智能無線插座的設計

田浩東+彭遠芳+鄧敏

摘 要：新興的智能住宅采用一系列高新技術，實現(xiàn)服務、信息和系統(tǒng)資源的高度共享，為住戶提供一種更加安全、舒適、方便的智能化、信息化生活空間，而目前住宅中很多的電器設備都不具有遙控的功能，這樣給智能化控制帶來了很大的障礙。智能無線插座可以彌補日常生活中的諸多不足，通過無線傳輸實現(xiàn)插座的通斷并可實時監(jiān)測記錄插座的輸出功率。智能無線插座以單片機為核心元件，與功率測量模塊、顯示模塊、無線傳輸模塊、電源及按鍵等構成智能無線插座系統(tǒng)。在智能無線插座上插入用電設備之后，顯示屏即刻顯示此時該用電設備的用電功率和插座內部溫度，當人們無法立刻手動將用電器斷電的時候，可以對插座進行控制，從而能夠安全用電。這樣一款智能插座運用于人們的生活中將會更加方便、安全、環(huán)保。

關鍵詞：單片機；智能插座；C語言

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.146

隨著科學技術的飛速發(fā)展，高新技術的應用尤其是電子信息技術的快速發(fā)展，家居安全以及能源危機、節(jié)能減排等的要求不斷提升，能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機制提上日程。對于今后智能家居應用的一個大項分支，以及智能控制領域，無線智能插座的硬件基礎與無線智能控制的結合符合客觀技術發(fā)展的要求。鑒于此，本文主要基于單片機建立一種可操作性高的智能無線插座系統(tǒng)，以實現(xiàn)家居用電環(huán)境的安全便捷，可對接入智能插座的家庭電器的用電情況進行實時監(jiān)測，當用電器用電總功率達到最大設定功率，插座可自動斷電并報警。插座自帶顯示器可實時顯示用電情況及各獨立插口的狀態(tài)，并將用電情況和插口狀態(tài)發(fā)送至外置上位機，上位機可遠程發(fā)送各種命令，并在其液晶顯示器上顯示。

1 智能無線插座的硬件設計

智能無線插座下位機以單片機STC89C52RC為核心，外圍電路包括電源電路、繼電器控制電路、按鍵電路、顯示電路、無線通信模塊等組成，結構框圖如圖1所示。

本設計采用STC89C52RC單片機，單片機最小系統(tǒng)是單片機連接電路中最基本的部分，它的周圍電路主要由電源電路、復位電路、時鐘震蕩電路三部分組成。

本設計的液晶顯示器采用Nokia5110，Nokia5110對每個文字進行單獨取模，在把文字轉化為圖像的處理方法上有所不同，具體來說是如果要橫向取模的話則把輸入的文字縱向排列成圖像，而縱向取模的話則把輸入的文字橫向排列成圖像。

本設計的控制主要通過繼電器控制電路實現(xiàn)，當需要切斷插座的供電時，單片機相關端口變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過光耦和三極管控制繼電器線圈，從而控制繼電器開關動作，達到控制插座的目的。

本設計的無線通信采用XL01-232AP1模塊，XL01-232AP1是UART接口半雙工無線傳輸模塊，可以工作在433MHz/868MHz/915MHz公用頻段。符合歐洲 ETSI（EN300-220-1和EN301-439-3）及FCC 15.247/15.249認證規(guī)格，滿足無線管制要求，無需申請頻率使用許可證。該模塊采用高性能基頻晶振，符合工業(yè)環(huán)境的使用要求。 XL01-232AP1采用串口調試軟件可以設置輸出功率（0-25dBm）、串口速率（1.2KBPS-38.4KBPS）、RF速率 （1.2KBPS-25KBPS）、串口格式（8N1，8O1）、工作頻率、產(chǎn)品ID等等。

本設計的電量采集模塊采用PZEM-004T（V1.0），該模塊是100A大功率帶互感器交流表通訊模塊，能夠完成交流電壓、交流電流、功率的測量，同時還能進行串口通信，方便與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸。PZEM-004T（V1.0）通過串口與單片機相連。本設計中無線通信電路和電量采集電路都是通過串口與單片機連接，為了能區(qū)分兩個模塊，本設計采用模擬開關連進行兩個模塊與單片機的連接。

2 智能無線插座的軟件設計

本設計軟件工作流程如下：系統(tǒng)通電運行后，首先進行系統(tǒng)初始化，然后進入工作狀態(tài)。下位機首先檢測上位機是否向其發(fā)送指令，如果有相關指令，則執(zhí)行相關指令，如果沒有相關指令，則開始讀取功率測量模塊的數(shù)據(jù)，獲得插座的相關功率數(shù)據(jù)，讀取功率數(shù)據(jù)后，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，同時下位機本身也顯示出相關功率數(shù)據(jù)；下位機還會進行功率是否超限的判斷，經(jīng)過判斷如果功率沒有超限，則開始下一個工作循環(huán)；如果判斷出功率超限，則下位機對插座的通斷進行控制，從而控制插座輸出功率。

3 結論

本項目提出一種具有安全監(jiān)測功能的智能插座的設計方案。主要在普通插座供電的基礎上同時完成電流控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。該插座可應用于用電情況的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，可以通過外設按鍵對電源進行定時開或關，查看每個電源當前的狀況以及電力的消耗情況。在一定程度上滿足了用電需求，同時也能對用電安全進行實時檢測，具有一定使用價值。

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