），而且中等需求的业务（智能穿戴、智能家居）对于它来说也稍显“吃力”。在物联网技术生态中，没有一种通信接入技术能够“通吃”所有的应用场景，各种接入技术之间存在一定的互补效应，NB-IoT能够依靠其技术特性在物联网领域中占据着一席之地。

随着IPv6的出现，对于所有实际用途，唯一互联网地址目前几乎是无限的。因此，如何应用它们尚未完全定义，但简单地说，“智能”一词将起到关键作用。例如，智能家居将为可寻址的节点呈现出理想环境；家里的每个设备在不久的将来完全可能变得‘更智能’，而这意味着我们的家也将因此变得更智能。远程管理家居环境的想法还是只是一个开始。从概念上讲，你甚至不需从传统意义上管理事务；您的家庭将能自行做决定。主要表现为：智能照明、识别个人身份的安防系统，或适应季节、当日时间和占用率的环境设置。所有这些都将成为可能，这就要归功于微控制器提供强大支持的节点，而这些节点主要通过安全通道以无线通信方式来收集和交换数据。无线技术的演变数十年来，无线通信技术一直用于促进工业环境中的控制；在蜂窝技术出现前的很长一段时间里，次GHz带宽过去（目前仍然）主要用于创建专有而稳固的射频链路，这种链路同时具备良好的覆盖率和弹性。但是，可以说是最近的工作在2.4GHz带宽范围的‘开放’无线技术推动了创新，同时推出的相关协议也是数量众多。如今，使用868.0-868.6MHz（欧洲）、902–928MHz（北美）和2400-2483.5MHz（全球）频带的专用于无线通信的协议通常称为IEEE802.15.4的IEEE规范，目前包括一系列更高级别的协议，如ZigBee、蓝牙和线程协议。持续创新已让制造商大幅缩减面向IEEE802.15.4标准、已启用射频的微控制器的功耗和尺寸，如此一来，现在预计可以提供用于智能电器的基础构建块，将其连接至家庭网关，并从此连接到整个互联网。通过这种方式，房主很快就能从任何地方监视并控制这些智能电器，而网关在控制家庭环境方面也可获得一定的自主权。在某种程度上，这个智能家居的愿景将通过部署智能电表来实现，而智能电表可以更密切地监视天然气、水和电等公用事业的输送。在智联环境中与负责消耗这些商品的电器结合后，智能家居的愿景显然已初步成型。但是，有限资源的更智能使用只是一个方面。未来会有很多机会改善开展日常活动的方式，其中包括了安全门禁。目前提供的‘智能锁’可使用个人代码编程，从而帮助屋主了解家里的情况，包括有谁在家以及在家的时间等等。智能家居将借由大量传感器来实现，通过低成本、超低功耗的微控制器控制和连接，这对从事此激动人心且可能获利的新领域的OEM来说是一个大好良机。集成解决方案虽然低级协议仍为IEEE802.15.4，但较高级别的协议却多种多样且各不相同，实施这些协议的器件也是如此。例如，NXPSemiconductors推出的JN516x系列无线微控制器集成了一个专有的32位RISC内核和一个包含2.45GHz无线电、调制解调器、基带控制器和安全协处理器的无线收发器，以及一个在需要更大范围时用于直接控制外部功率放大器的专用输出。安全协处理器提供IEEE802.15.42006标准中所需的基于硬件的128位AES-CCM模式，而收发器块则提供由CPU上运行的协议堆栈控制的MAC和PHY功能，以及高级协议和应用软件。虽然调制解调器提供数字收发器在250kbit/s下符合IEEE802.15.4标准所需的所有必要调制和扩频功能，但基带处理器提供MAC层的所有时序关键型的功能，使用专门硬件来确保空中接口的精确定时。此硬件/软件分区让软件可以实现协议以毫秒分辨率安排时序事件所需的事件定序，而硬件能够以微秒时序分辨率实施特定的事件。软件可处理协议的较高层功能，例如，使用基带处理器提供的服务在端点和协调器节点之间发送管理和数据消息（图2）。安全协处理器可由应用软件访问，以执行加密/解密操作。加密引擎的基于硬件的实现可大幅加快该过程。此外，JN516x还具有二十个通用型数字I/O引脚，以及两个专用的数字输出。未来线路图高度集成的无线片上系统的另一个示例是SiliconLabs推出的采用ARMCortex-M3内核的EM358x系列（图3）。该系列还具备一个2.4GHz、符合IEEE802-15.4标准的收发器。据SiliconLabs所述，这一系列采用了一个高效架构，超出了IEEE标准规定的动态范围要求15dB以上。使用集成的接收通道滤波意味着，使用此系列SoC的器件可与使用2.4GHz范围的其他器件共存；这是智能家居的一个重要因素，因为对于许多（如不是全部）家用电器来说，预期是启动无线功能的。它在硬件中集成了许多MAC功能、AES128加密加速器和自动CRC处理，其中包括自动ACK传输和接收、传输的自动回退延迟和空闲信道评估，以及收到的数据包的自动滤波。Ember数据包追踪接口还与MAC集成在一起，可以完整、非侵入式捕捉进出器件的所有数据包，且专门与Ember开发工具一起使用。此处描述的两个系列无线MCU专为实现ZigBee协议而开发和定位，该协议已在智能家居应用中部署，但最近出现的线程协议预计会因其独特功能而对面向智能家居的器件开发产生显著而积极影响。许多可支持ZigBee的SoC也将支持线程，因此为开发商和OEM提供了路线图。结论智能家居将采用各种技术，包括智能电表、网关和家电。尽管并非所有智能家居都可通过无线方式实现连接，但随着ZigBee和线程等无线技术的不断发展，大量智能电器将使用无线通信作为其连接家庭网关的主要（如不是唯一）形式。IPv6的继续发展是这一演变的基础，可以说线程是这一方面的首选协议，因为它专为利用互联网地址扩展而开发。这将促使各种最终应用连接到家中，同时产生对一系列新设备的需求。在短短几年之后，房主也许可能会问自己，在无法从联网世界的任何地方监视与控制家居的各个方面时，他们曾经是如何进行管理的。文章来源网络

家用电器在使用过程中，因为市电的不稳定常常受到影响，使用寿命降低，严重的还容易因电压激增而烧毁。本例介绍的过压自动断电可以很好的解决这一问题。电路工作原理如下图所示，220V市电经C1、VD1、DW1为开关集成电路提供稳定的12V工作电压，VD3、R2和RP1构成分压采样电路。当市电电压正常时，DW2不能导通，TWH8778第⑤脚工作电压低于1.6V，继电器J不吸合，市电经J－1常闭触点为CZ插座正常供电；当市电电压高出正常置时，DW2击穿导通，TWH8778第⑤脚电位上升到1.6V，使IC翻转，第③脚输出高电平，继电器吸合，用电器供电立即切断，从而避免了因过压给用电器带来的危害。在元器件选择上，C1选用0.47µ/400V的电解电容，继电器J选用6V直流接触器；RP选用普通微调电位器，芯片IC可用TWH8778型电子开关或TWH8752型电子开关。本装置焊接无误后，将市电接至调压器的输入端，配合调压器并仔细调节RP1，使继电器J在电压为250V时吸合，然后将本电路接入市电电网即可正常工作。文章来源网络

近年来，智能家居技术一直在迅速发展。越来越多的家庭采用AmazonEcho和GoogleHome等智能扬声器。一度只生产简单家用设备的公司，现正面临着高保真音频输出的需求。这种音频输出远远不止于普通的哔哔声或是通知衣服已经清洗完毕的音乐声；此音频技术能使电冰箱大声报读食品清单，或让照明开关提醒人们在离开房间之前关灯。增添先进的音频功能是令人怯步的艰巨工作，会使本已紧张的工程设计团队的时间表变得复杂纷乱。在本篇博文中，我将探讨与智能家居音频设计相关的四大挑战和如何简化设计过程的方法。1.难以定义项目要求。您要从事的项目听上去很简单：让这件设备讲话。但伴随音频输出的是许多设计选择和挑战，从一眼看过去都非常近似的海量选择中挑选出适合的放大器，不是一件容易的事情。为了简化选择放大器的过程，TI的交互式框图针对特定智能家居应用提供组件方面的建议。例如，图1显示的智能扬声器框图，重点介绍了功能能够满足多种智能家居设计要求的音频子系统和大量扬声器放大器。同一页上的音频参考设计附带可用作项目模板的原理图和配套部分，既增加了系统级知识，又降低了组件选择的难度。TI框图是开始设计的很棒的第一步，但是扬声器放大器的选择最终将取决于您的项目要求。最常见的智能家居产品要求中的两个，是高效率和简洁而重点明晰的设备概要文件。2.音频输出和先进功能会降低能源效率。为智能家居设备添加额外功能会增加功耗，音频功能也会导致这样的结果。随着科技公司不断努力开发绿色环保技术和政府颁布有关备用电源的法规，优化下一代产品使其功耗不断下降就变得日益重要了。低效率的音频系统是浪费功率和降低用户满意度的主要元凶之一，它增加电费开支，还能更快速地消耗电池电能，甚至使设备发热。音频放大器不总是起到上述作用，但是在用户需要反馈或通知时，它们则必须响应；想一想闲置模式下的安防摄像机或智能显示屏，就会明白其中的道理。另一方面，在开泳池派对时，蓝牙®扬声器需要高效播放夏日乐单，这样它的电池才能维持一整天。为解决以智能家居为核心的应用问题，TI最新的扬声器放大器拥有了先进的内置功耗管理功能。这一专有的混合调制方案可将>12-V系统中的待机电流损耗降至最低，同时采用音频信号包络跟踪算法的板载H类升压设置，能够将电池供电系统的电池续航时间延长多达40%。图2说明了受算法控制的多步升压，尤其是在播放音频且增益较低的情况下，是如何显著节约固定式12V电源轨的功耗的。3.物理条件局限限制了音频性能。电子设备已经缩水为极简洁的设计。家用设备小巧的外形从未给音频功能留有余地，这使得添加额外组件，比如放大器、数字信号处理器（DSP）、升压转换器和扬声器，而又不增大总体尺寸成为一件困难的事情。TI的音频团队充分考虑了这些局限，把主要精力放在制作集成更多功能的放大器上，以便减少外部组件并优化音频子系统占用的空间。智能家居生态系统的核心是智能扬声器，它的高品质音乐和虚拟辅助反馈对于博取高用户满意度至关重要。增添音频DSP来产生高品质输出，亦同时增加了成本和印刷电路板（PCB）体积。TI提供集成了处理能力的音频放大器，于是用户可以调节扬声器输出最清晰的虚拟辅助响应和最丰富的音乐体验。外部回声消除算法甚至能够利用预处理后的信号，帮助智能扬声器更准确地区分音频输出和用户语音命令。D类扬声器放大器的高开关频率，导致电磁干扰（EMI），使音频信号失真。这通常需要由多个大型电感器进行抑制。但是诸如扩展频谱和相位优化等功能不需要外部电感器就能抑制EMI，既节省空间和成本，又能产生超低失真的音频输出。一般来说，扬声器输出功率与其尺寸紧密相关；如果您想要更大的音量，就需要更大的换能器，但在设计空间局促的产品时可能无法使用换能器。可视门铃需要高声和清晰地输出家庭主人说的话，即使在嘈杂环境中也必须做到这一点，同时还要保持小巧纤薄的外形。适合这些设计的智能扬声器，输出的功率也较低，因此更易于因过热和超温而损坏。但由于有了TI扬声器保护算法，较小的扬声器也能安全输出较高音量，达致前所未有的优越音质。如图3所示，采用扬声器保护算法的TI智能放大器，使工程师能够充分利用扬声器功能和输出更高的平均功率，而又不会把换能器集成从设计中拿掉。在智能家居中，音量的视场合变化意味着访客坐在车里，即使旁边有汽车飞驰而过，也能轻松听到主人的声音。小外形装置散热不佳，也给不断缩小的智能家居产品带来了问题。热量可以损害内部组件，形成不良的用户体验，或者如果未能正确处置会引起装置起火。设计时牢记散热，就表示考虑PCB布局和铜线厚度，或部署如温度折返等功能使扬声器放大器减少散热，方法是在过热情况下，动态调节音频信号的增益。在设计安全可靠产品的初始阶段，就必须牢记热量管理。4.运用先进的音频放大器技术/功能，要求深厚的专业技能，并且实施起来有难度。先进功能能解决许多问题，这在方案研究阶段听上去很不错，但如果很难实施就没有什么价值了，尤其对于首次设计音频的工程师而言更是如此。从零开始构建特性或通过外部组件实施是困难的，一来不能有效使用PCB空间，二来需要电力电子和信号处理方面的专业知识。为简化下一代产品的设计，TI不仅为放大器集成了多种功能，而且还提供免费的软件工具帮助用户轻松控制它们。PurePath™Console3软件套装通过连接各设备的评估模块（EVM）简化了对这些设备的操控，便于工程师在现代化且易于使用的图形用户界面中迅速调整音频输出、标定设置和体现扬声器的特征。逐步调节和特征化向导及大量培训资源，拉平了与学习新工具相关的学习曲线（即，降低了学习难度，减少了学习时间）。该软件兼容多种TI音频评估模块（EVM），支持项目在未来采用新设备，软件套件则不需要变化。由于功耗管理、扬声器保护和音频均衡都集成到了TI设备中，通过PurePathConsole软件可以轻松配置它们。它们只需要很少或完全不需要额外的软件开发工作，这使得我们运用这些设备和软件便能够创造出高功耗管理效率、高保真的音频子系统，在提高用户满意度之余，有很大的把握能够契合总体项目时间安排。文章来源网络

开发人员一直面临着构建小型，可靠，低功耗和低成本的电池供电蓝牙设备的持续压力，同时满足更短的上市时间窗口。这是一个工程权衡矩阵变得越来越困难，但由于半导体供应商的创新解决方案有助于解决这些特定问题，因此并非不可能。其中一个解决方案是意法半导体的STM32WB55RGV6微控制器，该微控制器集成了控制处理器和蓝牙无线电。在介绍STM32WB55RGV6之前，本文将阐述不断增长的蓝牙配件市场的设计要求以及如何应用它。蓝牙配件要求蓝牙配件通常对电池寿命和尺寸有相同的要求。对于消费者蓝牙产品，更长的电池寿命与客户满意度直接相关，因此应选择小尺寸和低功耗的组件。初始设计应该具有足够的替代灵活性，因为随着开发过程的推进，找到比已经选择的产品更好的产品并不罕见。蓝牙设计通常分为三个部分：蓝牙无线电，应用处理器和支持组件，以及用户界面（按钮，LED，扬声器）。意法半导体通过在同一个微控制器上集成控制处理器和蓝牙无线电，简化了设计。所述微控制器STM32WB55RGV6是意法半导体的一部分STM32WB微控制器家族，其在64兆赫（MHz）集成臂®Cortex®-M4具有浮点单元（FPU）处理器和单个芯片上的完整的蓝牙无线电装置。板载内存包括1兆字节（Mbyte）的闪存和256千字节（Kbytes）的SRAM。STM32WB55RGV6具有三个片内稳压器。主处理器在处理器处于运行和休眠模式时运行。低功耗稳压器用于低功耗运行和低功耗休眠模式。射频（RF）调节器仅用于为蓝牙无线电和射频子系统供电。还有其他参数清楚地表明STM32WB55RGV6是为低功耗应用而构建的。它具有13纳安（nA）的关断模式，可以关闭芯片上的所有内容，除了一些RAM。如果实时时钟（RTC）在关机状态下保持运行，则器件仅消耗315nA。在RTC运行的情况下，微控制器还可以保留32KB的RAM，同时仅消耗600nA。为了提高灵活性，STM32WB55RGV6具有全系列外设，包括两个串行外设接口（SPI）和两个I2C接口（图1）。USB2.0全速（FS）端口可用于在应用程序和PC之间传输文件。它也可用于为蓝牙应用程序上的电池充电，无论是否支持数据传输。STM32WB55还有一个用于外部8x40LCD的控制器。触摸感应控制器可用于启用触摸屏界面。STM32WB55RGV6上的蓝牙无线电符合最新的蓝牙规范v5.0。该无线电还符合用于蓝牙无线电的物理层（PHY）和媒体访问控制器（MAC）的IEEE802.15.4-2011规范。对于电池供电的应用，无线电符合蓝牙低功耗（BLE）标准，并通过安全连接支持1兆位/秒（Mbit/s）和2Mbits/s的数据速率。BLE堆栈和IEEE802.15.4PHY和MAC层在STM32WB上的专用ArmCortex-M0+CPU上运行。此Cortex-M0+专用于仅运行BLE堆栈，不能用于运行用户应用程序代码。STM32WB55RGV6微控制器系列的RF前端设计用于最少的外部元件，如图2所示。它具有专用的开关模式电源（SMPS），用于为RF电路供电。SMPS是集成解决方案如何解决问题的一个很好的例子。为了最大限度地减少对RF电路的干扰，SMPS使用与RF部分相同的时钟频率作为Cortex-M0+微控制器（4或8MHz）。为了进一步降低干扰，自动增益控制（AGC）可以自动降低RF和IF增益。固件也可以手动修剪AGC。RF部分需要很少的外部元件。为实现这一目标，RF前端具有用户可编程的片上电容，因此外部32MHz晶振不需要外部微调电容。RF前端还通过在天线引脚（RF1）附近看到一个完整的带通巴伦来减少元件数量（图2，再次）。RF1引脚必须通过具有低通匹配网络的滤波器连接到兼容的蓝牙2.4千兆赫（GHz）天线。最后，需要在RF部分电源和地之间去耦电容器。建议值为100纳法（nF）和100皮法（pF）并联连接。与任何无线电应用一样，RF设计和组件选择直接影响蓝牙无线电的性能。使用高精度组件将提高蓝牙无线电的可靠性。对于设计人员来说，RF部分的大部分工作已经完成。由开发人员来设计系统，使其不会妨碍外部蓝牙天线与配对设备之间的路径。为了帮助加快STM32WB55RGV6的开发，意法半导体提供P-NUCLEO-WB55Nucleo开发板（图3）。该主板还配有一个USB加密狗，它还带有一个STM32WB微控制器。Nucleo板具有Arduino™扩展连接器，允许开发人员使用ArduinoUno兼容屏蔽来增强他们的项目。开发人员可以在Nucleo板周围快速组装硬件原型。通过将PC连接到电路板上的USB连接器来编程和调试Nucleo应用程序。然后，编程的Nucleo板可以与提供的蓝牙适配器或支持蓝牙的PC通信。应用安全性无线应用的安全性已成为开发人员的主要关注点。公司需要保护他们的数据和固件免受攻击和未经授权的伪造。STN32WB55RGV6上的AES-256硬件加密模块可用于加密和解密蓝牙传输。这可以防止恶意行为者窥探蓝牙传输并捕获数据。应用程序通过蓝牙进行更新是很常见的。但是，这也可以为黑客提供安装虚假固件更新的攻击点。STM32WB55RGV6通过安全固件安装（SFI）过程防止错误的固件安装。这是一个公钥/私钥系统，可将加密的固件文件传输到STM32WB55RGV6。STM32WB55RGV6使用存储在其安全存储块中的私钥和意法半导体签署的可读公钥解密固件文件。这可确保只有具有授权凭据的系统才能更新固件。每个STM32WB55RGV6还具有唯一的96位标识（ID）和唯一的64位ID。这些可用于识别不同的STM32WB55RGV6微控制器以提高安全性，甚至可为现场不同系统的固件启用不同功能。结论蓝牙设备的发展需要严格控制功率，尺寸，成本和可靠性。选择高度集成的元件（如STM32WB55RGV6）可以大大简化设计人员的权衡矩阵并最大限度地缩短开发时间。文章来源网络

该电路是一个三级定时控制器，可用于控制三台设备按照设定的时间依次循环工作，而且每台设备的工作时间可以独立调节，如果需要控制更多设备循环定时工作，只需要增加单元电路的数目即可。电路工作稳定、性能优良、性价比高、操作方便、适合个人和小型企业制作。可用于企业生产自动控制及彩灯控制，也可用于家用电器的趣味控制等。电路工作原理如下图所示：电路中，由三个时基集成电路LM555组成三个单稳态电路，每个单稳态电路作为一个定时控制单元。三个单元共同完成三级循环定时控制功能。在接通电源的瞬间，由于555集成电路IC3和IC4的复位端4脚都接有时间常数较大的自动复位电路（分别由R4、C7和R7、C11组成），使IC3和IC4复位，它们的输出端3脚就输出低电平，使三极管T2、T3分别截止，继电器J2、J3释放。由于IC2复位端4脚直接接在电源正极，电源接通时电容C3上的电压不能突变，IC2触发端2脚得到触发电压，使其进入暂稳态，其3脚输出高电平，三极管T1导通，继电器J1吸合，J1触头可控制电器通电工作。同时电源经电位器VR1向电容C5充电，当C5上的电压升高到电源电压的三分之二（4V）时，IC2结束暂稳，其3脚输出低电平使三极管T1截止，继电器J1释放，其触头控制的电器断电停止工作。调节电位器VR1和电容C5的参数就可改变继电器J1的吸合时间。在IC2输出低电位的瞬间，由电容C6和电阻R3组成的微分电路，将在IC3的触发端2脚产生负尖脉冲，触发IC3进入暂稳态，其输出端3脚输出高电位，使三极管T2导通，继电器J2吸合，其触头控制的电器通电工作。调节电位器VR2和电容C9的参数就可改暂稳态时间。当第二单元暂稳态结束时，由电容C10和电阻R6组成的微分电路，将在IC4的触发端2脚产生负尖脉冲，触发IC4进入暂稳态，其输出端3脚输出高电位，使三极管T3导通，继电器J3吸合，其触头控制的电器通电工作。调节电位器VR3和电容C13的参数就可改暂稳态时间。当第三单元暂稳态结束时，经微分电路C3、R1去触发第一单元电路，这样依次循环来实现循环定时控制。在元器件选择的上，电路中，IC1为三端集成稳压电路，选择MC7806型；IC2、IC3、IC4采用LM555时基集成电路；继电器J1、J2、J3要根据其控制电器的工作电流来选择，但继电器线圈额定电压应为直流6V。其他元器件没有特殊要求，按电路标注选择即可。另外，整个电路检查接线无误，通电就能正常工作，电路中的VR1、C5；VR2、C9；VR3、C13的参数分别决定三个单元电路的定时时间，按电路参数定时时间约为1.1RC秒。文章来源网络

可穿戴设备对设计人员的空间节省和低功耗优化能力要求可谓是苛刻之极。每平方毫米都很重要，每浪费一毫安都会致使电池寿命缩短，从而不可避免地导致不良的用户体验。可穿戴设备的主要电池消耗之一是无线接口，目前各种解决方案不断涌现，帮助设计人员最大程度地减少了电池消耗。本文讨论了可穿戴设备的无线连接如何工作，以及如何配置无线接口以最大程度地减少电池消耗。然后，详细介绍了来自DialogSemiconductor的无线芯片，并讨论了如何给可穿戴设备正确配置蓝牙连接。消费类可穿戴设备中的无线通信消费类可穿戴设备通常会连接到运行由制造商所开发应用的移动设备。尽管可穿戴设备可以独立于所连接的移动设备进行操作，但最常见的操作模式是当移动设备处于连接范围内时，以设定的时间间隔与移动设备进行同步。这种同步不需要实时进行，这是功耗优化的关键因素。例如，可穿戴健身设备与应用同步数据，包括记录的心率、步数和随时间变化的距离数据。即使用户正在锻炼，这些数据也不必实时同步。一到五秒的更新间隔便可以接受，并且该间隔通常可由用户进行配置。此外，可穿戴设备还会从移动设备接收提醒，包括来电和短信。这些提醒是按需进行的，仅在需要时发生。设计人员可以使用多种无线接口来连接可穿戴设备，但是出于互操作性的考虑，很少有接口可与蓝牙竞争，蓝牙提供了可穿戴设备与移动设备之间的直接连接。当移动设备超出范围时，也可使用Wi-Fi将可穿戴设备连接到互联网。然后，可以将可穿戴设备配置成连接到公共网络或任何其他授权访问的网络。这样就可以双向交换数据。例如，数据可以通过Wi-Fi网络从可穿戴设备传输至可穿戴设备制造商的云中，然后再通过蜂窝网络从云中发送至移动设备。同时，移动设备可以将相关本地状况以及电子邮件或文本通知更新至可穿戴设备。Wi-Fi由于额外的功耗和成本而在可穿戴设备中很少见，而且可穿戴设备几乎总是在配对的移动设备附近，因此本文将重点介绍蓝牙。可穿戴设备蓝牙技术蓝牙最初开发用于点对点连接，数据流的传输速率为每秒1到3兆比特(Mb/s)。今天，这种原始的蓝牙规范被称为蓝牙3.0或经典蓝牙。尽管这些早期的蓝牙版本适用于传输音频和多媒体文件，但它们的设计对于间歇性、低数据速率、低功耗控制信号和传感器数据来说过于耗电。人们针对后面这些应用开发了蓝牙4.0。如今，蓝牙4.0被广泛称为低功耗蓝牙(LE)，数据传输速度可低至每秒125千位(Kb/s)。此外，低功耗蓝牙芯片大部分时间都处于休眠模式，直到需要时才会消耗很小的功耗。这非常适合使用小电池的低功耗可穿戴设备。要在可穿戴设备上实现低功耗蓝牙无线电，开发人员可以使用集成了无线电的微控制器，也可以使用外部无线电。系统要求决定了哪种才是最低功耗的选择。例如，如果将低功耗蓝牙无线电作为外设集成到微控制器中，则可以节省宝贵的印刷电路板空间。但是，这需要至少对微控制器进行部分供电，以便无线电外设能够工作。或者，也可以将低功耗蓝牙无线电置于微控制器外部。尽管这需要额外的印刷电路板空间，但它的优点是只需要使无线电芯片处于活动状态，而微控制器可以处于低功耗模式。此外，这还会带来实现可穿戴设备模块化设计方法的额外优势。这将允许在新设计中更换更强大的主机微控制器，而将低功耗蓝牙无线电芯片保持不变。由于不需要将蓝牙无线电和堆栈编码到微控制器中，因此还可以加快设计周期。使用外部蓝牙芯片可穿戴设备所用的外部蓝牙芯片应具有与微控制器的简单接口，该接口不会明显增加功耗，还应该能够将微控制器从休眠状态唤醒。DialogSemiconductor的DA14585蓝牙SoC就是一种适合可穿戴设备的器件，如图1所示。DA14585基于一个Arm®Cortex®-M0核心，具有128千字节(KB)的出厂编程ROM。该器件还包含用于定制的64KB一次可编程(OTP)存储器。这样就能为DA14585开发定制的蓝牙应用固件。该固件也可以访问其他片上外设，包括：四通道10位模数转换器(ADC)，可用于电池监测正交解码器，可用于连接到三轴人机接口设备(HID)，例如带方向的计步器键盘控制器外设，可用于连接按键和消除按键抖动图1：DialogSemiconductor的DA14585是一款完整的蓝牙SoC解决方案，具有完整的蓝牙5.0堆栈、2.4GHz无线电收发器，以及用于定制蓝牙外设的其他硬件。（图片来源：DialogSemiconductor）DA14585还集成了2.4GHz收发器、基带处理器及合格的低功耗蓝牙5.0堆栈，以最大程度减少开发人员花在学习蓝牙半导体设计细节上的时间。该器件同时支持多达八个低功耗蓝牙连接，但可穿戴设备通常只需要一个。该芯片可以使用UART、SPI或I2C接口连接到微控制器。虽然该器件包括用于主机通信的默认固件，但为了实现更高效的可穿戴系统设计，Dialog支持开发人员使用片上OTP来自定义主机通信。UART通过硬件流量控制支持高达1Mb/s的数据速率，因此主机微控制器必须支持兼容的UART接口。此外，DA14585还很小巧。它采用34引脚WLCSP封装，尺寸仅为5毫米(mm)x5mm，占用的电路板基底面很小。其厚度为0.9mm，非常适合超薄型可穿戴设备。低功耗蓝牙核心和堆栈完全符合蓝牙规范v5.0（图2）。若将堆栈放置在DA14585而不是微控制器中，一个优点是当蓝牙规范更新时，Dialog只需更新DA14585中的堆栈。可穿戴设备仍将照旧运行，而开发人员可以选择更新主机微控制器应用固件，以利用规范中的任何更改。图2：DialogSemiconductor的DA14585只需连接极少的外部元器件。它实现了完整的蓝牙v5.0核心和无线电，因此开发人员无需了解构建蓝牙半导体解决方案的细节。（图片来源：DialogSemiconductor）蓝牙无线电只需连接少量外部元器件。它支持所有蓝牙设备类和数据包类型。此外，还可以关闭无线电以节省能源。Cortex-M0核心将其视为AHB总线外设。DialogSemiconductor还推出了DA14586，它与DA14585具有相同的ROM、OTP和外设组，但增加了2Mb的闪存。虽然闪存可以多次编程而OTP只能编程一次，但与闪存相比，OTP的耗电量要少得多。此外，DA14585的工作电压为0.9至3.6伏，而DA14586则需要1.8至3.3伏。实现低功耗蓝牙可穿戴设备DA14585上的蓝牙核心有两种工作模式：活动和深度休眠。在活动模式下，通过蓝牙无线连接收发无线电；深度休眠模式则会禁用核心，并有选择地断开无线电电源。由于可穿戴设备充其量是接近实时的设备，因此为了节省电量，可以对核心和无线电进行编程，以处理定期休眠和唤醒事件。例如，可以将蓝牙核心编程为进入深度休眠一段时间，然后唤醒到活动状态，管理发给用户或关于用户的任何消息或通知（即电子邮件、心率更新），然后再返回到深度休眠模式。此周期的长短由开发人员决定。核心处于深度休眠模式的时间越长，节省的电池电量就越多；但是，深度休眠时间过长也会导致蓝牙消息延迟。要减少延迟并缩短响应时间，可对核心进行编程，延长活动模式下的时间，但这会消耗更多电量。开发人员应尝试不同的深度休眠和活动模式周期，以优化功耗与响应时间，从而提供最佳用户体验。DA14585的主ArmCortex-M0处理器支持四种功耗模式：活动、休眠、扩展休眠和深度休眠。请注意，请勿将这些功耗模式与蓝牙核心的功耗模式混淆——当Arm内核和外设自身处于扩展休眠模式时，蓝牙核心可以处于活动模式。在活动模式下，Arm内核和外设均通电并处于活动状态。在激活蓝牙数据连接期间，DA14585便处于此模式。在活动模式下，DA14585由3伏电源供电，设备在接收数据时消耗5.3毫安(mA)电流，而在发送数据时消耗4.9mA电流。在休眠模式下，Arm内核空闲，但保留其状态。这样，当蓝牙处于活动状态时而Arm内核正在等待传输完成以便对数据进行反应，就能节省电量。休眠模式下的电流消耗因激活的外设而异。在扩展休眠模式下，Arm内核及所选外设均处于空闲状态。当蓝牙核心自身处于深度休眠模式以及蓝牙长时间不活动时，可使用此模式节省电量。蓝牙外设和主机接口可以处于活动状态，并且二者均可在检测到活动时通过中断唤醒Arm内核。此模式消耗的电量极少。在扩展休眠模式下，DA14585保留64KBRAM，消耗3.3微安(µA)电流。Arm和外设的最低功耗模式是深度休眠模式。该模式将关闭所有功能，包括蓝牙无线电。如果用户决定关闭蓝牙并且不需要任何DA14585外设，则此模式很有用。在深度休眠模式下，DA14585消耗的电流可低至610纳安(nA)，或者，如果需要保留16KBRAM，则仅消耗1.4µA电流。在基本操作中，基于DA14585的可穿戴设备的蓝牙核心大部分时间处于深度休眠模式，而Arm处于休眠或扩展休眠模式。然后，蓝牙核心会以设定的间隔定期唤醒进入活动模式，以检查无线数据，同时Arm内核会唤醒至活动模式，并与主机微控制器进行数据通信。传输完成后，蓝牙核心进入深度休眠，而Arm内核则进入休眠或扩展休眠模式。这提供了一种主动和可靠的移动设备连接，同时还节省了电能。DA14585入门为了方便开始使用DA14585，Dialog提供了DA14585-00ATDEVKT-B蓝牙DA14585基本开发套件（图3）。图3：DialogSemiconductor的DA14585基本评估板通过USB接口连接到PC，其中包含了开发人员测试和调试设备微控制器驱动程序及应用固件所需的一切。（图片来源：DialogSemiconductor）DA14585基本开发套件支持通过USB接口进行全面调试。该套件由来自MicrochipTechnology并使用外部程序闪存的主机微控制器进行控制。微控制器的应用固件可以通过USB接口加载到闪存中。开发人员可以加载套件随附的样例程序，并使用这些程序与另一个蓝牙设备（例如PC）进行交互。然后可以加载和调试开发人员的定制固件。总结可穿戴设备的设计人员需要优化设计，以最低的功耗提供最佳的用户体验，同时还要考虑开发时间和成本。无线接口可能会消耗很大一部分的功耗预算，但是可通过仔细选择接口及其实现方式来大幅减轻这一负担。如上所述，结合使用主机微控制器与外部蓝牙芯片，可以加快开发速度，无需从头开始设计蓝牙接口即可让开发人员打造出可穿戴设备。适当使用低功耗模式可以延长可穿戴设备的电池寿命，同时确保可靠工作。文章来源网络

Z-Wave®强调易用性和互操作性，在消费类和“智能家居”应用领域，当属前沿无线网络技术之一。不过，对设计人员而言，实现Z-Wave特有的易用性极具挑战，每台基于Z-Wave的设备上市前都必须正式通过合规性认证。这些挑战增加了应用开发的成本和时间，而对于成功的设计而言，最大限度地降低这两者却至关重要。除非内部成员具备丰富的射频(RF)硬件和固件专业知识，否则设计人员选择预认证组件和现成解决方案才是明智之举。对于时间紧迫、预算紧张的设计，毫无余裕就射频设计进行学习和实验。射频传播以及机载阅读器与射频卡之间的耦合作用等个中微妙，着实过于复杂。本文介绍了无线网状组网的一些基础知识，特别是Z-Wave。随后，本文以SiliconLabs的700系列Z-Wave兼容微控制器芯片系列及相关开发工具作为实例，展示如何快速构建经认证的可用Z-Wave网络并应用于新型消费类设备。什么是Z-Wave？Z-Wave是众多相互竞争的家庭无线网状组网标准之一（图1），其他标准包括Zigbee、Thread和Insteon。虽然Wi-Fi和蓝牙最初设计时并不具备网状网络功能，但都已针对网状组网进行了更新，如今也加入了该领域的竞争，尽管其功率水平和数据速率有所不同。每种无线网络都有其优缺点，但Z-Wave专为低成本、低功耗的消费类设备而设计，并不断发展以满足新的需求。在网状网络中，数据包可以从网络上的一台设备“跳跃”到另一台设备，直至到达目标设备。因此，两台设备不必一定要在彼此的无线电范围内。只要某台设备至少在网络上另一台设备的无线电范围内，那么这台设备就可以将数据转发到范围内的下一台设备，依此类推，直到数据到达目的地。网络上任意两台设备之间可能存在多条不同路径，因此网状网络协议需确定最短且最有效的路径。网络连接的设备越多，冗余级别越高，网络性能越稳定。虽然网络跳跃从概念上理解很简单，但实际应用却很难实现。无论其制造商、功能、使用年数、范围或固件版本级别，每台Z-Wave设备（即节点）必须能与任何其他节点进行通信。作为网状网络的组成部分，节点必须能够充当起始、目标，或彼此超出范围的其他节点之间的中介。此外，每个节点还必须能够与任何其他节点交换应用级数据和命令。用户可能随时添加或删除节点，而网络必须仍然保持稳定，无缝运行且不发生中断。为了便于使用，节点必须能够加入（和离开）网络，操作时无需复杂的用户设置，没有DIP开关、服务集标识符(SSID)或密码，并且无需键盘、鼠标、接口等（如适用）。在技术方面，Z-Wave是低速、低功耗的无线网络，数据速率最高为100kbps，但常用速度约为40kbps。典型工作范围约为30至40m，具体取决于网络射频组件、设计布局、天线位置，以及墙壁和环境干扰等环境因素。不同于Wi-Fi或蓝牙等点对点网络，Z-Wave是网状网络，数据包时常从一个节点跳跃到另一个节点，总有效范围达数百米，为家庭应用提供充足的覆盖范围。Z-Wave的工作频率低于1GHz，处在工业、科学和医疗(ISM)频段（北美为908.42MHz，欧洲为868.42MHz），不受Wi-Fi或蓝牙干扰。虽然Zigbee也可工作在相同的ISM频段，但多数情况下仍工作在更通用的2.4GHz频段，该频段是全球共用的频段。因此，这也表示Z-Wave设备通常不会干扰其他无线网络。ZenGecko简介SiliconLabs推出的Gecko系列包含各种低成本、低功耗的微控制器。该产品系列可进一步细分为几个特定应用区域，包括用于Z-Wave开发的"ZenGecko"子系列。该公司的ZenGecko系列推出了两款不同的Z-Wave设备。一款是“智能调制解调器”芯片，另一款则是完整的独立式模块芯片。调制解调器芯片（零件编号为EFR32ZG14P231F256GM32-BR）旨在与主机处理器配合使用，而模块(ZGM130S037HGN1R)则可以单独使用，几乎不需要外部元器件。这两款器件均基于39MHz的Arm®Cortex®-M4微控制器内核，虽然两者的实现方式有所不同。Arm的Cortex架构是基于RISC的新型微控制器设计，得到了数百家供应商的软件和硬件开发工具的广泛支持。对于'ZG14调制解调器芯片，内部Cortex-M4自带预编程的Z-Wave协议栈。处理器对用户不可用，那么对开发人员而言，就几乎可以忽略其存在。因此，尽管调制解调器芯片能够处理复杂的Z-Wave协议，但仍需要由外部处理器来处理应用程序代码，进而使得'ZG14成为相对复杂产品的理想之选，因为这些产品对空间和性能有所要求，以此支持独立的微处理器或微控制器。此外，只需添加'ZG14智能调制解调器并接入信号和RF组件，即可使现有产品轻松兼容Z-Wave。而另一方面，'130S模块是完全自足式芯片，可以作为产品中唯一的微控制器单独使用。该器件的内部Cortex-M4对开发人员可用，可用于应用程序代码。相较于'ZG14智能调制解调器，'130S模块尺寸较大，但功能更强大，包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)、模拟比较器、电容检测接口（用于触摸屏）、计数器、定时器、看门狗计时器和UART等。该模块只需接入电源、接地和天线，即可实现功能齐全的Z-Wave控制器。这两款器件共同构成了700系列，即SiliconLabs最新的Z-Wave组件，符合最新的Z-Wave规范。具体来说，两款器件均支持最新的安全功能（Security-2，即S2）以及简化用户设置的可选功能SmartStart。此外，还支持所有三种Z-Wave数据速率（9.6、40和100kbps）以及所有全球频段。与所有Z-Wave设备一样，这两款器件向后兼容所有低版本的Z-Wave设备和控制器。此前使用过SiliconLabs基于8051的Z-Wave设备（“500系列”）的用户，可能希望将现有代码部分或全部移植到新版基于Arm的设备。为了解决这一问题，SiliconLabs提供了软件库和“构建模块”来简化转换。虽然旧版的8051代码不能单纯通过重新编译就转换为新版的Arm代码，但代码库应该能够提供很大的帮助。EFR32ZG14Z-Wave芯片内部结构EFR32ZG14是一款智能调制解调器片上系统(SoC)，概念简单（图2）。该器件包括用于连接外部主机处理器的双线串行接口，以及用于处理Z-Wave协议栈的内部ArmCortex-M4MCU内核，无线电部分则几乎包含物理无线电所需的所有组件。工作时，'ZG14单纯通过UART接口与主机处理器通信，波特率最高可达115,200Bd。只需接入两根信号线，分别用于接收和发送。主机处理器通过UART接口发送命令和数据以供'ZG14响应。RESETn是用于'ZG14复位的第三根信号线，可由主机处理器的任何I/O引脚轻松驱动。'ZG14与主机处理器之间只需接入三根数字信号线，与简单IPD（集成无源器件）之间共四路数字信号，再接入晶振和几个简单的模拟元器件（图3）。或者，设计人员可以选择连接低电平有效的SUSPEND信号，该信号可将'ZG14置于低功耗状态，并中断所有无线电通信。事实上，大部分时间内'ZG14可能都处于挂起状态以节能，具体取决于预期应用。此外，开发人员还可以选择通过三芯线连接芯片内部闪存，用于实时对'ZG14固件重新编程。SiliconLabs提供了此类二进制固件。如前所述，'ZG14固件不能用于用户代码。如图3所示，设计人员可选择使用表面声波(SAW)滤波器，具体取决于部署最终产品的地理位置：全球部分地区需要SAW滤波器，其他地区则不需要。此外，设计人员还可以选择配备SAW滤波器组，并通过'ZG14的SAW0和SAW1两个输出引脚来实时配置，从而使最终产品适用于任何地区，同时简化设计、制造和库存。ZGM130SZ-Wave模块内部结构相较于'ZG14调制解调器SoC，'130S模块结构更复杂，功能更强大。SiliconLabs称之为系统级封装(SiP)。名至实归，'130S本质上集成了多个芯片，因而可作为独立的微控制器和Z-Wave控制器（图4）。该模块的ArmCortex-M4中央处理器内核运行频率为39MHz，具有512KB的闪存和64KB的SRAM。由于Z-Wave协议栈已包含在该模块的无线电收发器模块（框图左上角）中，因而用户可使用大部分存储空间。事实上，该模块相当于'ZG14智能调制解调器芯片。'130S包含独立的内部DC/DC稳压器和内部晶振，因此无需外部时钟元件。此外，该模块还具有数个模拟和数字外设，包括ADC和DAC、温度传感器、两个模拟比较器、三个运算放大器、电容检测接口、DMA控制器、32个通用I/O引脚等。'130S采用LGA64封装，受引脚限制，并非所有I/O引脚都随时可用，具体取决于软件配置。尽管'130S采用64引脚封装，但外部连接非常简单。如图5和图6所示，该器件只需接入简单的旁路电容（用于电源/接地），并通过单线连接天线，其余引脚均可用于用户I/O。从入门套件开始使用ZenGecko系列开始着手Z-Wave开发，最简单的方法就是使用Z-Wave700入门套件。该套件的所有组件都成双配备，组成最小的双节点网络：两块主板、两块无线电板、两块带开关和LED的扩展板、两根柔性天线和两根USB电缆。此外，还配有两个USB加密狗，可与个人电脑配合使用：一个装有Z-Wave无线电嗅探器应用(Zniffer)，另一个则配有Z-Wave控制器功能。硬件及随附的软件支持全球所有地区的所有Z-Wave选项和协议。图7显示一组电路板，顶部插入无线电板，右侧插入扩展板。主板不包括ZGM130SSiP，该器件安装在无线电板上。相反，主板最显著的功能是具有位图LCD，这对于调试或GUI开发相当有用。软件安装SimplicityStudio是SiliconLabs公司推出的一体式集成开发环境(IDE)，可用于该公司的ZenGecko等多款微控制器，支持Windows、MacOS和Linux系统。在安装SimplicityStudio时，如果将开发套件中的一块主板（无论哪一块）连接到开发系统，则安装和配置过程会更为简单。IDE将检测硬件，并自动加载必要的软件支持。若硬件不可用，则可以手动执行以下配置：运行SimplicityStudio后，单击右上角的绿色箭头（图8）。SimplicityStudio提供两个选项："InstallbyDevice"（按设备安装）或"InstallbyProductGroup"（按产品组安装）（图9）。两个选项产生的最终结果相同，但选择前者更加简单，因此请单击"InstallbyDevice"（按设备安装）绿色大按钮。若安装了开发板，SimplicityStudio应该会自动检测硬件，但如果没有，手动查找所需的软件包也很简单，只需在搜索框中键入"6050A"（开发套件全称缩写），如图10所示。双击指示的软件支持包，然后单击“Next”（下一步）。接下来，SimplicityStudio将突出显示可用于此硬件配置的其他软件支持。某些情况下，一些软件模块仅限于同意补充许可协议和/或已注册硬件的用户，因此一些选项可能会灰显，暂时不可用，如图11所示。最后，SimplicityStudio将显示建议安装的所有软件清单，选项众多，包括一个或多个C编译器、可选的实时操作系统、分析工具等（图12）。如有需要，可以手动启用或禁用特定选项，但一般情况下最好接受建议安装的软件选项。完成后，单击“Next”（下一步）。在最后一步中，SimplicityStudio将显示主软件许可协议，其中涵盖将安装的所有软件组件。阅读并接受许可，然后最后一次单击“Next”（下一步）。软件安装将需要几分钟时间。安装完成后，关闭并重新启动SimplicityStudio。一切准备就绪，可以开始着手构建Z-Wave网状网络应用，包含一些预先配置的简单演示程序，以及可以修改的示例代码，这些都是为了帮助开发人员顺利上手。总结Z-Wave旨在让消费者易于使用，但其可用性掩盖了设计人员所做的大量基础开发和认证工作。然而，只要设计人员选择使用包含兼容硬件和预测试软件的预配置套件，构建新的Z-Wave网状网络设备就变得相当简单。Z-Wave700系列调制解调器SoC、SiP模块及相关开发套件，提供快速构建双节点网络所需的硬件和软件，并确保与这种复杂而高效的协议兼容。文章来源网络

在近场通讯(NFC)设计中，开发人员向来都面临各种关于优化射频性能、硬件设计和软件方面的挑战。但现在，单片式NFC解决方案和全方位的软件支持极大地改变了在家用电子设备、可穿戴设备和物联网(IoT)设备设计中整合NFC功能的本质。因此，开发人员可以加入诸多应用功能，却几乎不会影响设计封装、功耗或项目计划。NFC的双向通信能力独具特色，可提供简单、本质上安全的低功耗近距离无线连接。仅当两个设备相互靠近时才能进行通信，因此不会出现消息拦截，并且最大程度减少了潜在的网络攻击途径。而且，在通信时仅一台设备需要通电，因此平均功耗可维持在相当低的水平。实际上，NFC可以为各种智能家居和物联网应用带来巨大益处。用户只需将启用NFC的智能手机靠近启用NFC的产品，即可完成蓝牙或Wi-Fi配对。NFC可以用作设备个性化的底层技术，并且可简化智能手机任务，如配置设置、传输数据或注册产品等。嵌入式NFCNFC是射频识别(RFID)的子集，在13.56MHz下工作，可执行与传统RFID标签和非接触式智能卡相同的许多功能。同时，NFC还具有更大的灵活性，能在三种通信模式下工作：卡仿真、点对点和读/写。在卡仿真模式下，NFC设备用作非接触式智能卡，可在各种现有应用中使用，包括票务、门禁系统、交通、收费站和非接触式支付等。点对点模式允许两个启用NFC的设备连接并交换信息。例如，用户可以使用启用NFC的智能手机来设置其他设备的蓝牙或Wi-Fi设置参数，或者在受信任网络中调试其使用。在读/写模式下，一台NFC设备可以从另一台NFC设备读取数据。例如，启用NFC的智能手机可以读取URL或其他数据，如零售商店促销标牌上嵌入的销售优惠券。用作标签的嵌入式NFC设备连接到产品内的主机处理器后，其工作类似于双端口存储器。其中一个存储器端口可通过NFC接口以无线方式访问。另一个端口可通过嵌入式系统的I2C接口访问。因此，诸如智能手机等外部数据源可以将数据传递到嵌入式系统。反过来，主机处理器可以更新存储在NFC设备中的数据，即使当产品断电也可向启用NFC的外部设备提供这些数据。对于需要在嵌入式系统和外部系统（如启用NFC的智能手机）之间传输数据的应用，开发人员可以使用这种方法。事实上，利用NFC设备无线通讯链接功能及其在下载过程中用于临时存储的片载存储器，开发人员可以用这种方法更新嵌入式系统的数据，甚至固件。单片式NFC控制器过去，设计人员希望在基于MCU的设计中添加NFC功能，但却面临硬件和软件的两大挑战。使用传统NFC设备的硬件工程师需要确保设计满足NFC设备和主机之间的关键时序、保持低功耗要求，并且要最大程度减少设计封装和物料清单(BOM)。然而也许最大的影响在于软件方面，工程师通常不得不编写自己的代码，以处理构成单一应用级别NFC操作的诸多低级事务。高级NFC设备，如恩智浦PN7150，旨在简化物联网设计或任何嵌入式系统中的NFC功能集成。PN7150结合了射频前端以及低功耗ARM®Cortex®-M0内核、存储器和I/O外设（图1）。通过确保嵌入式设备主机和射频前端之间的最佳时序，该设备大大消除了传统的硬件集成问题，同时支持更高的射频输出功率。此外，集成的I2C接口与NXP的NTAGI2CPlus兼容，适用于传感器、灯具和与智能家居网络相关的其他设备。同时，该器件有助于降低功耗要求：PN7150可以自动转换到低功耗模式，同时让主机保持休眠，直到需要进行射频通信为止。除了简化硬件设计，PN7150在软件方面也优势显著。NXP预装了该器件的嵌入式数据和代码存储器，并且可扩展支持NFC控制器接口(NCI)。NFC论坛管理NCI技术规范，定义了NFC控制器(NFCC)和运行高级操作系统（如Android,Linux或WindowsIoT）的设备主机(DH)之间的逻辑接口。PN7150的嵌入式NCI固件减少了某些主机交互，并且为NFC应用软件开发人员提供更高的抽象层级，从而减轻了软件开发负担。通过将低级代码移动到固件中，PN7150还减少了主机端的应用代码基底面。直接替代型解决方案PN7150具有集成的硬件和软件，专用于直接替代型NFC解决方案，适用于在Android、Linux或Windows环境下工作的开发人员（图2）。实际上，不熟悉NFC开发的开发人员可以利用Arduino(NXPOM5578/PN7150ARDM)、BeagleBoneBlack(NXPOM5578/PN7150BBBM)和RaspberyPi(NXPOM5578/PN7150RPIM)的现有PN7150演示套件。每种套件都包含一块PN7150NFC控制板、一个专用接口板和一个NFC样卡。设计人员需要较少的元器件即可为现有基于MCU的设计创建完整的NFC子系统。实际上，在某些情况下，工程师可以通过在天线匹配电路中消除或组合一些无源元器件，进一步减少BOM（图3）。在典型的天线电路设计中，需要天线引线上的RQ阻尼电阻器来降低会对所产生信号的整形有不良影响的过高天线品质因数。在采用标称天线品质因数的设计中，设计人员可以将这些RQ阻尼电阻器从天线端移除。在匹配电路中，当特定设计的天线引线具有非常低的最大峰峰电压时，设计人员可以用单个电容器替换成对的并联电容器（并消除到EMC滤波器的连接）。在典型应用中，小型天线连接到PN7150，天线上产生的峰峰电压将相对较低。因此，设计人员也可以移除去耦Crx电容器，并将Rrx电阻器直接连接到天线，以简化Rx路径。简化的软件从软件角度看，PN7150提供了一个简单的执行模型，可进一步加速产品开发（图4）。设备主机架构结合了传输层驱动程序、NCI驱动程序和包含读/写、点对点或卡仿真库的NFC执行环境(NFCEE)中间件。对于NFC操作，主机只需要通过I2C接口发送高级NCI操作到PN7150。反过来，PN7150的固件可执行NFC协议中所需的详细事务。实际上，从开发人员的角度而言，得益于NXP提供的全方位软件平台，NFC应用开发才得以在高级别进行。对于启用NFC的物联网应用，常见操作包括交换NFC数据交换格式(NDEF)化数据。NDEF由NFC论坛管理，这是一种标准化的数据格式，可用于在任何兼容的NFC设备和另一台NFC设备或标签之间交换URI或纯文本等信息。NXPlinux_libnfc-nci库提供了一个简单的应用编程接口(API)，将低级事务抽象为更高级的面向应用程序的操作。例如，开发人员可以通过简单调用WriteTag例程来写入标签（列表1）。这个库利用一系列低级例程将这种应用层请求分解为所需的系列步骤，以对数据进行验证、格式化和传输。设备主机使用NCI控制消息与NFC控制器交互。一个特别重要的NCI指令序列为NFC控制器提供了一种机制来查找其他卡、读卡器或对等设备。这种称为RFDiscovery的指令序列让符合规范的NFC设备（如PN7150）能在侦听其他发射设备和发射（轮询阶段）之间交替，以查找远程卡或标签。如同任何射频技术一样，传输需要比无线电接收更高的功率（图5）。实际上，在轮询阶段，PN7150功耗约为30mA，具体取决于天线特性。在侦听阶段，PN7150会等候外部生成的射频载波，当启用待机模式时，电流消耗会下降至20μA左右。通常，轮询阶段会持续约20毫秒，而侦听阶段则为300毫秒到500毫秒。对于500毫秒的侦听阶段，平均功耗则为：(30x20+0.02x500)/520=1.17mA。为降低RFDiscovery的功率要求，NXPN7150提供了一种称为低功耗卡检测器(LPCD)模式的专有机制。在LPCD模式中，PN7150会寻找当另一根天线接近时产生的磁耦合所导致的天线阻抗变化。如果阻抗变化高于预定义的阈值，PN7150会自动进入标准NFC论坛RFDiscovery序列。因此，这种“事件驱动”的方法可以显著减少RFDiscovery阶段的时长，从而降低平均功耗（图6）。结论NFC提供安全的低功耗连接，能显著增强互联的家用电子设备、可穿戴设备和其他物联网设备的易用性。只需将启用NFC的智能手机靠近连接的产品，用户就能调试产品、加载访问信息并检索产品中存储的信息。然而在过去，在基于MCU的系统中实施NFC为硬件和软件集成都带来了设计难题。相比之下，如NXPPN7150等NFC集成设备，可为NFC设计提供近乎可直接替代的解决方案，简化了启用NFC的应用中的硬件和软件开发。文章来源网络

对于电池供电的互连设备而言，能耗是至关重要的，降低能耗可以最大程度地延长电池的更换时间，甚至让设备在没有环境能量源的情况下运行。虽然很多嵌入式系统开发人员精通优化代码，但要为物联网(IoT)设备节省能源，还需要更加全面的方法。此类方法不仅必须要考虑存储容量、MCU性能和功耗的因素，还必须考虑到无线电、模拟电路、电源转换器和传感器。虽然所有这些因素都会影响系统的整体能耗，但开发人员最好控制的主要因素是微控制器。本文将描述如何为物联网设备选择低功耗微控制器，以及在板载外设方面要注意哪些问题。本文还将演示如何使用功率监测工具，并提供达到最佳功率及性能的技巧和诀窍。选择低功耗微控制器架构要选择低功耗微控制器，首先必须确定微控制器应该使用的合适处理器内核。目前行业中有很多专有微控制器内核，但从ARM®Cortex®-M微控制器入手是非常合理的选择。业界的多家供应商都支持这些微控制器内核，从而形成了提供支持和资源的稳定生态环境。为了最大程度地降低能耗，必须及早考虑到两大因素：性能和能效。对于微控制器而言，这两个指标很难量化，但开发人员可以使用两种基准标准：EEMBC的CoreMark和ULPmark。CoreMark用于测量微控制器的处理能力，这个值越高，处理能力就越强。例如，STMicroelectronicsSTM32L053处理器可使用STM32L053Nucleo开发板进行测试，它的CoreMark值为75.18。另一款STMicroelectronics零件STM32F417的CoreMark值为501.85。初看起来，开发人员可能认为使用STM32F417是可取的，因为它的性能似乎出色得多。但是，在做出决定之前，还要考虑另外几个因素。首先，CoreMark只是告诉开发人员它能够在一秒钟内执行多少次基准测试迭代。在不同时钟速率下运行的处理器将产生差异很大的值。对处理能力进行比较的更好方式是比较CoreMark/MHz。在本例中，STM32L053处理器得出的结果为2.35，而STM32F417得出的结果为2.98（数据来源：EEMBC）。两款处理器在效率方面非常接近。其次，开发人员必须关注内核架构。STM32L053采用ARMCortex-M0+，该处理器经过优化，具有很低的功耗，而且调试模块的数量最少。此外，它还舍弃了高性能处理器上的所有附加部件，这些也是功耗最高的部件。而STM32F417采用ARMCortex-M4，该处理器是作为高性能处理器设计的，在168MHz而不是32MHz的时钟速度下运行。该时钟速度达到了STM32L053的五倍，但CoreMark/MHz值仅提高了26%。ULPmark可测量微控制器执行操作（例如计算和存储器操作）的效率高低。最新版本甚至可测量外设效率，让开发人员能够很好地从能源利用的视角，了解处理器的整体效率如何。寻找合适的外设组合微控制器内核只是开发人员在选择低功耗微控制器时应该考虑的第一个因素。应该考虑的另外一个因素是板载外设。CPU的能耗大小在很大程度上取决于外设。开发人员希望确保他们选择的零件采用尽可能自动化的低功耗外设。首先，开发人员应该寻找提供了不止一个直接存储器访问(DMA)通道的器件。利用DMA，开发人员能够在微控制器内部传输更多信息，而无需CPU干预。这意味着CPU能够腾出手做其他工作，例如运行应用程序代码，或者关闭或进入深度休眠模式以节省能耗。同时，DMA通道还用于将数据从外设传输到存储器，从存储器传输到外设，甚至在存储器的不同区域之间进行传输。TexasInstruments的MSP430FR5994就是专为低功耗工作设计的零件的很好例子，MSP430FR5994Launchpad开发套件包括了这种零件。MSP430FR5994带有内置的DMA控制器，它有六个单独的通道，可以同时在后台工作。另一个例子是寻求多种低功耗模式。新型微控制器将提供多种功耗模式，可将CPU和外设置于不同状态，从简单的休眠状态一直到深度休眠状态，微控制器在深度休眠状态下几乎接近关闭。在这些深度休眠模式下，整个微控制器的工作电流仅为几毫微安。在了解微控制器的低功耗状态时，还要评估工具链和生态系统功能。设置和配置低功耗模式以及唤醒这些模式的事件，可能是一项颇具挑战性的工作，而且非常耗时。新型微控制器，例如Renesas提供的Synergy，在开发环境内部包含了配置软件，开发人员只需几次点击即可配置这些模式。对于低功耗应用，开发人员应该考虑使用带有64或128KB闪存的S12432位MCU。要快速启动采用这些器件的开发工作，可以使用SynergyDK-124开发板。测量和验证微控制器功耗选择低功耗微控制器，只是确保系统能够达到可能的最低功耗的第一步。为了真正达到最低功耗，开发人员必须在整个软件开发过程中仔细地监控微控制器的能耗。开发人员可以采用多种不同方法来监控微控制器的能耗，包括电流探头和能量感知调试器。电流探头的作用只是测量分流电阻器两端的电压，然后根据该电压和分流电阻值来计算电流。如果您希望测量整个系统的电流消耗，那么这种解决方案的效果非常好，但如果您真正希望将微控制器执行的操作与它们消耗的能量关联起来，则应使用能量感知调试器。这让开发人员能够确定哪些代码区域需要进一步优化或返工。市场上有多种适用于ARMCortex-M™微控制器的能量感知调试器，例如I-Jet调试探头的IARSystemsI-Scope电源探头（图4）。I-Scope工具带有一个基于差分放大器的内部电压监视器。它可以测量与微控制器电源轨串联的分流电阻器两端的压降。这使得I-Jet调试探头能够测量电压，同时对微控制器的CPU内核中的程序计数器(PC)进行采样（图5）。程序计数器准确告诉探头：应用程序处于执行过程的什么位置。将PC计数器信息与电流测量值相关联，可生成应用程序的能耗概况数据，以便开发人员能够利用这些数据来优化和验证代码。设计低功耗器件的技巧和诀窍找到合适的微控制器并监控硬件，只是开发人员设计低功耗器件的第一个阶段。此时的诀窍是了解如何充分利用微控制器来最大程度降低能耗。为了达到这个目标，开发人员可以遵循以下的一般技巧。其中包括：预先制定电池预算，包括最小功耗、最大功耗和平均功耗的估算值。使用低功耗定时器来驱动计划程序或RTOS的任何内部系统节拍。尽可能经常地将CPU置于休眠模式（对于实时应用，请务必考虑到唤醒和掉电时间）。让系统成为事件驱动型系统。可以利用中断来唤醒系统并执行功能，然后立即返回到休眠模式。将DMA控制器和任何自动化外设集成到软件架构中，以实现“并行”处理。根据需要管理微控制器时钟频率，以实现额外的能源节省。监控软件能耗，不要害怕试用不同的架构和配置。第一次尝试的很可能不是功耗最低的配置。适当时，请使用中断的Sleep-on-exit功能，该功能可在中断结束时将处理器置于休眠模式，每个事件节省几十个时钟周期。总结为物联网设备选择低功耗微控制器是一项非常棘手的工作。正如本文所述，我们必须考虑到诸多因素，从微控制器架构一直到板载外设功能。选定了低功耗微控制器之后，并不能保证开发人员能够实现最低功耗的目标。下一个阶段是认真地设计架构，并在整个开发生命周期中监控软件的性能。只有这样，开发人员才能充分利用所选微控制器的低功耗特性和性能。文章来源网络