基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬 聰，徐志聰，鞠劍平，鄭朝暉

（1.湖北商貿(mào)學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公共課部，湖北 武漢 430205）

基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬 聰1，徐志聰1，鞠劍平1，鄭朝暉2

（1.湖北商貿(mào)學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公共課部，湖北 武漢 430205）

功耗控制是智能家居的關(guān)鍵技術(shù)之一。文章針對目前市場上常見的智能插座的功能局限，提出了一種具備遠(yuǎn)程功耗統(tǒng)計(jì)與控制的智能插座，進(jìn)行了詳細(xì)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上組建智能家居智能插座系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個插座的統(tǒng)一管理，經(jīng)測試該智能插座系統(tǒng)能夠滿足智能家居的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)智能家居功耗智能化控制。

智能家居；功耗控制；安全保護(hù)

隨著科技的不斷發(fā)展，智能家居技術(shù)日趨成熟，越來越多的智能化電氣設(shè)備的投入使用，實(shí)現(xiàn)了健康、低碳、智能、舒適、安全的家居環(huán)境。功耗控制是智能家居的關(guān)鍵技術(shù)之一，除了盡可能降低設(shè)備本省的功耗之外，采用智能插座，智能化控制設(shè)備供電是目前采用的主要功耗控制技術(shù)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能插座系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：智能斷電避免電量的損耗；耗能記錄，隨時了解設(shè)備的狀況；自動檢測功耗異常電器，并通知用戶處理；情景模式，實(shí)現(xiàn)一鍵操作多個插座。

智能插座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)是由智能插座、家庭網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)程服務(wù)器以及手機(jī)等智能接入終端組成。在局域網(wǎng)狀態(tài)下，手機(jī)等智能接入設(shè)備利用App，直接實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互與狀態(tài)的顯示。遠(yuǎn)程服務(wù)器是用戶在非局域網(wǎng)情況下，利用手機(jī)App實(shí)現(xiàn)手機(jī)與智能插座的遠(yuǎn)程控制。該系統(tǒng)使用家庭網(wǎng)關(guān)，運(yùn)用智能分析實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制等豐富的擴(kuò)展功能。智能插座是系統(tǒng)的控制節(jié)點(diǎn)，用于直接控制家庭電器電源與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并在設(shè)備超載時自動關(guān)斷設(shè)備電源實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。

2 智能插座硬件設(shè)計(jì)

智能插座的硬件設(shè)計(jì)主要包括電源模塊、處理器模塊、無線通信模塊、存儲模塊和繼電器管理模塊5個部分。電源模塊主要將交流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電供應(yīng)給其余模塊；存儲模塊用于存儲用戶信息和必要的通訊數(shù)據(jù)及架構(gòu)；繼電器模塊用于控制用電器的開關(guān)；通信模塊負(fù)責(zé)將處理器模塊中的數(shù)據(jù)通過WiFi傳輸出去并提供穩(wěn)定的通訊環(huán)境；處理器模塊負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個模塊間正常運(yùn)作，并完成無線通信和無線組網(wǎng)功能。

2.1 電源模塊

電源模塊采用電源IC芯片，其型號為LNK625DG。LNK625DG是離線式開關(guān)IC，使用該芯片可以省去光耦器、偏置繞組電源和所有次級側(cè)恒壓控制電路，能夠補(bǔ)償外圍元件的溫度漂移。

2.2 通信模塊

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通信模塊采用ESP8266作為透傳模塊，ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊，擁有較小的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可將用戶的物理設(shè)備連接到WiFi無線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

2.3 處理器及繼電器模塊

智能插座處理器采用低功耗STM8S105C4芯片，該芯片提供容量為1 000字節(jié)的EEROM實(shí)現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲，智能插座采用5 V額定電流20 A的繼電器，用于保障用電器安全穩(wěn)定的工作。當(dāng)設(shè)備在任何時候出現(xiàn)故障均可通過磁鐵觸發(fā)電源復(fù)位。

3 智能插座手機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的智能插座主要通過手機(jī)App進(jìn)行控制。手機(jī)App在系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)用戶的UI交互，為用戶提供快捷友好的操作界面。手機(jī)App主要有遙控、狀態(tài)及計(jì)能顯示、鏈接和情景設(shè)置等功能。

手機(jī)打開App后會提示讓用戶選擇進(jìn)入模式，若遠(yuǎn)程模式則與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。若本地模式則直接讀取手機(jī)已保存的設(shè)備，并直接與之鏈接。

本地模式下，列表里面的所有設(shè)備均需要與手機(jī)提前配對一次。該模式中，用戶鏈接后進(jìn)入設(shè)備操作界面可以對設(shè)備進(jìn)行基本的定時、當(dāng)天的計(jì)量和實(shí)時開關(guān)操作。

遠(yuǎn)程模式下，用戶需要通過用戶名和密碼連接。當(dāng)鏈接到服務(wù)器后會得到家庭網(wǎng)關(guān)上的所有設(shè)備列表并顯示，此時除了可以遠(yuǎn)程地進(jìn)行基本設(shè)備操作外，也可以進(jìn)行情景式的連動操作。

遠(yuǎn)程模式下可以獲得計(jì)量歷史記錄、用電器用電時間段分析、用電器待機(jī)時間段分析等詳細(xì)用電報告，通過這些報告，便可以自定義特殊定時模式，從而實(shí)現(xiàn)省電目的。

4 系統(tǒng)測試

針對該模塊及其組成智能插座系統(tǒng)，筆者在無線通信方面進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試結(jié)果

5 結(jié)語

文章基于目前市場上常見智能插座的功能局限，設(shè)計(jì)了一種具備遠(yuǎn)程功耗統(tǒng)計(jì)與控制的智能插座，實(shí)現(xiàn)多個插座的統(tǒng)一管理。經(jīng)測試，該智能插座系統(tǒng)能夠滿足智能家居的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)智能家居功耗智能化控制。

[1]金逸超，孫力娟，王汝傳，等.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能插座的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2010（2）：321-326.

[2]陳海旺，張振娟，黃明.智能家居中無線智能插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2013（21）：80-84.

[3]劉凱，戚銀成.智能家居系統(tǒng)中基于能耗管理的智能插座設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014（7）：60-63.

Design of intelligent socket system based on wireless network

Ma Cong1, Xu Zhicong1, Ju Jianping1, Zheng Zhaohui2
（1. Electrical and Information Engineering College of Hubei Business College, Wuhan 430079, China; 2. Public Courses Department of Wuhan Railway Vocational College of Technology, Wuhan 430205, China）

Power control is one of the key technologies of intelligent home furnishing. Aiming at the limitations of function for the smart socket in the market at present, the article put forward an intelligent power socket with remote control and statistics, and designed the hardware and software in detail, and on the basis of the formation of the smart home smart socket system, the unified management of multiple sockets is realized. Experiments showed that the smart socket system can meet the application requirements of intelligent home furnishing, and the realizing intelligent control for intelligent home furnishing power .

intelligent home furnishing; power control; security guard

馬聰（1995—），男，湖北隨州，本科；研究方向：嵌入式系統(tǒng)，智能控制。