基于手機(jī)無線控制的多功能智能插座的設(shè)計(jì)

摘 要：手機(jī)是當(dāng)下人們?nèi)粘Ｉ钪须x不開一件產(chǎn)品，因此如何保證其能安全高效的正常工作是人們關(guān)心的問題。本文介紹了一種利用手機(jī)藍(lán)牙功能控制的智能插座，筆者介紹了智能插座的整體結(jié)構(gòu)，并具體介紹了各模塊的組成與作用，然后描述了智能插座的工作原理與它的各項(xiàng)功能。該智能插座具有高度自動(dòng)性，能夠?yàn)槿藗兊纳钐峁┍憷彩侵悄芗揖拥木唧w應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；智能插座

中圖分類號(hào)：TM503.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0305-01

1 引 言

科技的飛速發(fā)展使得智能手機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，很多人更是產(chǎn)生了手機(jī)依賴癥，手機(jī)的屏幕越來越大，APP軟件越來越多，手機(jī)的電量明顯不夠用，很多人干脆隨身攜帶充電器和移動(dòng)電源，晚上到家不光充手機(jī)，還要充移動(dòng)電源，晚上在家還不能充一夜否則對(duì)手機(jī)不好，還要睡前留出幾小時(shí)充滿電，使晚上家里玩手機(jī)很受限制，多數(shù)人只關(guān)主機(jī)，不關(guān)閉顯示器，雖然顯示器會(huì)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)功率不高，但是常年累月的待機(jī)，尤其整個(gè)社會(huì)這是普遍現(xiàn)象，既白白浪費(fèi)了大量電能，又加速了顯示器的老化，與中國(guó)提倡的低碳環(huán)保背道而馳[1]。

2 舊式插座的不足

插座[2]是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的生活必需品，在家庭中為電模塊集中的地方供電，在公司中為電腦、顯示器和打印機(jī)等辦公設(shè)備供電，幾乎每個(gè)人的辦公桌下都會(huì)有幾個(gè)插排，上面插滿了各種設(shè)備的電源插頭，各種電源線縱橫交錯(cuò)。而且使用者開始工作需要按電腦主機(jī)開關(guān)和顯示器開關(guān)，有些用戶還要按音響開關(guān)、臺(tái)燈開關(guān)、加濕器開關(guān)和打印機(jī)開關(guān)，結(jié)束工作同樣需要按這么多的開關(guān)，繁瑣而且容易忘記關(guān)，容易造成安全隱患。

3 智能插座的結(jié)構(gòu)與工作原理

根據(jù)市面上插座存在的一些缺陷，筆者設(shè)計(jì)了基于手機(jī)無線控制的多功能智能插座[3]，可使用手機(jī)對(duì)插座進(jìn)行開啟與關(guān)閉，并且在通電時(shí)對(duì)插座進(jìn)行自檢，待手機(jī)充電一段時(shí)間后可自動(dòng)關(guān)閉電源，并有工作指示燈來顯示工作狀態(tài)，保護(hù)了手機(jī)電池，延長(zhǎng)手機(jī)的使用壽命，為人們的日常生活提供便利，且該設(shè)計(jì)還有高度自動(dòng)性，能檢測(cè)手機(jī)中APP的耗電功率，并在充電過程中關(guān)閉一些耗電量大的軟件，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)現(xiàn)在大力提倡的低碳環(huán)保的口號(hào)。

3.1 智能插座的整體結(jié)構(gòu)

基于手機(jī)無線控制的多功能智能插座，包括主控模塊（1）、繼電器模塊（2）、被控設(shè)備（3）、藍(lán)牙模塊[4]（4）、電源模塊（5）和客戶端（6）。

3.2 智能插座各模塊的組成與作用

主控模塊（1）可以通過繼電器模塊控制被控設(shè)備也就是插座的開啟與關(guān)閉，利用Arduino 101/Genuino 101[5]實(shí)現(xiàn)控制功能。它基于IntelRCurieTM模組，價(jià)格親民，使用簡(jiǎn)單。101不僅有著和UNO一樣特性和外設(shè)，還額外增加了Bluetooth LE和6軸加速計(jì)、陀螺儀。模塊包含一個(gè)x86的夸克核心和一個(gè)32bit的ARC架構(gòu)核心（Zephyr），時(shí)鐘頻率都是32MHz，利用Intel Curie作為控制芯片，帶有14個(gè)I/O口（其中四路可用作PWM輸出），6個(gè)模擬輸入，一個(gè)用作串口通信和上傳程序的USB接口，1個(gè)電源座，1個(gè)帶SPI和IIC腳的ICSP接口。I/O工作電壓為3.3V，主控模塊（1）需要6節(jié)AA電池或6.5～12V的電源適配器來供電。

繼電器模塊（2）主要為SRD-05VDC-SL-C型號(hào)的繼電器，常開接口最大負(fù)載：交流250V/10A，直流30V/10A；采用貼片光耦隔離，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，觸發(fā)電流為5mA；模塊可以通過跳線設(shè)置高電平或低電平觸發(fā)。繼電器模塊（2）實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

被控設(shè)備（3）是指具有三相插孔、兩相插孔或三孔/兩孔復(fù)用插孔的插座。被控設(shè)備（3）可以給客戶端供電。

藍(lán)牙模塊（4）可以實(shí)現(xiàn)客戶端與主控模塊的通訊，藍(lán)牙4.0[6～7]包括現(xiàn)在標(biāo)記為“藍(lán)牙經(jīng)典”的傳統(tǒng)藍(lán)牙和新的低功耗藍(lán)牙（藍(lán)牙LE或BLE）。BLE針對(duì)低數(shù)據(jù)速率下的低功耗應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，旨在使用簡(jiǎn)單的鋰鈕扣電池進(jìn)行操作。

電源模塊（5）主要包括橋堆整流電路和濾波電路。橋堆是一種電子元件，其內(nèi)部主要是由四個(gè)二極管組成的橋路來實(shí)現(xiàn)把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出的直流電壓。在橋堆的每個(gè)工作周期內(nèi)，同一時(shí)間只有兩個(gè)二極管進(jìn)行工作，通過二極管的單向?qū)üδ埽呀涣麟娹D(zhuǎn)換成單向的直流脈動(dòng)電壓。濾波電路一般由電抗元件組成，盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。電源模塊（5）負(fù)責(zé)給主控模塊、繼電器模塊、被控設(shè)備提供工作電源。

客戶端（6）就是用戶的手機(jī)（IOS設(shè)備或者安卓設(shè)備）。

3.3 工作原理

用戶手機(jī)需要充電時(shí)，即可利用本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能充電操作。將客戶端（6）也就是用戶的手機(jī)與被控設(shè)備（3）即插座連接，開啟客戶端（6）的藍(lán)牙功能，藍(lán)牙模塊（4）與手機(jī)藍(lán)牙對(duì)接后可實(shí)現(xiàn)主控模塊（1）與客戶端（6）的連接，用戶可以設(shè)置插座的關(guān)閉時(shí)間為手機(jī)充滿電后，主控模塊（1）可以利用繼電器模塊（2）實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備（3）的關(guān)閉操作。電源模塊（5）負(fù)責(zé)給主控模塊（1）、繼電器模塊（2）、被控設(shè)備（3）提供工作電源。

4 總 結(jié)

本設(shè)計(jì)適合喜歡夜間充電的人，將手機(jī)與插座連接后，設(shè)計(jì)好插座關(guān)閉的時(shí)間即可安心睡去。在充電過程中，本設(shè)計(jì)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)手機(jī)中APP的耗電功率，自動(dòng)關(guān)閉一些耗電量大的軟件，減少充電時(shí)間，也達(dá)成了節(jié)約用電的目的。當(dāng)手機(jī)充電完成時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電操作，安全高效，為人們的生活提供便利。

資助項(xiàng)目：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（201710066137）。

參考文獻(xiàn)

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[5]http：//www.21ic.com/evm/evaluate/MCU/201602/664350.htm#.[EB/OL]

[6]王佳欣.基于藍(lán)牙4.0智能開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（6）：99～101

[7]張 群，楊 絮，張正言，等.藍(lán)牙模塊串口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（3）：79～82.

收稿日期：2018-7-25