智能斷電器的設(shè)計(jì)與制作

陳龍　王叔洋　薛瑞

摘要：隨著智能手機(jī)和iPad等移動(dòng)終端設(shè)備的普及，人們逐漸習(xí)慣了使用APP客戶端上網(wǎng)的方式，而目前國(guó)內(nèi)各大電商，均擁有了自己的APP客戶端，對(duì)于家具智能控制這方面奠定了基礎(chǔ)。人類(lèi)所居住的家居從最初開(kāi)始擁有電之后，考慮到的便是怎樣安全用電和怎樣更便捷、更高效的實(shí)現(xiàn)用電。因而本文主要研究的是基于安卓手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存放在eeprom里，通過(guò)所學(xué)的單片機(jī)讀取定時(shí)芯片的時(shí)間和存入的時(shí)間進(jìn)行比較，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能斷電。方便了人們的日常生活，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要，也使我國(guó)更快的進(jìn)入智能化的未來(lái)世界。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；藍(lán)牙；智能；高效；便捷

中圖分類(lèi)號(hào)F4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2015）12-0063-02

隨著社會(huì)的進(jìn)步，智能手機(jī)的普及，信息傳感技術(shù)、通信與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、微電子技術(shù)等應(yīng)用不斷發(fā)展，各項(xiàng)高性能和高品質(zhì)的家具設(shè)備逐漸步入社會(huì)市場(chǎng)，方便了人們的日常生活，提高了人們的日常效益。特別在近代史上第二次工業(yè)革命，人類(lèi)便率先進(jìn)入了電氣時(shí)代。有力的推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，給人類(lèi)創(chuàng)造了巨大的財(cái)富，改善了人類(lèi)的生活。但凡事都有兩面性，隨著科技的發(fā)展和電力技術(shù)的普遍，在給人類(lèi)帶來(lái)方便的同時(shí)，它的弊端開(kāi)始顯露出來(lái)了。特別是在生產(chǎn)和生活中不注意用電安全，便會(huì)帶來(lái)災(zāi)害。例如，觸電可造成人身傷亡，設(shè)備漏電產(chǎn)生的電火花可能釀成火災(zāi)、爆炸，高頻用電設(shè)備可能產(chǎn)生電磁污染等。所以，人類(lèi)便開(kāi)始著手探尋出一套更安全可靠、環(huán)保智能的家居系統(tǒng)，將人們?nèi)粘＜揖铀貍涞碾娖髟O(shè)備通過(guò)普遍的手機(jī)APP連接起來(lái)，為人們的日常生活帶來(lái)智能、便捷的同時(shí)，也可成為家庭用電的管家，并能確保家庭用電的安全可靠。因此，實(shí)現(xiàn)智能化斷電管理系統(tǒng)便嶄露頭角。未來(lái)智能家居的市場(chǎng)也會(huì)成為各大科技巨頭爭(zhēng)奪的領(lǐng)地。研究一套安全、智能的家居系統(tǒng)不僅能夠帶來(lái)巨大的商業(yè)價(jià)值，而且可以對(duì)人類(lèi)的未來(lái)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

1.手機(jī)藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)的發(fā)展與手機(jī)APP開(kāi)發(fā)

所謂的藍(lán)牙技術(shù)，是一種新式的無(wú)線傳送協(xié)議，實(shí)際上是一種短距離無(wú)線電技術(shù)，優(yōu)于紅外，它的傳輸距離一般是10m，能夠傳輸語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)據(jù)。特別是在工作頻率方面藍(lán)牙是無(wú)需向?qū)ｉT(mén)管理部門(mén)申請(qǐng)使用權(quán)的頻段，采用的是跳頻技術(shù)，所以藍(lán)牙在安全性以及抗干擾能力方面是比較強(qiáng)的。在風(fēng)起云涌的高科技時(shí)代，事實(shí)上，根據(jù)已訂立的標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙可以支持功能更強(qiáng)的長(zhǎng)距離通訊，用以構(gòu)成無(wú)線局域網(wǎng)。藍(lán)牙技術(shù)使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動(dòng)通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線上因特網(wǎng)，其實(shí)際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車(chē)等信息家電，組成一個(gè)巨大的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

基于藍(lán)牙技術(shù)的智能斷電器，主要包括兩個(gè)主要部分組成，分為中心控制部分和多個(gè)受控單元。中心控制部分由藍(lán)牙無(wú)線收發(fā)模塊和手機(jī)APP組成；多個(gè)受控單元由AVR單片機(jī)、受控電器組成。在受控單元中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)預(yù)處理過(guò)的信號(hào)，從單片機(jī)傳輸給手機(jī)接收，手機(jī)端是以APP的形式呈現(xiàn)的，大致的過(guò)程是：打開(kāi)APP>APP提示啟用藍(lán)牙功能>啟用藍(lán)牙功能>手機(jī)接收來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)>數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示在屏幕上。加上現(xiàn)階段，隨著隨著智能手機(jī)和iPad等移動(dòng)終端設(shè)備的普及，使著手機(jī)APP不僅僅在于能隨時(shí)隨地實(shí)用的便捷性，更在于豐富了用戶的生活方式。

2.智能斷電器的控制方案及信號(hào)交換技術(shù)方案的確定

2.1智能斷電器的控制方案

所謂的智能化，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是自動(dòng)化，讓家里的總電源按照我們的意愿來(lái)為我們服務(wù)，我們通過(guò)手機(jī)APP來(lái)自由的發(fā)送控制信號(hào)和接受終端斷電器所傳輸?shù)男畔?，讓斷電器變得和我們?nèi)祟?lèi)一樣充滿“智慧”。

斷電器是由固定在斷電器底板上的斷電器觸點(diǎn)和斷電器凸輪組成。它的作用是周期性的通斷點(diǎn)火線圈初級(jí)回路，一般由觸電和斷電凸輪組成。這里我們實(shí)現(xiàn)的智能斷電器是通過(guò)手機(jī)APP與項(xiàng)目中的藍(lán)牙來(lái)控制電路中的繼電器，用繼電器來(lái)斷開(kāi)用電器的電路。

2.2信號(hào)交換技術(shù)方案的確定

該項(xiàng)目通過(guò)手機(jī)APP發(fā)出一個(gè)信號(hào)，再利用項(xiàng)目中的藍(lán)牙模塊設(shè)備來(lái)接受手機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)，從而輸出一個(gè)和原來(lái)相反的電平，以此來(lái)帶動(dòng)繼電器，就可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)和關(guān)的動(dòng)作。

3.系統(tǒng)硬件選擇

3.1藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊大致可分為三大類(lèi)型：數(shù)據(jù)傳輸模塊、遠(yuǎn)程控制模塊和串口通信模塊。藍(lán)牙設(shè)備的內(nèi)部有設(shè)備地址，是藍(lán)牙技術(shù)運(yùn)算的核心，也是負(fù)責(zé)藍(lán)牙系統(tǒng)能夠正常工作的控制參數(shù)，其主要通過(guò)頻道訪問(wèn)碼以及跳頻序列和加密密鑰這幾個(gè)部分組成。在該項(xiàng)目中是用到了數(shù)據(jù)傳輸模塊，遠(yuǎn)程控制模塊通過(guò)手機(jī)APP來(lái)實(shí)現(xiàn)。以實(shí)現(xiàn)近距離無(wú)線通信，達(dá)到傳輸信號(hào)與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確通信。通過(guò)手機(jī)APP與項(xiàng)目中的藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，把需要設(shè)定的時(shí)間或者命令發(fā)送過(guò)去，存放在eeprom中或者與單片機(jī)連接的藍(lán)牙模塊10通信，通過(guò)單片機(jī)讀取定時(shí)芯片的時(shí)間和之前所存入的時(shí)間進(jìn)行比較，當(dāng)時(shí)間相同后進(jìn)行定時(shí)斷電?；驒z驗(yàn)10口所輸入的電平高低，以智動(dòng)的執(zhí)行命令。

3.2電源模塊的設(shè)計(jì)

220V市電經(jīng)220V/12V變壓器降壓后得到的雙12V交流電壓，在將得到12V交流電壓經(jīng)12V/5V變壓器降壓后得到的雙5V交流電壓，在經(jīng)過(guò)橋式整流即可得到直流5v電壓。然后直接將電源與斷電器相連接，在斷電器里裝有繼電器，以便繼電器控制斷電器的通電和斷電。

3.3各個(gè)模塊電路的構(gòu)建

繼電器的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)智能控制開(kāi)和關(guān)的動(dòng)作；AVR單片機(jī)的最小系統(tǒng)的擴(kuò)展模塊；內(nèi)嵌微處理器，通過(guò)與Android系統(tǒng)智能設(shè)備交互，不僅可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)通斷電，還可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的通斷電策略；在插線板中內(nèi)嵌微處理器，實(shí)現(xiàn)多路單獨(dú)通斷電的控制，通過(guò)內(nèi)嵌藍(lán)牙通信模塊，可使手機(jī)藍(lán)牙與微處理器交互實(shí)現(xiàn)方便快捷的操控。

4.軟件設(shè)計(jì)

由于硬件的可重構(gòu)設(shè)計(jì)，不同模塊的硬件實(shí)現(xiàn)分模塊編寫(xiě)程序和有關(guān)手機(jī)APP開(kāi)發(fā)。用戶不僅可以通過(guò)設(shè)置各個(gè)家居電器的使用狀態(tài)，還可以通過(guò)手機(jī)APP看到家居電器的使用情況，例如，可通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸看到電器設(shè)備使用時(shí)所用的功率大小，并可直接通過(guò)手機(jī)控制某電器的狀態(tài)。若同一時(shí)間使用的電器設(shè)備過(guò)多，而導(dǎo)致功率過(guò)大，那么所設(shè)計(jì)的斷電器中的主控器便可通過(guò)之前所設(shè)計(jì)的家居電器的優(yōu)先級(jí)使用來(lái)斷開(kāi)某部分的用電設(shè)備，或者讓它保持在一個(gè)小功率的穩(wěn)定值。

5.結(jié)語(yǔ)

總而言之，基于藍(lán)牙智能斷電器適用于某些需要定時(shí)斷電應(yīng)用場(chǎng)景，方便了人們的生活水平，也促進(jìn)了家電智能化。智能斷電器有著非常實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值及巨大的發(fā)展空間，在市場(chǎng)前景方面也有著沖擊力。但在目前，已售帶定時(shí)斷電功能插線板，功能簡(jiǎn)單、設(shè)置復(fù)雜，而插線板僅為一路單控，對(duì)于需要分路控制的情況無(wú)法適用。所以在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中還有諸多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。由于本文篇幅限制不能進(jìn)一步深化探究，希望此次理論研究能起到拋磚引玉的效果。