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拆解:智能插座添加能耗监测功能

时间:2018-12-05 作者:Brian Dipert 阅读:
早在2015年底,我就拆解过贝尔金的第一代WeMo智能插座。大约两年后,我又拆解了一款来自Jasco、协议不那么灵活但基于蓝牙的智能插座。现在,我再次跟大家分享一下拆解的乐趣,这次的拆解对象是贝尔金的第二代WeMo Insight——它不但比上一代产品小,功能也更强,而且内置了能耗监控功能(难怪叫“Insight”)。

早在2015年底,我就拆解过贝尔金(Belkin)的第一代WeMo智能插座,该公司最初仅对它提供专有app套件控制,但后来又增加了亚马逊Alexa和更广泛的IFTTT(if this, then that)协议支持。大约两年后,我又拆解了一款来自Jasco(获GE许可)的、协议不那么灵活但基于蓝牙(而不是WiFi)的智能插座——我在2016年圣诞假期期间,就是用它来控制我们家的圣诞树彩灯的。现在,我再次跟大家分享一下拆解的乐趣,这次的拆解对象是贝尔金的第二代WeMo Insight——它不但比上一代产品小(2.9”高×2.9”宽×2.3”深 vs. 5.1"高×3.3"宽×2.1"深),功能也更强,而且内置了能耗监控功能(难怪叫"Insight")。

在深入拆解过程之前,我先给大家看一下它的能耗监测报告是什么样子。我在2018年1月1日中午截取了下面这张屏幕图。如果我记得没错的话,自2017年12月16日以来,圣诞树就已点亮并进行了一些其他装饰。树上有五条包含200个灯(是白炽灯,不是LED)的灯串,彼此串联并连接到WeMo Insight。我是使用安装在Nexus 7 FHD平板电脑上的Android版WeMo app做的这张屏幕截图:

insight-1.png

这个特别的WeMo Insight是一个工厂翻新品,我在2017年6月初以20.79美元的价格从Ebay上的Linksys商店购买到。它的外包装和里面的说明都比较简单:

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打开包装盒,插座就是这样:

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以前的拆解一样,出于隐私保护的考虑,我隐藏了设备的序列号和MAC地址,如上图所示。其顶部的隐藏开关用于重置设备到出厂默认设置。它旁边的micro USB端口虽然显然可以用来为智能插座的电路供电,但在此时没有任何有意义的功能。,比如连接到外部传感器什么的。但这款产品已经上市一段时间了,至今还没有添加任何新的东西,所以我也不再指望它会出什么新花样了。

按压背面的标签贴纸,可感觉到有三个明显的缺口,表明是隐藏的螺丝孔。根据拆解第一代WeMo的经验,我猜测这次用的也是三角形防拆螺丝。事实证明我的猜测正确:

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言归正传,这是前半部分塑料壳内部的样子:

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顶部的电源开关并不是机械式的,手指按压压不下去(你很快就会看到它是如何工作的了):

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以下是WeMo Insight的内部组成:

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pcb的左半部分包含连接开关AC插座的连接器以及其它东西。底部是负载继电器,顶部是变压器,各种无源器件散落在PCB各处。右上角是Wi-Fi天线。右侧有两个附加板:最右边的那个电路板上有数字电路,通过多色线束连接到主PCB;旁边那个电路板包含“Insight”电流检测电路。在后续图片中可以更近地看到这两个附加板的详情(以及其他东西)。

首先来看数字板仍安装在外壳里的特写镜头:

insight-12.jpg

电源开关实际上是一种电容式开关,它是现代智能手机、平板电脑和计算机显示器内置的电容式触摸界面的一种原始形式(但却非常有效……毕竟没有涉及任何机械装置)。当系统检测到手指接近时,它会接通开关AC插座的电源,同时点亮开关后面的指示灯。稍后我会逐一展示说明。底部是前面提到的出厂设置复位开关。下图从另一个角度展示了将两块附加板用线束进行电气连接的视图:

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这是在数字电路板后面的电流检测电路的窥视图,稍后可以更清楚地看到它:

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这是Wi-Fi天线的另一个视角:

insight-15.jpg

将数字板从外壳中拔出,这样就可以看到更完整的视图,包括前面提到的底部的micro USB连接器(以及其他东西):

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数字板左边是一个华邦(Winbond)的W9825G6JH 256Mb DDR SDRAM(多谢Hackaday网站将标签拨开显示出芯片信息,所以我也就不用再剥开了!)。 右下角是旺宏(Macronix)的MX25L12835E 128Mb串口NOR闪存。说到前面提及的“指示灯”,我想提醒你注意PCB上的三个LED灯:D15位于拱形电容式开关的中间,D16和D17分别位于其正下方和复位开关SW1的上方。当第一次启动WeMo Insight并处于正常工作的“开启” 状态时,所有三个LED都亮起:

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但在通过Wi-Fi进行初始设置之前,WeMo Insight会通过交替点亮D16和D17来广播其当前未配置的状态,然后熄灭所有三个LED ......周而复始:

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数字PCB的背面主要是雷凌(Ralink)的RT5350F,这是一款2.4GHz 150Mbps 802.11n Wi-Fi SoC(因此解释了那个单元天线),它还嵌入了一个工作在360MHz的MIPS 24KEc处理器内核(充当系统的“大脑”)、一个带有集成PHY的5端口10/100Mbps以太网交换机,以及一个USB2主/从控制器。

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最后,让我们看看电流检测模块的两侧:

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我无法从IC封装标记中辨别出它的身份,但另一篇Hackaday文章《SmartEE the Smart Plug》中进行了说明(不管你信不信,这是WeMo Insight数字板的一种开源替代方案)。原来它是Silergy(原Maxim)78M6610电能管理处理器。这里有一段来自SmartEE的介绍视频

虽然Belkin(或任何为Belkin设计WeMo Insight的公司)可能决定只使用现成的模块,但我猜测他们决定采用附加板而非集成方案是有意为之。通过使“Insight”的硬件设计部分模块化,从而可选,Belkin还可能使用没有“Insight”模块的基本配置来设计另一款单独的产品。但这只是我的猜测,您如何看待我的电流检测理论及对整体设计的想法?请在评论中分享您的观点!

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Dipert
EDN资深博客作者。Brian Dipert是前EDN杂志的高级技术编辑。 他是BDTi的高级分析师,嵌入式视觉联盟的主编,以及AnandTech、EDN杂志和《低功耗设计》的特约编辑。 他也是Sierra Media的创始人。
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