基于ESP32智能模塊化插座的設(shè)計研究

王曉彥

（忻州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 忻州 036000）

近年來，在我國的大力推動及支持下，新科學(xué)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這也大幅度提高了我國人民的生活水平。在我國全面建成小康社會的前提背景下，我國人民向往更高層次、高水平的生活，開始追求更高科技含量及更高產(chǎn)品質(zhì)量的用戶體驗。針對相關(guān)需求，我國企業(yè)研發(fā)出智能化家居系統(tǒng)以提高人民生活水平?？偟膩碚f，智能化家居系統(tǒng)為使用家庭提供了一個更加舒適、便捷、方便的信息交流平臺，消費者能夠?qū)⑾嚓P(guān)需求轉(zhuǎn)化為機器能夠讀懂的指令，機器也會完全按照指令進行操作，這讓消費者對家居的操作變得更加方便、快捷，這不僅能夠大幅度提高人們的生活質(zhì)量，還能營造更舒適的居住環(huán)境，讓消費者能更加合理地安排相關(guān)時間、資源利用最大化。插座是我們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槌Ｒ姷囊环N電器，其功能及相關(guān)種類也大不相同。很多研究員對插座進行了各式各樣的插座實驗，提出了各種構(gòu)想：針對利用WI-FI對家居系統(tǒng)進行控制；為彌補傳統(tǒng)家居缺陷滿足現(xiàn)代化智能家居的要求，設(shè)計出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)具備遠程操控且可移動的智能化插座系統(tǒng)，具體補充了智能化插座的軟件與硬件，且進行了專業(yè)測試；對比傳統(tǒng)節(jié)電插座的方式，分析智能化節(jié)能插座的基本特征，對節(jié)能的目的及現(xiàn)實意義進行研究；研究基于無線通信技術(shù)插座的具體實踐；研究智能化家居的現(xiàn)狀；研究單片機在低成本小型家用電器中的應(yīng)用。通過分析上面的實驗記錄及結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這些研究雖然可以解決人們生活中的某些實際問題，但設(shè)計及制作的成本過高，且不能夠很好地解決遠程控制及相關(guān)問題，無法實現(xiàn)全面推廣使用。所以，研究一款低成本、高效率、更智能的智能化插座勢在必行。本文介紹一款基于ESP32芯片研究出的智能化插座，該插座通過相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)進行插座的遠程控制及功率限制，很好地避免了插座因長時間運作而導(dǎo)致的危險。即使用戶沒在家中，也能夠借助手機APP進行插座的智能化操作，這大大減少了因不規(guī)范使用導(dǎo)致的電器火災(zāi)，減少用戶經(jīng)濟損失?？偟膩碚f，基于ESP32的智能化插座既達到了設(shè)計簡單、操作容易的目的，也能夠最大程度滿足用戶需求，達到智能操作、安全生活的目的。

1 智能化插座設(shè)計方案

ESP32是由我國樂鑫公司設(shè)計研發(fā)的一款可以作為獨立系統(tǒng)運行應(yīng)用程序或是主機MCU的從設(shè)備，其將天線開關(guān)、PF balun、功率放大器、濾波器、接受低噪聲放大器、電源管理模輔助等功能集一體的微控制器。這些強大兼容性使ESP32芯片只需要極少得外圍設(shè)備就能夠完成各種性能操作，同時有更高的安全性，具有藍牙及WiFi連接功能，能夠開發(fā)更復(fù)雜的應(yīng)用。

基于ESP32設(shè)計智能化插座主要需要運用單機片、Oled、手機APP等。其工作原理為，再插座電源接通后，第一工作體單片機進行相關(guān)檢測工作，檢測主體包括溫度、電壓、電流、功率。在進行檢測時會出現(xiàn)兩種情況，第一試各項指數(shù)在正常范圍，系統(tǒng)運行正常。這時ESP32將會將已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)像功率、電壓、電流等上傳至Oled上，這時候我們可以通過網(wǎng)絡(luò)與APP進行相關(guān)的控制操作。第二種情況是，數(shù)據(jù)超過閥值，系統(tǒng)運行異常，這時ESP32會實現(xiàn)智能化保護，進行電源切斷操作，在電源切斷后會利用相關(guān)APP發(fā)送信息至警告手機，如果需要再度啟用插座只有通過手動的方式。

1.1 進行ESP32智能化插座設(shè)計的核心元器件

進行ESP32智能化插座設(shè)計需要較多的元器件。其一便是ESP32，本次使用的是由樂鑫公司研發(fā)的一款為IOT模塊的ESP32，它采用的是40nm工藝的制作方式，有著2.4GHz雙模WiFi、230MHz的主頻，擁有雙核32位微控制單元及高達600DMIPS的計算能力。同時，它擁有更小的體積及更高的集成度，其低功耗的水平也在行業(yè)數(shù)一數(shù)二。最后，ESP32對環(huán)境的適應(yīng)能力強，其最低運行溫度為零下40度，最高運行溫度達到125度，利用arduino設(shè)計愛你開發(fā)的ESP32極大地減少了開發(fā)周期。其二便是具有更低功耗、更好亮度、顯示更加細致及160負顯示效果的Oled。其采用高效率、長壽發(fā)光材料，并借利用了更先進的器件結(jié)構(gòu)，這大大提高了Oled的耐久度，這為智能化插座提供更好的顯示體驗，延長其使用壽命。其三便是ina219，設(shè)計智能化插座電源控制模塊我們采用的是ina219，因其具有更好的精確度及更小的尺寸，能夠?qū)崿F(xiàn)零漂移及雙向電流的功能，并且它采用I2C通信，能夠同時實現(xiàn)計算電源及監(jiān)控分流電阻是的壓降。最后，該器件采用的是低成本的SOT23的封裝樣式，降低了智能化插座的成本。

1.2 智能化插座需要的核心軟件

除了一些必要的硬件之外，智能化插座也需要相關(guān)的軟件支持。Blinker便是智能化插座常用的第一類跨平臺、跨硬件的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，它能夠提供多種終端像設(shè)備端、APP端以及服務(wù)器端等支持，其數(shù)據(jù)傳輸儲存通過公有云服務(wù)進行，主要的運用領(lǐng)域微數(shù)據(jù)檢測、智能家居等，具有高效率、高質(zhì)量的搭建物聯(lián)網(wǎng)項目的優(yōu)勢。第二是便是包括軟件(Arduino IDE)及硬件(各種型號的Arduino板)的操作簡單、便捷靈活地開源電子原型平臺地Arduino。簡單來說，Arduino是一塊微型的電腦主板，能夠進行智能化插座的電路圖設(shè)計，且能夠降低智能化插座的成本。

2 基于ESP32智能化插座設(shè)計結(jié)果

基于ESP32智能模塊化插座利用ESP32本身具有的相關(guān)優(yōu)勢，借助Oled、ina219硬件及Binker與Arduino軟件進行智能化的實現(xiàn)，達到了低成本、高智能的設(shè)計與實驗?zāi)康模瑵M足人們對于智能化插座的要求。通過ESP32進行電源基本操作、利用Oled進行狀態(tài)顯示、借助Binker及Arduino進行遠程報警及數(shù)據(jù)傳輸，真正實現(xiàn)了遠程操控的目的。

3 結(jié)語

總之，隨著我國經(jīng)濟以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人們生活水平的提高，我國人們對更高品質(zhì)的生活質(zhì)量有了更多要求，其中智能化生活水平是衡量人們生活質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。本文以智能化家居的大環(huán)境出發(fā)，具體研究基于ESP32智能模塊化插座，該智能插座在ESP32芯片機相關(guān)硬軟件的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)的智能化控制。這種智能化開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)不同電器設(shè)備的智能化操作，讓人們生活的家居更人性化、智能化。同時，該智能化插座擁有穩(wěn)定性高、耐久度好、電路簡單及成本低等優(yōu)點，具有很大的應(yīng)用推廣價值。最后，基于ESP32成功應(yīng)用于插座的經(jīng)驗，可以將其與其他模塊聯(lián)合，實現(xiàn)更多家居如電視、空調(diào)等智能化操作，實現(xiàn)家居的“全家智能化”模式。