使用无线MCU的智能插头的应用

每个人都应该有一个自动化的家。这不仅仅是我所说的极客，这是基于我们作为一个物种所处的位置的观察。我们现在每年产生和消耗大约 25TW 的能量，或者地球上每个人的能量刚刚超过 3kW。发电过程会产生温室气体，以 CO 2克数来衡量或每千瓦时发电的当量（写为 gCO2eq/kWh）。毫不奇怪，政府希望看到这个数字下降——到 2030 年，发电的碳足迹目标预计将降至 500 gCO2e/kWh 左右。通过减少我们个人对电力的需求，我们几乎可以在一夜之间帮助减少能源生产的总体碳足迹。家庭自动化可以帮助我们抑制这种个人需求，只需记住为我们关闭设备即可。

让我们面对现实吧，没有人会一直关闭一切，但技术显然可以在这里提供帮助。数字助理非常适合这一点，通过 Zigbee 和 Z-Wave 等无线技术，我们已经朝着正确的方向前进。任何由市电供电的家用电器都可以远程打开和关闭。然而问题是，我们目前的大多数家用电器都是笨拙的，所以我们需要使用智能插头来稍微促进自动化。

今天，智能插头只是一种无线适配器，位于现有插头和插座之间。一些使用 Wi-Fi 连接到云服务，然后由智能手机或数字助理访问，而另一些则支持 Zigbee，可以直接由家庭网关控制。一些数字助理现在为此集成了 Zigbee 家庭集线器。

所以这里的想法是：开发一个更智能的插头，而不是一个适配器（虽然这些很便宜，使用简单且易于改装 - 毕竟它只是一个插头和插座），而是一个可以大量出售的合适的 OEM 模制电源线批量交付给电器制造商，并在总装期间在工厂安装。它将通过设计使所有电器更智能，但不会迫使制造商对电器本身进行任何设计更改。

为了实现这一点，插头内部需要做一些事情，例如产生低直流电压来驱动智能功能，并添加某种形式的无线连接——尽管电力线通信 （PLC） 也可能是潜在的一个可以考虑的选项。最后，它需要能够隔离从插座到设备的主电源，而无需切断自己的电源。这意味着我们正在研究 AC/DC 转换，可能是带有调节功能的 DC/DC 降压转换、电源开关以及与现代家庭集线器的无线兼容性。这不会是一个单芯片解决方案，所以我们可能谈论的是指定少数组件。由于 RF 可能很棘手，因此使用无线 MCU 是有意义的，

如果我们假设我们的目标是基于 Zigbee 的系统，那么选择很多。有几个我喜欢的潜在解决方案，包括 Silicon Labs 的EM341 Zigbee SoC 和NXP 的JN516x。Silicon Labs 设备集成了 ARM Cortex-M3 处理器，而其 NXP 对应的设备依赖于也可以托管应用程序代码的专有处理器。两者都具有竞争力的价格和丰富的功能，所以我想这可能归结为处理架构偏好。

可以通过多种方式处理功率转换，但这里的首要要求是使其尽可能小。理想情况下，对于消费者来说，插头在任何方面都不是很聪明。现在可以使用满足此要求的现代 USB 电源适配器，因此模仿它应该不难。通过快速的网络搜索，我们找到了 STMicroelectronics 的VIPer01系列高压转换器。在这些设备的目标应用列表中排名靠前的是用于家用电器的低功耗 SMPS，以及楼宇和家庭控制。基于此，我认为我们可能会有赢家！

难题的唯一其他部分实际上是电源开关，它会在不需要时切断设备的电源。我认为来自 STMicroelectronics的ACST系列三端双向可控硅开关的产品可以解决问题。

现在我们已经有了设计的基础，是时候开始修补了。所选的每个设备都需要最少数量的外部组件来配合它，所以我希望我能把所有东西都挤进一个普通插头的大小。这意味着现在存在与使用它相关的美学或功能缺点。

审核编辑：郭