智能家居系统网关无线收发模块电路 - 智能家居网关模块电路设计集锦

　　TOP6 智能家居系统网关无线收发模块电路

　　家庭网关是嵌入式智能家居系统的核心部件，所设计的无线收发模块电路是家庭网关的一部分。单片RF收发芯片nRF0433组成的无线收发模块电 路的原理和设计方法，所设计的无线收发模块电路工作在433MHzISM频段，数据速率9600bit/s，灵敏度高达-105dBm，最大发射功率达 10mW，电源电压215～515V，工作电流31～47mA。

　　天线输入/输出，当nRF0433是接收模式时，ANT1（引脚16）和ANT2（引脚15）引脚端提供射频输入到低噪声放大器LNA;当 nRF0433为发射模式时，从功率放大器提供射频输出到天线。天线连接到nRF0433是差动形式，在天线通道推荐的负载阻抗是400Ω。在印制板 （PCB）上差动回路天线如应用电路印制板图所示。功率放大器输出级由差动结构的2个集电极开路的晶体管组成，电源VDD到功率放大器必须通过集电极负载 供电。当连接差动回路天线到ANT1/ANT2引脚端，电源VDD将通过回路天线的中心供电。 单端天线连接到nRF0433时，使用差动到单端匹配网络。单端天线也可以使用8:1射频变压器连接到nRF0433，工作在433MHz。射频变压器的 原边必须有一个中心抽头，用于电源VDD供电。 连接在RF-PWR（引脚11）端和+5V之间的电阻R3设置输出功率。射频输出功率可以设置到+10dBm。输出功率、芯片消耗电流与电阻R3的关系 （负载阻抗400Ω）。 引脚FILT（引脚4）和FILT2（引脚3）外接PLL回路滤波器，PLL回路滤波器是外接的单端2阶滤波器， 对于VCO电路外接22nH（433MHz）电感在VCO1（引脚5）和VCO2（引脚6）引脚端之间是必须的。电感使用高质量的片式电感最大误 差±3%。 晶体振荡器需要通过引脚XC1（引脚1）和XC2（引脚20）外接晶振，晶振的特性要求是：并联谐振频率f=41000MHz，并联等效电容 Co=5pF，晶振等效串联电阻R=150Ω，全部负载电容，包括印制板电容CL=14pF，nRF0433可以使用微控制器的晶体振荡器。

　　TOP7  物联网智能网关设电源电路

　　该网关设备采用220V交流供电，电源模块直接采用成型稳定的品牌幵关电源。该开关电源输出5V电压，供应板上弱电部分的电源需求。弱电部分为三块：核心板、扩展板和RS485接口板。这三部分的电源各自独立设计，互相隔离，避免了互相干扰。

　　扩展板电源设计核心板上的电源主要有5V和3.3V两种。5V电源的耗电单位对电源的要求较低，可以直接使用开关电源提供的5V电源。由于核心板是搭载在 扩展板上的，核心板没有单独的电源接口，因而核心板的电源也从扩展板上的5V电源接口引入。在扩展板上5V电源接口的入口处还引入了开关和保险丝，以方便 设备的幵关和过流保护。3.3V供电的部分采用LM1117-3V3对5V电源进行稳压，电路原理图如图。

　　TOP8  智能网关系统日历电路图

　　基于ARM9的物联网智能网关设计3.3系统日历电路设计智能网关需要一个准确的实时时钟，以保证系统走时准确，并能在掉电时正常计时。选用了 PCF8563日历芯片，可以在初次启动后，保证系统时间的准确性，为了保证断电重启时无需重新配置时间，为该日历芯片配置了钮扣电池。电路原理如图 3.6所示

　　通过I2C总线与控制器通信。它仅需提供电源和32.758KHZ的晶体振荡电路即可以正常工作。电池电路中，D1和D2导通二极管。在外接电源工作 时，D1导通，D2的作用是防止电池漏电。当外接电源停止时，D2导通，DI的作用是防|1：电池通过电源电路流失电能。C65、C66对RTC电源进行 滤波。

　　TOP9  嵌入式智能网关硬件无线收发电路图

　　一个基于IEEE802.15.4的CC2430无线收发模块，主要用来完成网络节点之间、节点与网关节点之间的无线通信。核心部分是一个CC2420射频收发器，它完全支持ZigBee组网协议，具备传输速率高、传输距离远和低功耗等优点。

　　主要特征如下：

　　工作频带范围是2.4～2.4835GHz; 采用IEEE802.15.4规范要求的DSSS（直接序列扩频方式）;

　　数据速率达250kbps，碎片速率达2Mchip/s，接收灵敏度高（-94dBm），邻道抗干扰能力强（39dB），超低电流消耗;

　　低电压供电（2.1～3.6V），内部集成VCO、LNA、PA及电源稳压器。 CC2420通过简单的四线（SI、SO、SCLK、CS）与SPI接口相连。可以通过调制解调控制寄存器的控制位配置成不同的发射和接收模式，通常工作在缓冲模式。

　　如图5所示，它的外围电路器件简单，主要包括晶振电路、天线及阻抗匹配电路、接口电路和引脚的去耦滤波电路等。射频输入/输出匹配电路主要用来匹配芯片的输入/输出阻抗，使其输入/输出阻抗为50，同时为芯片内部的PA和LAN提供支流偏置。