0014基于C51单片机智能家居智能插座原理图PCB程序设计

【前言】

hello 大家好，今天给大家讲一讲基于51单片机的智能家居，其实智能家居这个概念已经谈了很多年了，现在也有很多企业在做，比如小米生态和美的系列，随着智能硬件的逐步进入人们家中，智能家居也逐步得到完善，现在基本一部手机就能操作家里的绝大部分电器，非常的方便。今天要讲的项目是基于WIFI的简易智能家电控制功能，希望对大家的学习有所帮助。

本次设计采用的MCU是基于51内核的单片机STC12C5A60S2，整个设计可以分为5部分——主控、显示、电源、继电器以及WIFI模块。本项目设计有6路继电器，可以外接多种家电设备，通过WIFI模块向系统发送命令，开关各个继电器以控制各个用户设备。

【硬件电路设计】

下面是该设计的整体原理图和PCB设计概览，原理图模块化分布，每部分都备注有对应的功能名称，便于阅读；PCB设计采用的3D封装的器件，主要是方便配合结构设计。

原理图：

PCB：

(板子上方丝印部分可以用来标标记个人信息)

下面详细介绍一些设计注意点哈，抛砖引玉~

1、关于MCU 本设计采用的MCU为STC公司的STC12C5A60S2，加强51系列，该芯片使用经典的MCS-51内核，钛叔相信绝大多数的朋友都熟悉该芯片的基本使用，毕竟这算是入门的第一款单片机了。最小系统如下图所示，很简单，这里不赘述具体原理。另说一句，在我们调试MCU小系统的时候，如果工作异常，无论什么类型芯片，首先第一步就是检查芯片的供电电源是否正常，再之后检测晶振和复位，绝大多数的问题都是出在这三个地方，钛叔记得以前学生时代有一次调试51单片机就始终下不进去程序，电源正常，复位也正常，最后发现就是晶振的谐振电容错焊成了1000pf，导致晶振起振失败，诸如类似的问题都可能导致芯片启动失败，所以大家按照我上述的三个点出发去调试，就一定能够解决问题。

（下载接口钛叔这里采用的XH2.54，大家可以在钛叔的店铺采购下载器，通过XH2.54连接线可以直接相连，避免插错的情况）

另外，钛叔这里也预留了几个扩展IO和一个LED灯，可以用来增添一些其他功能。下图中的WIFI切换开关的作用是为了仿真串口直连模块的情况下影响下载程序，所以做了一个拨码开关，当需要下载程序的时候拨到一侧，需要通信的时候拨到另外一侧（这是钛叔最开始使用STC89C52时候设计的，后来使用的STC12C5A60S2加强型的有两路串口，P1.2 P1.3为另外一路，所以大家也可以不加这个拨码开关，直接使用P1.2 P1.3这一路）

2、关于电源 如下图所示，钛叔在设计电源接口的时候根据实际使用情况多方面考虑，设计了三种接口方式——排针、WJ128接线端子以及miniUSB，排针可以用在杜邦线供电的情况，接线端子可以用在电源裸线供电的情况（这两种情况供电根据板载丝印正确插入，切记别插反），miniUSB供电的方式比较推荐，可以避免插反烧坏板子情况，钛叔这里之所以采用miniUSB而不是microUSB，主要原因是由于microUSB体积比较小，在开放性板子上面容易多次拔插情况下给搞坏导致接触不良（所谓开放性板子就是无结构件固定的裸板），所以这里钛叔没有采用microUSB。

电源开关部分钛叔采用的是8.5x8.5的自锁开关，这里需要注意就是自锁开关的方向，有部分同学焊接反了导致按下时候为电源关断，弹上来是电源闭合。

钛叔在该设计板上习惯性放了三个MRK点，如果大家有需要量产的需求，且板子比较大不会涉及拼版的情况，就记得放，如果后面是需要拼版的话，可以在最终的大板上放MRK点。

因为板载的WIFI模块需要3.3V供电，所以这里加了一个LDO稳压芯片，采用的是SPX3819，这里需要注意一下ESP8266芯片建议电源的电流达到500mA，所以大家在设计电源时候需要考虑足。

3、关于WIFI模块 该项目中使用的WiFi模块位常用的ESP8266，说到这个模块，钛叔多说两句，这次本来钛叔最开始使用的MCU型号是STC89C52RC的，在调试ESP8266时候，因为模块默认的波特率是115200，而STC89C52RC达不到这个速率，所以给ESP8266重新下载了固件使其工作在9600，就因为重新下载了可修改波特率的固件，导致WIFI模块会不断的复位从而导致掉线，这个问题钛叔尝试了很多方法调试都没办法搞定，最终就只有换MCU，改为加强型的STC12C5A60S2，工作波特率在115200，运用模块默认的固件；

此外，钛叔这次使用ESP8266还发现个问题，就是该模块一旦上电工作，其电源3.3V上就会叠加接近200mv的间断性的杂波，这个串扰进来的信号会串到板子其他电源去，包括5V电源，所以如果板子内有对电源敏感的器件，一定要做好隔离，比如心率测量这种模块，受影响非常之大。

4、关于继电器 该项目设计了4路继电器，主要是来外接多种家电设备，可以根据自己的项目需求来连接。继电器的型号采用的是惠科的HK4100-DC5V，5V的继电器，使用也很简单，大家可参考下图，继电器可以并联一组LED方便识别继电器的状态。这里同样推荐大家采用PNP的三极管，原因也和上面的蜂鸣器一样，避免单片机刚上电时候误触发。