夏 力，朱旭東

（無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宜興 214221）

0 引 言

隨著社會(huì)與科技的發(fā)展，如何對(duì)高校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室和宿舍用電進(jìn)行優(yōu)化管理正成為當(dāng)前高校管理的痛點(diǎn)。學(xué)生有實(shí)訓(xùn)室機(jī)房24小時(shí)全天開(kāi)放的需求，需要隨時(shí)隨地可以進(jìn)行上機(jī)訓(xùn)練技能；而在宿舍管理方面如何有效地管控大功率電器的使用防止火災(zāi)的發(fā)生也是高校管理者迫切需要解決的問(wèn)題[1]。傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)室解決模式和宿舍管理方法都不能有效的解決問(wèn)題，因此，本文提出了一種智能插座設(shè)計(jì)方案，該方案基于NB-IoT模塊與藍(lán)牙技術(shù)，軟件采用安卓平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)。融合后的插座檢測(cè)器可以簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、有效地檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)插座使用量以及控制電路的斷電，續(xù)電燈功能[2]。通過(guò)智能插座的使用，可以有效解決實(shí)訓(xùn)室24小時(shí)開(kāi)放問(wèn)題，并通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)用電的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)監(jiān)控宿舍是否有大功率電器使用情況，及時(shí)制止大功率電器使用。

1 基本思路

本文介紹的方案主要解決高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室不能全天開(kāi)放的問(wèn)題[3]。因?yàn)榇蠖鄶?shù)高校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室或機(jī)房考慮安全用電方面的隱患，在不能安排管理員全天管理的情況并不能做到24小時(shí)全天候開(kāi)放，而大部分學(xué)生需要24小時(shí)全天候開(kāi)放來(lái)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和練習(xí)操作。本文設(shè)計(jì)的智能插座能較好的解決該問(wèn)題?；贜B-IoT模塊可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的插座檢測(cè)和控制[4]；另一方面學(xué)生可以通過(guò)手機(jī)的藍(lán)牙模塊可以智能插座的上電和斷掉，后臺(tái)可以精確統(tǒng)計(jì)到插座是哪個(gè)學(xué)生在使用，監(jiān)測(cè)用電量和用電安全。通過(guò)智能插座系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作，便可以達(dá)到對(duì)實(shí)訓(xùn)室插座電路的實(shí)時(shí)控制與管理[5]。本文主要分為4部分：一是把握研究現(xiàn)狀，分析智能插座系統(tǒng)的研究背景、意義、現(xiàn)狀及趨勢(shì)；二是系統(tǒng)的硬件選型和設(shè)計(jì)，提出智能插座系統(tǒng)的硬件模型；三是進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)包括軟件的后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和手機(jī)應(yīng)用端的APP設(shè)計(jì)[5]；四是系統(tǒng)的測(cè)試與實(shí)現(xiàn)。

2 智能插座檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件組成主要由電源轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)量模塊、NB-IoT通信模塊和藍(lán)牙模塊等組成。單片機(jī)主要負(fù)責(zé)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理，檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)NB-IoT模塊與遠(yuǎn)程后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，藍(lán)牙模塊與手機(jī)APP進(jìn)行控制交互[6]，相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)處理后傳入繼電器模塊，繼電器再傳入插座中，達(dá)到控制智能插座的目的。硬件框圖如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

2.1 藍(lán)牙通信模塊與單片機(jī)連接

本方案使用STC89C52型號(hào)的單片機(jī)作為智能插座的中央控制器。藍(lán)牙通信模塊與單片機(jī)連接原理圖如圖2所示。藍(lán)牙模塊是系統(tǒng)和手機(jī)進(jìn)行通信的重要載體，通過(guò)串口形式也可以和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在此選用的是HC-06藍(lán)牙串口模塊[7]，模塊上引出了VCC，GND，TXD和RXD四根管腳。

圖2 藍(lán)牙通信模塊與單片機(jī)連接原理圖

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

手機(jī)APP通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機(jī)微控制器，藍(lán)牙模塊通過(guò)串口接收數(shù)據(jù)[8]。手機(jī)APP通過(guò)藍(lán)牙模塊的控制信號(hào)控制智能插座斷電和續(xù)電。APP打開(kāi)藍(lán)牙后，可以搜索附近的智能插座設(shè)備，經(jīng)過(guò)認(rèn)證的用戶(hù)搜索到智能插座設(shè)備后可以自動(dòng)接入APP，控制設(shè)備的上電與斷電等。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)流程

智能插座通電，智能插座系統(tǒng)終端進(jìn)行初始化后進(jìn)行手機(jī)與智能插座的藍(lán)牙連接。若未連接成功，繼續(xù)識(shí)別連接。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到用電量偏高時(shí)，智能插座能自動(dòng)做出判斷，發(fā)送斷開(kāi)插座電源命令給單片機(jī)，并自動(dòng)報(bào)警發(fā)送短信給用戶(hù)，提示用戶(hù)。如果用電量在正常范圍內(nèi)，則讀取電量等相關(guān)信息[9]。智能插座應(yīng)用程序流程如圖4所示。

圖4 智能插座應(yīng)用程序流程

2.3 軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本產(chǎn)品中Android手機(jī)經(jīng)過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，微控制器通過(guò)藍(lán)牙模塊接收數(shù)據(jù)。手機(jī)端設(shè)計(jì)3個(gè)功能，分別為附近功能、掃一掃功能和刷新功能。附近功能主要為尋找周邊的智能插座設(shè)備，可以加入APP一同控制；掃一掃功能主要是通過(guò)掃描智能插座的二維碼來(lái)找到該設(shè)備，加入APP系統(tǒng)；刷新功能對(duì)界面進(jìn)行刷新。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)界面如圖5所示。

圖5 APP端界面

智能插座的最終成品如圖6所示。

圖6 產(chǎn)品展示

3 結(jié) 語(yǔ)

本設(shè)計(jì)較好地解決了高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室全天開(kāi)放和對(duì)宿舍大功率電器使用的監(jiān)測(cè)問(wèn)題。文中設(shè)計(jì)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）安全。實(shí)現(xiàn)了用電過(guò)載分級(jí)報(bào)警、大功率電器實(shí)時(shí)監(jiān)控、用電線(xiàn)路負(fù)載智能算法。

（2）可控。采用身份認(rèn)證許可用電，云平臺(tái)集中管理，杜絕非許可用電行為。

（3）計(jì)量。身份認(rèn)證用電計(jì)量，節(jié)能用電與計(jì)時(shí)雙計(jì)費(fèi)，用電使用可追溯。

（4）方便。即裝即用；無(wú)需安裝中繼通信設(shè)備；免通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)；后期可拓展到檢測(cè)煙霧、水浸、PM2.5等。