基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居插座群監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

吳翠娟

摘要：該文設(shè)計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居插座群監(jiān)控系統(tǒng)，采用單片機(jī)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對插座群中的每個插座的定時通斷控制，并監(jiān)控插座的用電狀態(tài)，無用電設(shè)備工作時，自動切斷插座供電。本監(jiān)控系統(tǒng)可用于智能家居、智慧校園系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對插座群的實(shí)時通斷和節(jié)電控制。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；插座群；無線通信；定時通斷；節(jié)電控制

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0272-02

Abstract： In this paper， is designed.This paper designs an intelligent home socket group monitoring system Based on Internet of things ， the monitoring system is constructed by using single chip microcomputer control system and wireless network communication technology， through each socket socket on the timing of the realization of the control group， and the electricity status monitoring socket， useless electric equipment， automatically cut off the power supply socket. The monitoring system can be used in smart home and intelligent campus system to realize the real-time on-off and power-saving control of the socket group.

Key words： internet of things； intelligent home； socket group； wireless communication； timing on-off； power-saving control

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的體現(xiàn)之一。智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種用電設(shè)備連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。在智能家居平臺中，各種用電設(shè)備的控制，可通過對家居系統(tǒng)中插座群控來實(shí)現(xiàn)。智能家居設(shè)計最基本的目標(biāo)是為人們提供一個舒適、安全、方便和高效的生活環(huán)境，具有實(shí)用性、便捷性、易用性、人性化、節(jié)能等特點(diǎn)。

本系統(tǒng)設(shè)計可對智能家居中的插座群，按照不同人群、不同時間的個性化要求，提前設(shè)定好插座電源的接通和斷開時間，實(shí)現(xiàn)各用電設(shè)備的智能化開通和關(guān)閉，可滿足實(shí)用性、便捷性和人性化要求。

日常生活中，人們習(xí)慣在關(guān)閉用電設(shè)備后，設(shè)備電源插座仍然插在供電插座上。經(jīng)實(shí)際測量，長時間使關(guān)閉的用地設(shè)備連在供電插座上，積累起來也會造成可觀的電能浪費(fèi)。本系統(tǒng)在檢測到插座持續(xù)保持低功耗狀態(tài)（待機(jī)或關(guān)閉）時，會自動斷開插座電源，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本智能家居插座群監(jiān)控系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，系統(tǒng)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)和無線收發(fā)器件構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)中的插座群進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)分為主機(jī)和從機(jī)兩大部分，從機(jī)安裝在插座上，測量和監(jiān)控每個插座的用電信息，將采集的電量信息通過無線通信模塊傳送給主機(jī)，并接收主機(jī)發(fā)送的插座通斷控制命令；主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送的信號，并通過無線收發(fā)設(shè)備將定時接通或關(guān)閉插座電源的命令發(fā)送給從機(jī)。

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 主機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)系統(tǒng)接收從機(jī)發(fā)送的電量數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)出相應(yīng)的控制命令到相應(yīng)從機(jī)上，控制該插座的繼電器實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的接通或關(guān)閉。當(dāng)?shù)竭_(dá)開關(guān)電源的定時時間是，同樣發(fā)送控制命令到相應(yīng)插座對應(yīng)的從機(jī)系統(tǒng)中。

3.1 主機(jī)系統(tǒng)的硬件電路

主機(jī)系統(tǒng)硬件電路由主機(jī)控制器、無線收發(fā)模塊、時鐘模塊、顯示模塊、通斷時間設(shè)置電路等組成。

主機(jī)控制器選用STC12C5A60S2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，通斷時間設(shè)置電路由獨(dú)立按鍵構(gòu)成，顯示電路由12864液晶顯示芯片實(shí)現(xiàn)。

無線收發(fā)模塊采用Si4432無線通信模塊，其具有無線收發(fā)功能，它可以工作在433M免費(fèi)頻段，接收靈敏度達(dá)到-120 dB。每個插座的實(shí)時參數(shù)可通過無線模塊發(fā)送到液晶上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程顯示多個插座的實(shí)時用電信息。

無線收發(fā)模塊電路如圖2所示。

時鐘模塊用DS1302實(shí)時時鐘芯片實(shí)現(xiàn)。DS1302通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，產(chǎn)生實(shí)時時間信息。單片機(jī)比對實(shí)時時間和設(shè)置好的定時通斷時間，當(dāng)達(dá)到定時時間時，發(fā)出控制命令到相應(yīng)從機(jī)，控制用電設(shè)備的定時通斷。

時鐘模塊電路如圖3所示。

3.2 主機(jī)系統(tǒng)軟件

主機(jī)系統(tǒng)軟件完成系統(tǒng)初始化，控制無線通信模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)，讀取時鐘芯片的實(shí)時時間，并比對設(shè)定的定時通斷時間，時間到時，發(fā)送控制命令到相應(yīng)的插座，控制用電設(shè)備插座電源的接通或斷開。endprint

主機(jī)系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)上電后， 首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化；然后建立與從機(jī)的無線通信網(wǎng)絡(luò)連接，分配從機(jī)地址，監(jiān)聽信道中有無從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)時，匹配從機(jī)對應(yīng)插座的地址，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對插座的工作狀態(tài)做出判斷，并發(fā)送插座通斷控制命令給從機(jī)。

4 從機(jī)系統(tǒng)

從機(jī)系統(tǒng)用于采集智能家居中各插座的電量信息，并將采集的信息通過無線通信模塊傳送給主機(jī)，并接收響應(yīng)主機(jī)發(fā)送的控制命令，從機(jī)對插座執(zhí)行相應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)定時通斷及節(jié)能控制。

4.1 從機(jī)系統(tǒng)硬件

從機(jī)系統(tǒng)硬件電路由從機(jī)控制器、無線收發(fā)模塊、電量采集模塊、通斷控制模塊等組成。為便于與主機(jī)直接實(shí)現(xiàn)便捷通信，從機(jī)控制器也采用STC12C5A60S2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。無線收發(fā)模塊電路結(jié)構(gòu)與主機(jī)系統(tǒng)基本相同，通斷控制模塊由繼電器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的插座的接通及斷開功能。

電量采集模塊采用V9401 電量計量芯片，V9401是一款低功耗高性能單相計量SOC芯片，集成模擬前端、電能計量模塊、增強(qiáng)型8052MCU、RTC、Flash和LCD驅(qū)動等功能。電量計量芯片V9401 結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4.2 從機(jī)系統(tǒng)軟件

從機(jī)系統(tǒng)軟件完成從機(jī)系統(tǒng)的初始化，控制電量計量模塊測量插座群的用電信息，并將數(shù)據(jù)封裝打包，通過無線通信模塊發(fā)送給主機(jī)，并接收主機(jī)發(fā)送的插座定時通斷和節(jié)電控制命令，控制繼電器實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的接通與關(guān)閉。

從機(jī)系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

從機(jī)上電后，首先進(jìn)行初始化，與主機(jī)進(jìn)行無線通信連接；將讀取到的插座的電量數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，并接收主機(jī)的控制命令，控制繼電器工作。

5 結(jié)論

本插座群監(jiān)控系統(tǒng)可以應(yīng)用于智能小區(qū)的智能家居系統(tǒng)中，具有實(shí)用便利，可靠性高，綠色節(jié)電等優(yōu)勢，可在智能家居系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

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