使用無線MCU的智能插頭的應用

每個人都應該有一個自動化的家。這不僅僅是我所說的極客，這是基于我們作為一個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，或者地球上每個人的能量剛剛超過 3kW。發(fā)電過程會產(chǎn)生溫室氣體，以 CO 2克數(shù)來衡量或每千瓦時發(fā)電的當量（寫為 gCO2eq/kWh）。毫不奇怪，政府希望看到這個數(shù)字下降——到 2030 年，發(fā)電的碳足跡目標預計將降至 500 gCO2e/kWh 左右。通過減少我們個人對電力的需求，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。家庭自動化可以幫助我們抑制這種個人需求，只需記住為我們關(guān)閉設(shè)備即可。

讓我們面對現(xiàn)實吧，沒有人會一直關(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，通過 Zigbee 和 Z-Wave 等無線技術(shù)，我們已經(jīng)朝著正確的方向前進。任何由市電供電的家用電器都可以遠程打開和關(guān)閉。然而問題是，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稍微促進自動化。

今天，智能插頭只是一種無線適配器，位于現(xiàn)有插頭和插座之間。一些使用 Wi-Fi 連接到云服務，然后由智能手機或數(shù)字助理訪問，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 家庭集線器。

所以這里的想法是：開發(fā)一個更智能的插頭，而不是一個適配器（雖然這些很便宜，使用簡單且易于改裝 - 畢竟它只是一個插頭和插座），而是一個可以大量出售的合適的 OEM 模制電源線批量交付給電器制造商，并在總裝期間在工廠安裝。它將通過設(shè)計使所有電器更智能，但不會迫使制造商對電器本身進行任何設(shè)計更改。

為了實現(xiàn)這一點，插頭內(nèi)部需要做一些事情，例如產(chǎn)生低直流電壓來驅(qū)動智能功能，并添加某種形式的無線連接——盡管電力線通信 （PLC） 也可能是潛在的一個可以考慮的選項。最后，它需要能夠隔離從插座到設(shè)備的主電源，而無需切斷自己的電源。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、電源開關(guān)以及與現(xiàn)代家庭集線器的無線兼容性。這不會是一個單芯片解決方案，所以我們可能談論的是指定少數(shù)組件。由于 RF 可能很棘手，因此使用無線 MCU 是有意義的，

如果我們假設(shè)我們的目標是基于 Zigbee 的系統(tǒng)，那么選擇很多。有幾個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 對應的設(shè)備依賴于也可以托管應用程序代碼的專有處理器。兩者都具有競爭力的價格和豐富的功能，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，對于消費者來說，插頭在任何方面都不是很聰明。現(xiàn)在可以使用滿足此要求的現(xiàn)代 USB 電源適配器，因此模仿它應該不難。通過快速的網(wǎng)絡搜索，我們找到了 STMicroelectronics 的VIPer01系列高壓轉(zhuǎn)換器。在這些設(shè)備的目標應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，我認為我們可能會有贏家！

難題的唯一其他部分實際上是電源開關(guān)，它會在不需要時切斷設(shè)備的電源。我認為來自 STMicroelectronics的ACST系列三端雙向可控硅開關(guān)的產(chǎn)品可以解決問題。

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了設(shè)計的基礎(chǔ)，是時候開始修補了。所選的每個設(shè)備都需要最少數(shù)量的外部組件來配合它，所以我希望我能把所有東西都擠進一個普通插頭的大小。這意味著現(xiàn)在存在與使用它相關(guān)的美學或功能缺點。

審核編輯：郭