摘 要

本文借助计算机仿真软件对设计的无线电子开关进行验证，所得结果对于设计无线电子开关具有重要的指导意义。

论文主要研究了自供电的电子无限开关的设计、探究其工作原理并借用计算机进行仿真。

研究结果表明：这种开关可以有效的将机械能转电能装置与无线通信技术有效的结合起来。在物联网领域，特别是智能家居领域有着重要的应用，借助上述两者的有效结合使无线电源开关得以实现，这将代替传统的开关按钮。无线开关的使用将大量减少线缆布设、金属使用、电池变换、污染物排放所带来的经济开销。当然自供电的无线开关不局限于智能家居领域的应用，而是可以普遍使用，可能应用在其他领域，例如工业控制、桥梁检测、车辆检测等，具有非常广阔的前景。

关键词：无线开关；电磁转换；射频电路；微控单元

Abstract

This paper was validated the wireless electronic computer simulation software for design, the results have important guiding significance for the design of wireless electronic switch.

This paper mainly studies the design of self powered electronic switch, unlimited inquiry and its work principle is using computer simulation.

The research results show that this kind of switch can effectively combine the mechanical energy transfer device and the wireless communication technology. In the field of Internet of things, especially in the field of intelligent home has important applications, such as the combination of the above two to achieve a wireless power switch to achieve, which will replace the traditional switch button. The use of wireless switch will reduce the amount of wiring, metal, batteries transform, pollutant emissions caused by the economic cost. Of course self powered wireless switch is not limited in the field of intelligent home application, but can be used generally may be used in other fields, such as industrial control, bridge detection, vehicle detection, with a very broad prospects.

Key Words：Wireless switch；electromagnetic conversion；radio frequency circuit；micro control unit

目录

第1章 绪论 5

第2章 基本内容及方案 7

2.1 自供电的无线开关的整体结构图 7

2.2 发电装置 7

2.3电源管理单元 7

2.4信号控制和发射电路 8

第3章 发电装置 9

3.1“E”型磁铁发电装置 9

3.2发电装置实施方案 9

3.2.1实施方案一 9

3.2.2实施方案二 10

3.2.3方案比较 10

第4章 电源管理单元 12

4.1电源管理硬件电路图 12

4.2整流电路 12

4.2.1全波整流 12

4.2.2 二极管的选取 13

4.3储能电路 13

4.4稳压电路 14

第5章 信号控制和发射电路单元 16

5.1信号控制和发射电路电路图 16

5.2 微控芯片STM8L 16

5.2.1 低功耗设计 17

5.2.2 STM8L特性 17

5.3 射频发射芯片CC1101 17

5.3.1 CC1101原理图及其引脚定义 17

5.3.2 CC1101简介及其特点 18

5.4 SPI通讯 19

第6章 仿真 21

6.1采用matlab对发电装置的仿真 21

6.2对信号控制和发射电路的仿真 23

结论与展望 24

参考文献 25

附 录 26

第1章 绪论

近几年，智能家居的迅速崛起，已成为新互联网行业和传统家电行业最具想象空间的发展方向之一。随着物联网技术在智能家居以及智能建筑领域的不断发展，无线射频传感器得到了越来越广泛的应用。无线传感器是组成无线传感器网络的基本部分，其体积小，自身携带的电量有限，只适合短期工作，不适合长期工作。在实际生活中，无线传感器具有分布地域广阔、数量大、环境复杂等特点。对于工作人员不能亲自到达的地方，不能通过更换传感器电池的方式获得能量^【1】。

本次设计的内容是一种自供电的无线开关。这种无线开关新型属于物联网技术领域，涉及了一种无需电池供电，可以通过自身发电供无线开关使用的新型器件。它的几个装置分别为发电装置、电源管理单元装置、按键控制开关装置、微控单元和射频发射单元装置。其中发电装置主要是由永磁体、软磁材料、线圈、铁芯和填充物构成。 然后电源管理单元由三个部分构成，分别是整流电路，储能电路和稳压电路。射频发射电路与微控制单元通信连接，当按键控制开关被按下后，发电装置自己通过转化能量产生电能，经电源管理单元为后一级的供微控单元和射频发射单元使用，然后射频发射单元发射一个无线控制信号， 接收器收到该信号后，自动控制家用电器的开关。这样设计的无线开关可以在近距离内通过无线技术控制家用电器的开断，并且这种无线开关不需要电池，可以很大程度的减少了电缆的布局，可以达到智能和环保的效果^【2】。

目前国内外的电子无限开关发电装置主要是以压电发电装置为主的，而压电发电的原理是压电陶瓷换能器的原理是：当对这种陶瓷片施加压力或拉力，它的两端会产生极性相反的电荷，通过回路而形成电流。这种效应称为压电效应。如果把用这种压电陶瓷做成的换能器放在水中，那么在声波的作用下，在其两端便会感应出电荷来，这就是声波接收器。而且，压电效应是可逆的，假如在压电陶瓷片上施加一个交变电场，陶瓷片就会时而变薄时而变厚，同时产生振动，发射声波。这样超声波发射器的问题也就解决了。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。