ESP8266 WiFi物联网智能插座—硬件功能

目录

1、控制器板

2、采集器板

2.1、电源设计

2.2、控制器设计

2.3、电量采集电路设计

2.4、按键和LED指示灯设计

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ESP8266 WiFi物联网智能插座的硬件功能主要包括两部分：控制器板和采集器板。

焊接成品效果如下图所示：

1、控制器板

控制器板是ESP8266最小系统，PCB设计效果如下图所示：

控制器选用ESP-12S作为主控模组。

原理图设计如下图所示：

BOM清单如下：

No.	Quantity	Comment	Designator	Footprint
1	1	10uF	C1	C0603
2	1	100nF	C2	C0603
3	11	10K	R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11	R0603
4	1	ESP-12S	U1	SMD_ESP-12S
5	1	2x6P双面直插-右插脚	U2	焊接口

生产工艺如下图所示：

2、采集器板

采集器板主要包括电源设计、控制器设计、电量采集电路设计和按键和LED指示灯等其他设计。PCB设计效果如下图所示：

2.1、电源设计

电源设计包括：220V转5V和5V转3.3V两部分。

220V转5V电源没有自己设计，选用的是淘宝购买的模块，输出电压5V，电流700mA，50%负载时，纹波小于100mV。

电路图设计只需要保留电源模块的接口焊接即可，原理图设计如下图所示：

5V转3.3V电源选用常用的AMS1117 LDO电源芯片，原理图设计如下图所示：

2.2、控制器设计

控制器选用FH44L磁保持继电器，磁保持继电器具有功耗低、工作稳定、使用寿命长、温升低等重要特点。与普通继电器不同，磁保持继电器在永久磁钢的作用下，仅需一个方波脉冲信号即可切换触点的通断状态。即便断电后，也会依然保持当前状态，并且处于极低功耗状态，在低功耗或高稳定的场景具有非常明显的优势。

磁保持继电器模块需要使用方波脉冲信号驱动，所以要采用专用驱动芯片，原理图设计如下图所示：

使用磁保持继电器有以下3点注意事项：

1、磁保持继电器出厂状态为复归状态，但因运输或继电器安装时受到冲击等因素的影响，可能会变为动作状态，因而使用时（电源接入时）请根据需要重新将其设置为动作状态或复归状态。

2、为了确保磁保持继电器动作或复归，施加到线圈上的激励电压须达到额定电压，脉冲宽度须大于4ms。不要同时向动作线圈和复归线圈电压施加电压。不要长时间（大于1分钟）向线圈施加电压。

3、在产品运输、存储和应用的过程中，请使产品远离强磁场以避免动作电压和复归电压的改变。

2.3、电量采集电路设计

电参采集使用上海贝岭BL0942电能计量芯片，它是一颗内置时钟免校准电能计量芯片，适用于单相多功能电能表、智能插座、智能家电等应用，具有较高的性价比。

BL0942集成了 2 路高精度 Sigma-Delta ADC，参考电压，电源管理等模拟电路模块，以及处理有功功率、电流电压有效值等电参数的数字信号处理电路。 BL0942 能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，可输出快速电流有效值（用于过流保护），以及波形输出等功能，通过 UART/SPI 接口输出数据，能够充分满足智能插座、智能家电、单相多功能电能表及用电信息大数据采集等领域的需要。 

原理图设计如下图所示：

2.4、按键和LED指示灯设计

最后介绍按键和LED指示灯的原理图设计如下图所示：

BOM清单如下：

No.	Quantity	Comment	Designator	Footprint
1	2	10uF	C1,C5	贴片钽电容 3216A
2	4	100nF	C2,C3,C4,C9	C0603
3	1	3.3uF	C6	C0603
4	3	68nF	C7,C8,C10	C0603
5	1	FH44L-1AT-L1-DC5V	K1	FH44L-1AT-L1-DC5V
6	1	LED	LED1	3.0mm LED灯
7	1		P1	新国标五孔公母一体插座
8	1	ESP12S直插模块2x6P	P2	焊接口
9	1	1R±1%	R1	R1206
10	1	100R±1%	R2	R0603
11	1	0.001R±1%	R3	R2512
12	3	510R±1%	R4,R5,R11	R0603
13	5	390K±1%	R6,R7,R8,R9,R10	R0603
14	1	10K±1%	R12	R0603
15	1	侧按键	SW1	6x6x5
16	1	AC220 to DC5V 700MA	U1	开关电源模块
17	1	AMS1117-3.3	U2	SOT-89
18	1	CN8023B	U3	SOT-23-6
19	1	BL0942	U4	SSOP-10

生产工艺如下图所示：