物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智能插座的設(shè)計與應(yīng)用

郭春育

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)隨著時代不斷發(fā)展和科研水平的提高，在人們的生活中無處不在。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過對智能插座的設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時掌控，并具有節(jié)約能源的重要意義。本文主要是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景之下，對智能插座的優(yōu)勢、設(shè)計與實際應(yīng)用進行主要探析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 智能插座 設(shè)計 應(yīng)用

中圖分類號：TN915.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0045-02

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即以內(nèi)部傳感器、GPS、射頻識別（RFID）等為主要的載體，并在遵照互聯(lián)網(wǎng)協(xié)約的情況下，將設(shè)備與網(wǎng)路進行對接，在內(nèi)部進行信息的互相傳遞，是時下智能化時代的主要產(chǎn)物與新興技術(shù)。該項技術(shù)應(yīng)用廣泛，能夠使萬物之間進行聯(lián)合調(diào)動。通俗來講，智能插座即為節(jié)能插座，應(yīng)用相對廣泛且有一定的發(fā)展空間。它能在內(nèi)部放置Wi-Fi模塊，能夠防電擊、短路、運轉(zhuǎn)過載、漏電等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其中的具體功能設(shè)計與應(yīng)用將在本文進行探討。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢解析

1.1 總體框架的設(shè)計

智能插座在辦公地點及家庭中的使用日益普及，主要使用在公用電器中。它能夠通過內(nèi)部傳感器對于電流信息進行實時監(jiān)測，若電流負(fù)載過大，會自動切斷電源，降低能源的消耗[1]。在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境之下，智能插座的功能模塊主要有電氣通斷模塊、電能傳感模塊、處理器及無線通信模塊、存儲模塊以及電源模塊等。其中，電源模塊在眾多功能模塊中直接供應(yīng)電流電壓；傳感器能夠?qū)碾娏窟M行狀態(tài)傳輸。

1.2 智能插座的優(yōu)勢

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能插座的設(shè)備終端為計算機，并對子系統(tǒng)以及各部件進行實時監(jiān)測與狀態(tài)維修，以達到節(jié)約電能的目的。我國的社會主義經(jīng)濟的不斷構(gòu)建，興起了多個社會主義事業(yè)的大發(fā)展，在電力需求上日益增加，因此需要消耗大量瓦時的電能。而智能插座的設(shè)計出現(xiàn)，對于電能的節(jié)約與環(huán)境的保護都有重大意義，它屬于一路可編程（PLC）自動控制安全節(jié)能轉(zhuǎn)換器[2]。在功能優(yōu)勢中，概括為以下幾個要點：（1）在辦公地點或家中的公共電源中，智能插座能夠進行實時的狀態(tài)監(jiān)測與自動定時控制，并對內(nèi)部的程序進行有效編程。（2）智能插座使用了特殊性的編程，擁有一套完整的系統(tǒng)機制，可對被控電源進行高效節(jié)能與對不同狀態(tài)展開對應(yīng)方案。且本身在靜態(tài)能耗與動態(tài)能耗中所消耗的總功率小于20mW，并進行多重電路保護。（3）它對內(nèi)部的程序編程操作靈活，并且附帶清除與恢復(fù)的功能?？捎糜诙喾N需定時控制通斷電的設(shè)備，如電腦、空調(diào)、燈具、飲水機等。

2 智能插座的系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 設(shè)計要求

智能插座作為市面上新興的電氣產(chǎn)品，并基于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用下，在總體的設(shè)計環(huán)節(jié)中，同時運用了綜合性的多項技術(shù)，如Wi-Fi無線通信技術(shù)、系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)、服務(wù)器應(yīng)用技術(shù)等。它在應(yīng)用領(lǐng)域中，多嵌入于對被控地點實施遠程監(jiān)控，用戶能在遠程的范圍下，通過GPRS、Wi-Fi等方式連接智能設(shè)備，并通過局域網(wǎng)對被控地點中的智能插座進行實時的掌控，形成在多方位上對相關(guān)設(shè)施的有效控制。在它的具體設(shè)計要求中，應(yīng)具備如下幾點：（1）在內(nèi)置的Wi-Fi芯片中，能對智能插座連接的各種電器設(shè)備利用Wi-Fi熱點進行數(shù)據(jù)的傳輸以及通訊。（2）用戶可使用智能移動設(shè)備用GPRS、Wi-Fi等方式進行聯(lián)網(wǎng)，對被控范圍內(nèi)的智能插座進行不限地點、形式的實時掌控。（3）用戶可使用智能移動設(shè)備中的軟件對智能插座進行時間設(shè)置，以對與其連接的家用電器設(shè)備進行電源的通斷。（4）智能插座應(yīng)對連接的各家用電器設(shè)備進行電流電能情況的實時記錄，并對耗電量進行檢測與分析。它在輸入交流電壓時，一般為AC180～250V，輸出電壓為180～250V；USB插口的輸出電流為DC-5V；最大（MAX）值的負(fù)荷承載能耗為2200W，MAX值電荷負(fù)載電流10A；在日常工作中，所需的溫度范圍0℃～40℃[3]。另外，智能插座在通訊的各項指標(biāo)范圍應(yīng)該遵循IEEE 802.11b/g/n的國際規(guī)章。

2.2 主要方案

為了實現(xiàn)上述的智能插座具體設(shè)計要求，本文依照既定目標(biāo)以及實際環(huán)境進行了主要方案的設(shè)計。智能插座的總體設(shè)計要求概括起來即為使用智能移動設(shè)備進行數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲，能夠?qū)﹄娖髟O(shè)備進行實時的狀態(tài)監(jiān)測。兩者的共態(tài)，必須依托于互聯(lián)網(wǎng)形式，而不同計算機設(shè)備進行互相通信的端口為套接字（Socket）。所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為雙向流，主要由IP地址、目標(biāo)端口號等進行傳輸，并運用自TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)。它通常分為三種：（1）流套接字（SOCK-STREAM），是具有穩(wěn)定性能的數(shù)據(jù)傳送。（2）原始套接字（SOCK-RAW），能對網(wǎng)絡(luò)的模型底層協(xié)議進行直接的訪問。（3）數(shù)據(jù)包套接字（SOCK-DGRAM），它主要在沒有連接服務(wù)的狀態(tài)下，進行數(shù)據(jù)傳輸[4]。在套接字對客戶端與服務(wù)器進行端口連接時，互聯(lián)網(wǎng)端口需進行主要的運行，并等待用戶進行連接請求；在軟件客戶端運行過程中，能向互聯(lián)網(wǎng)端口發(fā)送指定IP；當(dāng)雙方都接受到連接請求時，通過對雙方的網(wǎng)絡(luò)連接能夠建立起套接字的端口；在連接成功之后，兩個端口之間能進行數(shù)據(jù)狀態(tài)的實時傳輸，即輸出流與輸入流，并建立通信模式；當(dāng)兩個端口之間的任意一方在數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，就完成了輸入流與輸出流的對接，并結(jié)束數(shù)據(jù)通信模式。該套方案即C/S通信模式，能為智能插座提供系統(tǒng)化的主要方案。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中利用不同的端口進行數(shù)據(jù)的狀態(tài)傳輸，能夠最大化實現(xiàn)智能插座的主要功能。在智能插座的系統(tǒng)解決方案中，概括起來為：在互聯(lián)網(wǎng)中設(shè)置一個具有公網(wǎng)IP的服務(wù)器，即Internet網(wǎng)絡(luò)，它可分支為GPRS、3G、4G網(wǎng)絡(luò)與無線路由器，通過這兩大類方式均可利用手機等智能終端設(shè)備實施對智能插座的控制。

3 實際應(yīng)用

在智能插座的實際應(yīng)用中，它通過與各個電器之間的連接，對其電流電能進行實時的狀態(tài)監(jiān)測與保護，能夠及時地向用戶進行數(shù)據(jù)的反饋。在對電器進行智能化控制時，能夠?qū)ζ溥M行節(jié)電保護，解決電視機、家庭影院系統(tǒng)設(shè)備以及電腦設(shè)備的待機能耗問題。智能插座主要通過其中的節(jié)能模塊，對設(shè)備的待機電流進行自動檢測，并在無工作狀態(tài)之下，將設(shè)備的電流電源進行完全的切斷，使電器消耗的總功率降到0W，以達到對電能的節(jié)約，減少不必要的消耗。因此，智能插座在家用電器的應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)安全、節(jié)能、環(huán)保的主要功效?？茖W(xué)技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，使得各類智能設(shè)備層出不窮。而在未來的發(fā)展趨勢中，智能設(shè)備的使用會占據(jù)主體的發(fā)展位置，人們的生活方式也會隨著發(fā)生翻天覆地的改變，智能插座已經(jīng)是生活改變的一部分體現(xiàn)，給生活工作環(huán)境帶來極大的便利。

4 結(jié)語

以上內(nèi)容均為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下對智能插座結(jié)合智能家居的設(shè)計與應(yīng)用，本文主要從網(wǎng)絡(luò)通信、智能插座的系統(tǒng)設(shè)計以及總體方案進行了主要的分析。智能插座屬新式產(chǎn)品，在我國的市場中投入較少，主要是緣于我國目前未進行明確的規(guī)范制定以及用戶在這方面的了解不多，未進行大力普及。它的發(fā)展軌跡與未來以智能化為主體方向的發(fā)展相互契合，因此在市面上以及潛在空間上具有很大的發(fā)展價值，要不斷結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，將技術(shù)水平進一步提高。

參考文獻

[1] 李偉，李一真，王志梁，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能插座設(shè)計與實現(xiàn)[J].山東電力技術(shù)，2015，42（6）：55-58.

[2] 孫杰，胡乃軍，郭志卓.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能插座設(shè)計[J]. 中國科技信息，2015（5）：96-98.

[3] 徐偉，姜元建，王斌.ZigBee技術(shù)在智能插座設(shè)計中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2013，32（3）：78-81.

[4] 谷雨茜.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能插座的設(shè)計[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2016，15（12）：61-62.