郭春育 蔣雪花

（浙江方圓檢測集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

0 引言

電子技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，市場上最常見的是WIFI插座以及紅外無線控制插座等，能夠?qū)崿F(xiàn)插座的智能作用，這些設(shè)計將插座與手機連接形成遠(yuǎn)程控制，但是各自相對應(yīng)的客戶端在控制過程中比較麻煩。在不斷應(yīng)用過程中對原有的功能進(jìn)行優(yōu)化實現(xiàn)了簡單方便的智能控制，可以讓操作更加簡單快捷，并且保證用電安全。為了對智能插座具有更為深刻的認(rèn)識，特此展開本次研究。

1 智能插座

物聯(lián)網(wǎng)中主要應(yīng)用的是智能家居，智能家居在家庭生活環(huán)境中占據(jù)重要地位，將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到家具中，能夠?qū)⑷藗兊纳罘绞阶兊母臃奖憧旖?，智能家居采用計算機遠(yuǎn)離，將通信技術(shù)以及感應(yīng)器等技術(shù)綜合使用，能夠使人們在舒適、安全、環(huán)保的環(huán)境中生活。普通的插座僅僅起傳輸電流的作用，沒有保護插座的功能，并且普通插座的控制方法簡單而且單一。智能插座能夠在使用過程中檢查電流大小以及監(jiān)控功率，對于插座起保護作用，通過定時可以自動斷電以及具有通信功能，智能插座還可以使用紅外遙控器控制，利用個人信息使其可以實現(xiàn)一對一控制，進(jìn)而具有更為強大的功能，同時還可以使用觸摸技術(shù)對多個節(jié)點進(jìn)行控制，如果用戶不在住宅區(qū)，可以利用手機對插座節(jié)點遠(yuǎn)程控制[1]。在實現(xiàn)控制作業(yè)中，可以采取多種不同的方法，讓用戶可以在不同環(huán)境中對插座進(jìn)行控制，進(jìn)而最大程度實現(xiàn)安全用電。插座節(jié)點是利用可控硅控制插座斷電，電流檢測板將信號傳輸，在傳輸過程中實現(xiàn)信號調(diào)整，再從單片機內(nèi)部中進(jìn)行轉(zhuǎn)換并計算功率。插座節(jié)點中設(shè)置紅外接線與無線頻率接受信號，用戶通過遙控器或者上位機系統(tǒng)對插座節(jié)點進(jìn)行控制，上位機系統(tǒng)可以通過利用MCGS平臺使用戶看到畫面，能夠?qū)崿F(xiàn)元和才能控制與近距離操作。其整體框架如下圖所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2 結(jié)構(gòu)體系

插座節(jié)點的結(jié)構(gòu)圖比較簡單，將LCD以及紅外接收、按鍵輸入、無線通信等等應(yīng)用安裝在控制裝置中，將此控制器作為控制核心，此核心設(shè)計功能強大，性能高、耗能少并且價格低廉。在此裝置中處理信息，當(dāng)信息出現(xiàn)異常時可以實現(xiàn)自動報警，如果信息異常是小頻率，可以使用隔離裝置將異常信號通過晶閘管處理，處理過后再通過傳感器利用濾波功能傳回到控制器中，通過應(yīng)用該過程實現(xiàn)操作，可以使系統(tǒng)硬件得到一定程度的簡化，同時可以有效降低投資成本。

系統(tǒng)在進(jìn)行運用過程中，使用的是觸摸裝置并安置定時功能，在傳感器接受信號時隨機采樣，控制器中增加時鐘模式，在軟件系統(tǒng)的作用中提供時間功能，所以用戶只需要在軟件中設(shè)置定好的時間就能夠?qū)崿F(xiàn)定時控制[2]。插座節(jié)點可以實現(xiàn)對溫度的采集，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度掌控并對插座進(jìn)行保護，所以對精準(zhǔn)度的要求并不高，所以只需要完成單片機內(nèi)部掌控溫度就能完成測量溫度，溫度測量范圍是在零下40度到零上126度，如果監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)溫度超出既定范圍，應(yīng)該立即切斷電源并且實施報警裝置。

3 軟硬件設(shè)計實現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計實現(xiàn)

利用無線網(wǎng)絡(luò)的電量進(jìn)行智能設(shè)計，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器中，利用主機實行控制，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，將各種模塊組合實現(xiàn)智能插座設(shè)計。智能插座中有五個模塊構(gòu)成，分別是微控制單元、電量檢測、智能調(diào)控、電源轉(zhuǎn)換以及WiFi通信，利用這五大模塊將能夠?qū)ι瞽h(huán)境中的智能插座實現(xiàn)控制，保證安全用電[3]。

微控制單元模塊是對所有的模塊進(jìn)行控制，實現(xiàn)調(diào)控功能，此單元模塊利用美國研發(fā)的芯片作為基礎(chǔ)，芯片性能高并且處理靈活，在使用過程中零耗損，能夠?qū)崿F(xiàn)超低耗能作用并且環(huán)保。此芯片有多種模式和信號，能夠在選擇信號源的過程中實現(xiàn)靈活作用，最大程度上降低能耗以及滿足使用功能，時鐘信號有五種分別是晶體振蕩器、低耗晶體振蕩器、數(shù)控振蕩器、高速晶體振蕩器以及模塊晶振，模型有四種用作外設(shè)模塊以及CPU系統(tǒng)需求等功能中。

運用此芯片能夠在不同環(huán)境中滿足各種需求，在SR中能夠?qū)崿F(xiàn)低耗功能LPM0以及LPM4之間的切換。如果中斷服務(wù)但是SR值并沒有發(fā)生變化則會將程序轉(zhuǎn)換到之前的模式，SR值改變將會影響工作模式，低功率運行過程中將會關(guān)閉CPU，如果外設(shè)時鐘只有一個能用時將會根據(jù)實際情況轉(zhuǎn)換成LPM2或者LPM3模式，如果所有的時鐘停止工作，會轉(zhuǎn)變成LPM4模式。

電量檢測中應(yīng)該注意對家電的電壓以及功率進(jìn)行檢測，檢測模塊將采用美國研發(fā)的芯片CS5490，此芯片將收集到的電流信號轉(zhuǎn)變后才能單比特數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾最后輸送到校準(zhǔn)電路中最后發(fā)送到傳輸器中，實現(xiàn)與外部設(shè)備的通信。

WiFi模塊主要完成的是對信號的的處理，此模塊采用無線網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)，能在使用中減少開發(fā)時間以及降低投資成本，能夠節(jié)省空間并且能夠降低對專業(yè)知識的使用，將作為數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。電源轉(zhuǎn)換模塊需要安全可靠的電源作為支撐，將智能插座的引流設(shè)定為220VAC電壓，接入變壓器之后實現(xiàn)降壓，將信號轉(zhuǎn)換到整流器中再經(jīng)過濾波處理實現(xiàn)穩(wěn)定電壓。

智能調(diào)控模塊主要是對定時裝置進(jìn)行智能控制，能夠提供準(zhǔn)確的時間，在此過程中需要繼電器作為輔助，繼電器是一種電子控制裝置，能夠控制與被控制系統(tǒng)，根據(jù)實際的電流量選擇。

3.2 軟件設(shè)計實現(xiàn)

在軟件設(shè)計過程中有四個設(shè)計過程，分別是制定通信協(xié)議、設(shè)計單片機程序和服務(wù)器軟件、手機app，設(shè)計通信協(xié)議需要有一套統(tǒng)一規(guī)劃以及內(nèi)容協(xié)議，可以使用手機與服務(wù)器、插座之間系統(tǒng)協(xié)議，將此智能系統(tǒng)的設(shè)計分成三個種類[4]。第一種是插座與服務(wù)器之間的通信協(xié)議，在插座內(nèi)部設(shè)定服務(wù)器地址，在通電過程中就會自動發(fā)送信息，服務(wù)器接收到信息之后將會得到插座的端口以及IP地址，在進(jìn)行修改過程中實現(xiàn)插座的登入，時間控制在2s左右。

第二個種類是插座和手機之間的數(shù)據(jù)，手機能夠控制插座的開關(guān)模式，通過手機向插座輸送命令，控制一個位置即可，如果一個WiFi模式能夠使多個插口共用就要根據(jù)實際情況換控制插口，能夠保證控制狀態(tài)穩(wěn)定以及及時實現(xiàn)控制，手機定時發(fā)送狀態(tài)信息，在協(xié)議格式中前四位是查詢命令，后邊位數(shù)是顯示插座名稱，在最后位數(shù)中顯示結(jié)束命令。顯示插座名稱過程中會添加定時動作、定時之后的狀態(tài)、定時的時間限制以及定時的階段等，一個階段完成之后才能進(jìn)入下一階段，但是此系統(tǒng)過程中可以完成多個階段的定時，但必須遵循一階段完成之后才能進(jìn)入下一階段的操作流程。

第三階段是手機與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳遞，在服務(wù)器中注冊手機信息，完成注冊之后要保留手機的各種信息，并反饋消息證明注冊成功。手機端發(fā)送命令之后會立即收到相關(guān)的IP信息以及插座的信息，并向服務(wù)器發(fā)送請求。

4 結(jié)束語

在社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展中，我國科技能力也在不斷提升，智能化逐漸成為人們生活中的常態(tài)，傳統(tǒng)的插座設(shè)計已經(jīng)很難滿足人們生活需求，在系統(tǒng)設(shè)計中使用單片機以及無線收發(fā)等模塊制成的智能插座，可以優(yōu)化軟硬件的設(shè)計完成制作，更好的實現(xiàn)人們生活中的科技型以及舒適度，在實現(xiàn)過程中根據(jù)實際環(huán)境進(jìn)行操作，進(jìn)一步優(yōu)化家居系統(tǒng)，實現(xiàn)人們生活質(zhì)量很大程度的提升。