使用無(wú)線(xiàn)MCU的智能插頭的應(yīng)用

每個(gè)人都應(yīng)該有一個(gè)自動(dòng)化的家。這不僅僅是我所說(shuō)的極客，這是基于我們作為一個(gè)物種所處的位置的觀察。我們現(xiàn)在每年產(chǎn)生和消耗大約 25TW 的能量，或者地球上每個(gè)人的能量剛剛超過(guò) 3kW。發(fā)電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，以 CO 2克數(shù)來(lái)衡量或每千瓦時(shí)發(fā)電的當(dāng)量（寫(xiě)為 gCO2eq/kWh）。毫不奇怪，政府希望看到這個(gè)數(shù)字下降——到 2030 年，發(fā)電的碳足跡目標(biāo)預(yù)計(jì)將降至 500 gCO2e/kWh 左右。通過(guò)減少我們個(gè)人對(duì)電力的需求，我們幾乎可以在一夜之間幫助減少能源生產(chǎn)的總體碳足跡。家庭自動(dòng)化可以幫助我們抑制這種個(gè)人需求，只需記住為我們關(guān)閉設(shè)備即可。

讓我們面對(duì)現(xiàn)實(shí)吧，沒(méi)有人會(huì)一直關(guān)閉一切，但技術(shù)顯然可以在這里提供幫助。數(shù)字助理非常適合這一點(diǎn)，通過(guò) Zigbee 和 Z-Wave 等無(wú)線(xiàn)技術(shù)，我們已經(jīng)朝著正確的方向前進(jìn)。任何由市電供電的家用電器都可以遠(yuǎn)程打開(kāi)和關(guān)閉。然而問(wèn)題是，我們目前的大多數(shù)家用電器都是笨拙的，所以我們需要使用智能插頭來(lái)稍微促進(jìn)自動(dòng)化。

今天，智能插頭只是一種無(wú)線(xiàn)適配器，位于現(xiàn)有插頭和插座之間。一些使用 Wi-Fi 連接到云服務(wù)，然后由智能手機(jī)或數(shù)字助理訪問(wèn)，而另一些則支持 Zigbee，可以直接由家庭網(wǎng)關(guān)控制。一些數(shù)字助理現(xiàn)在為此集成了 Zigbee 家庭集線(xiàn)器。

所以這里的想法是：開(kāi)發(fā)一個(gè)更智能的插頭，而不是一個(gè)適配器（雖然這些很便宜，使用簡(jiǎn)單且易于改裝 - 畢竟它只是一個(gè)插頭和插座），而是一個(gè)可以大量出售的合適的 OEM 模制電源線(xiàn)批量交付給電器制造商，并在總裝期間在工廠安裝。它將通過(guò)設(shè)計(jì)使所有電器更智能，但不會(huì)迫使制造商對(duì)電器本身進(jìn)行任何設(shè)計(jì)更改。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，插頭內(nèi)部需要做一些事情，例如產(chǎn)生低直流電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)智能功能，并添加某種形式的無(wú)線(xiàn)連接——盡管電力線(xiàn)通信 （PLC） 也可能是潛在的一個(gè)可以考慮的選項(xiàng)。最后，它需要能夠隔離從插座到設(shè)備的主電源，而無(wú)需切斷自己的電源。這意味著我們正在研究 AC/DC 轉(zhuǎn)換，可能是帶有調(diào)節(jié)功能的 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換、電源開(kāi)關(guān)以及與現(xiàn)代家庭集線(xiàn)器的無(wú)線(xiàn)兼容性。這不會(huì)是一個(gè)單芯片解決方案，所以我們可能談?wù)摰氖侵付ㄉ贁?shù)組件。由于 RF 可能很棘手，因此使用無(wú)線(xiàn) MCU 是有意義的，

如果我們假設(shè)我們的目標(biāo)是基于 Zigbee 的系統(tǒng)，那么選擇很多。有幾個(gè)我喜歡的潛在解決方案，包括 Silicon Labs 的EM341 Zigbee SoC 和NXP 的JN516x。Silicon Labs 設(shè)備集成了 ARM Cortex-M3 處理器，而其 NXP 對(duì)應(yīng)的設(shè)備依賴(lài)于也可以托管應(yīng)用程序代碼的專(zhuān)有處理器。兩者都具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格和豐富的功能，所以我想這可能歸結(jié)為處理架構(gòu)偏好。

可以通過(guò)多種方式處理功率轉(zhuǎn)換，但這里的首要要求是使其盡可能小。理想情況下，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，插頭在任何方面都不是很聰明?，F(xiàn)在可以使用滿(mǎn)足此要求的現(xiàn)代 USB 電源適配器，因此模仿它應(yīng)該不難。通過(guò)快速的網(wǎng)絡(luò)搜索，我們找到了 STMicroelectronics 的VIPer01系列高壓轉(zhuǎn)換器。在這些設(shè)備的目標(biāo)應(yīng)用列表中排名靠前的是用于家用電器的低功耗 SMPS，以及樓宇和家庭控制。基于此，我認(rèn)為我們可能會(huì)有贏家！

難題的唯一其他部分實(shí)際上是電源開(kāi)關(guān)，它會(huì)在不需要時(shí)切斷設(shè)備的電源。我認(rèn)為來(lái)自 STMicroelectronics的ACST系列三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的產(chǎn)品可以解決問(wèn)題。

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是時(shí)候開(kāi)始修補(bǔ)了。所選的每個(gè)設(shè)備都需要最少數(shù)量的外部組件來(lái)配合它，所以我希望我能把所有東西都擠進(jìn)一個(gè)普通插頭的大小。這意味著現(xiàn)在存在與使用它相關(guān)的美學(xué)或功能缺點(diǎn)。

審核編輯：郭