第3章 智能家居系统硬件电路设计
第3章 智能家居系统硬件电路的设计
本章主要介绍了智能家居系统的硬件电路的设计，其中控制芯片电路的设计包括启动模式选择电路、复位电路、CPU时钟电路和RTC时钟电路、滤波电路。其他各个模块包括稳压电源电路的设计、MQ-7一氧化碳传感器电路的设计、继电器控制电灯电路的设计、WiFi模块电路的设计、单片机与PC机通信电路的设计。
系统供电模块ESP8266WiFi模块复位电路STM32单片机单片机与PC机通信模块MQ-7一氧化碳传感器模块继电器控制电灯模块JLINK下载模块报警电路模块
图3-1 智能家居系统硬件电路的总体设计
3.1 控制芯片电路的设计
上一章详细介绍了控制系统所用的嵌入式微处理器芯片STM32，本文的控制电路所用的是STM32F103系列的芯片，该芯片是STM32F103VET6，属于中低端的32位ARM微控制器。
(1) STM32F103VET6最小系统的电路设计
图3-2主要是控制芯片对模块的引脚的分配，包括按键、LED发光二极管、LCD1602显示屏、继电器模块、一氧化碳传感器模块、WiFi模块、j-link下载电路、串口通信电路、启动模式选择电路、复位电路和电源滤波电路等
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的引脚分配。
图3-2 STM32F103VET6
(2) 启动模式选择电路
STM32F103微控制器不仅可以从Flash存储器或系统存储器启动，还可以从内置SRAM启动。相应的启动模式可通过BOOT[1:0]引脚选择3种不同的启动模式。
表3-1 3种不同的启动模式
启动模式选择引脚 BOOT1 X 0 1
BOOT0 0 1 1
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启动模式 主闪存存储器 系统存储器 内置SRAM
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图3-3 启动模式的选择电路
(3) 复位电路
单片机复位电路的作用是使单片机有效复位，此款单片机的复位方式是低电平复位，此复位电路可以实现掉电复位和按键复位。当按键开关按下时单片机RESET引脚直接接到GND，实现低电平按键复位。
图3-4 复位电路
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(4) CPU时钟电路和RTC时钟电路
图3-5 CPU时钟电路和RTC时钟电路
晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。
任何实时时钟的核心都是晶振，晶振频率为32768 Hz 。它为分频计数器提供精确的与低功耗的实基信号。它可以用于产生秒、分、时、日等信息。为了确保时钟长期的准确性，晶振必须正常工作，不能够收到干扰。
1 RTC时间是以振荡频率来计算的。故它不是一个时间器而是一个计数器。而一般的计数器都是16位的。又因为时间的准确性很重要，故震荡次数越低，时间的准确性越低。所以必定是个高次数。215 = 32768 。
2 32768 Hz = 215 即分频15次后为1Hz，周期 = 1s。 3 经过工程师的经验总结32768 Hz，时钟最准确。
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(5) 滤波电路
图3-6 滤波电路
在单片机的DVDD与GND上加上两个滤波电容，这样做的原因是为了最大限度减少电源对单片机的干扰。通常情况滤波电容都是一个瓷片电容和一个电解质电容，瓷片电容是过滤低频杂波，电解质电容是过滤高频杂波。
3.2 稳压电源设计
3.2.1 5V稳压芯片7805简介
稳压芯片分为两种类型，一种为线性稳压，其优点是稳压后的电源谐波少，价格低廉；缺点是压差大，散热大，能源利用率低。另一种为开关电源，其优点为压差小，损耗小；缺点为稳压后的谐波比较多，容易产生噪声。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78xx系列和负电压输出的79xx系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三个引脚分别是输入端、接地端、和输出端。
用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5V，7806表示输出电压为正6V，7809表示输出电压为正9V，7812表示输出电压为正12V。79系列的是负电压的输出，命名形式和78系列的一样。由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，他们就能够提供大于1.5A的输出电流。综合稳定性的考虑，决定采用三端1.5A正电源稳压芯片LM7805。
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