李 苗 范國昌 石玉陽 潘昊飛 王德明

0 引言

隨著信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，智能家居作為未來家居設(shè)備的主流方向。人們對家用電器的智能化需求越來越高，傳統(tǒng)插座相對于智能插座存在著許多弊端，人們更希望智能化的生活；智能插座能夠解決目前傳統(tǒng)插座所面臨的問題，通過第三方應(yīng)用對插座進(jìn)行控制，即用戶可利用微信小程序，通過發(fā)送指令來控制智能插座[1]，其中功能可包括：插座定時(shí)開關(guān)、查詢電器能耗等等。

1 傳統(tǒng)插座存在的不足之處

隨著信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居作為未來家居設(shè)備的主流方向，其具有廣闊的前景和智能化等特點(diǎn)。傳統(tǒng)插座作為家居生活中的重要組成部分，其功能單一，智能化和交互性都過于簡陋，功能嚴(yán)重不足等特點(diǎn)。它是家居設(shè)備和電力系統(tǒng)的重要橋梁，隨著人類智能化的需求越來越普及，傳統(tǒng)插座已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人類的需求，智能插座作為新型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其具有智能化、高安全、可遙控、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，在當(dāng)代的實(shí)際生活中具有較大的實(shí)用性。

1.1 低安全性

傳統(tǒng)插座作為日常生活中連接著家用電器的重要組成部分，是當(dāng)前人們生活重要組成部分。在日常生活中，傳統(tǒng)插座作為家庭電路系統(tǒng)的主要連接體，因?yàn)閭鹘y(tǒng)插座的整體安全性具有一定的不確定性，插座獨(dú)立于整體電路系統(tǒng)，時(shí)常因?yàn)椴遄念~定功率無法滿足家用電器的額定功率而造成插座線路損壞等現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成家庭電路系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。

1.2 單一性

傳統(tǒng)插座僅僅具有物理特性的電器通用插孔，不具備互聯(lián)功能，僅少數(shù)插座會(huì)配有一些相對于整體開關(guān)的獨(dú)立開關(guān)，但是由于插座相對于供電系統(tǒng)是一個(gè)單獨(dú)的整體，單一性表現(xiàn)的較為明顯。傳統(tǒng)插座的使用的過程中，一般都是通過人工手動(dòng)插拔方可切斷電源系統(tǒng)的關(guān)閉，這在一定程度上不僅僅浪費(fèi)了電能，還增加了用戶和插座之間的關(guān)聯(lián)性，嚴(yán)重時(shí)長期不斷開家庭電器會(huì)造成線路損壞等結(jié)果。

1.3 應(yīng)用范圍小

在日常生活中，家庭電器擁有許多的種類，且一般傳統(tǒng)插座都是固定的結(jié)構(gòu)，家庭電器或其他設(shè)備都具有一定的個(gè)性化插頭設(shè)計(jì)，有時(shí)候不能兼顧多種電器的使用，應(yīng)用范圍具有一定的局限性。傳統(tǒng)插座不能和家庭設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，整體體現(xiàn)出低耦合性、應(yīng)用范圍小、局限大等不足之處。

2 智能插座的分析與探討

2.1 智能插座綜述

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能插座已經(jīng)在我們的生活中開始出現(xiàn)，從方便性進(jìn)行考慮，通常會(huì)選擇外遙控、藍(lán)牙遙控、GSM 技術(shù)、WiFi 技術(shù)。其中基于WIFI 技術(shù)的小程序控制或智能語音控制在目前占有主流地位。隨著智能家居行業(yè)的興起，基于微信平臺的WiFi 智能插座設(shè)計(jì)占有一定的比例，其主要具有便捷性和關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)，用戶在使用的過程中，不再需要單獨(dú)安裝APP，僅僅打開微信搜索對應(yīng)小程序即可進(jìn)行使用，不會(huì)占用用戶的手機(jī)內(nèi)存使用空間，方便用戶操作。

智能插座相對于插座插座具有智能化、高安全、可遙控、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，所以在日常的使用過程中具有一定的便捷性和高安全性[2]；智能插座也具有成本高，安裝難度大、維護(hù)難度大等缺點(diǎn)。但是在信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，智能插座已經(jīng)成為了一種主流安裝方式，其對日常生活產(chǎn)生了一定的積極影響。

2.2 智能插座設(shè)計(jì)

2.2.1 WiFi 智能插座硬件電路結(jié)構(gòu)

慮到WiFi 型智能插座的功能需求和可擴(kuò)展性[3]，經(jīng)過仔細(xì)論證之后，本文設(shè)計(jì)的方案選用了基于ARM 架構(gòu)的BCM2835處理器。另外包括電源轉(zhuǎn)換模塊、WiFi 通信模塊、時(shí)鐘芯片、繼電器模塊和電能計(jì)量模塊。

2.2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的智能插座系統(tǒng)需要使用第三方服務(wù)器與插座終端通信。服務(wù)器的平臺開發(fā)技術(shù)眾多，在調(diào)查分析之后，選擇國內(nèi)最具影響力的新浪云計(jì)算服務(wù)（SAE）作為智能化插座系統(tǒng)的中間服務(wù)器托管商，并決定選用Dijango Web 框架作為中間服務(wù)器上的Web 應(yīng)用后臺。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.2.3 微信平臺

當(dāng)用戶通過小程序給插座發(fā)送指令后，后臺便將指令post到第三方服務(wù)器上，第三方服務(wù)器再將指令傳至插座，響應(yīng)用戶發(fā)送的消息。

2.2.4 服務(wù)器系統(tǒng)

當(dāng)?shù)谌椒?wù)器接收到微信公眾賬號傳送過來的用戶消息后，服務(wù)器Web 應(yīng)用要對其進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。服務(wù)器的Web 程序包含有五個(gè)模塊：微信服務(wù)器驗(yàn)證模塊，微信數(shù)據(jù)解析模塊，用戶身份驗(yàn)證模塊，指令請求模塊，指令信息存儲模塊。

2.3 智能插座的創(chuàng)新

2.3.1 智能化

傳統(tǒng)插座一般作為一個(gè)獨(dú)立于整體供電系統(tǒng)的個(gè)體，用戶在使用的過程中一般只能通過手動(dòng)插拔開關(guān)才能實(shí)現(xiàn)家用電器的操作，用戶在操作的時(shí)候省去一些不必要的操作，同時(shí)可以使用第三方控制軟件對開關(guān)進(jìn)行定時(shí)斷電、定時(shí)供電、緊急關(guān)閉電源等功能，這樣不僅僅方便用戶對插座的直接控制，操作也更加的智能化。

2.3.2 高安全

在用戶使用家庭電器的過程中，通過會(huì)遇到一些不確定的情況，例如，超過額定功率、短路、電流過大等，用戶在使用電器的時(shí)候無法對以上情況進(jìn)行判斷，存在一定的安全隱患；智能插座直接通過內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對以上情況預(yù)防，從而使用戶一直處于安全使用環(huán)境。智能插座一般都配備有獨(dú)立于電力系統(tǒng)的緊急開關(guān)功能，少數(shù)具備有溫度傳感器監(jiān)測功能，在緊急情況下即可切斷供電而不影響整體電路系統(tǒng)的使用。

2.3.3 節(jié)能環(huán)保

在日常家庭電器的使用過程中，存在著某些家庭電器需要常用但不需要拔出插座的電器，這樣的電器一般都會(huì)配有LED二極管進(jìn)行顯示表示工作的狀態(tài)，這在一定程度上是對電能的損耗，若經(jīng)常插拔開關(guān)電流損耗大，耗費(fèi)電能大，還存在一定的安全隱患；智能插座解決了不經(jīng)常關(guān)閉電源的選項(xiàng)，直接在第三方應(yīng)用上進(jìn)行操作，簡單快捷且節(jié)能環(huán)保。

2.4 智能插座優(yōu)劣勢比較

智能插座不僅是新興物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)產(chǎn)物[4]，還是人們對實(shí)際生活中所遇到問題的一種解決方案，作為新興產(chǎn)物，要想取得公眾的認(rèn)可，還需要一定時(shí)間。

智能插座相對于插座插座具有智能化、高安全、可遙控、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在未來一定會(huì)成為智能家居的重要組成部分；通過簡化操作步驟，用戶在使用上也會(huì)更加的方便，未來智能插座會(huì)對人類生活產(chǎn)生一定的影響。

智能插座也具有一定的缺點(diǎn)，成本高、設(shè)計(jì)難度大、安裝難等缺點(diǎn)是目前市場對于智能插座的主觀態(tài)度。雖然智能插座具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是售賣價(jià)格屬實(shí)較高于傳統(tǒng)插座，用戶對智能插座存在一定的排斥。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能插座的造價(jià)會(huì)慢慢降低，以后一定會(huì)走進(jìn)人們的日常生活中。

3 結(jié)語

本文提出的WiFi 型智能插座兼具市面上傳統(tǒng)型插座的功能和常見的普通智能插座的智能特點(diǎn)，通過簡單的安裝，就隨時(shí)隨地對家中電器的控制，無線智能插座的優(yōu)點(diǎn)眾多。作為生活中必不可少并且無處不在的基礎(chǔ)性獨(dú)立元器件，市面上插座的使用場景無不是與各種家用電器的電源插頭相連，為其供電。那么通過使用本文的設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)的智能插座后用戶就可以通過移動(dòng)設(shè)備來控制插座，從而間接的實(shí)現(xiàn)控制家用電器的目的。智能插座具有智能化、高安全、可遙控、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，未來會(huì)對人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生一定的積極影響。