智能斷電器的設計與制作

陳龍　王叔洋　薛瑞

摘要：隨著智能手機和iPad等移動終端設備的普及，人們逐漸習慣了使用APP客戶端上網(wǎng)的方式，而目前國內各大電商，均擁有了自己的APP客戶端，對于家具智能控制這方面奠定了基礎。人類所居住的家居從最初開始擁有電之后，考慮到的便是怎樣安全用電和怎樣更便捷、更高效的實現(xiàn)用電。因而本文主要研究的是基于安卓手機藍牙進行數(shù)據(jù)傳輸，把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存放在eeprom里，通過所學的單片機讀取定時芯片的時間和存入的時間進行比較，來實現(xiàn)智能斷電。方便了人們的日常生活，順應時代的發(fā)展需要，也使我國更快的進入智能化的未來世界。

關鍵詞：單片機；藍牙；智能；高效；便捷

中圖分類號F4 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0063-02

隨著社會的進步，智能手機的普及，信息傳感技術、通信與數(shù)據(jù)存儲技術、微電子技術等應用不斷發(fā)展，各項高性能和高品質的家具設備逐漸步入社會市場，方便了人們的日常生活，提高了人們的日常效益。特別在近代史上第二次工業(yè)革命，人類便率先進入了電氣時代。有力的推動了人類社會的發(fā)展，給人類創(chuàng)造了巨大的財富，改善了人類的生活。但凡事都有兩面性，隨著科技的發(fā)展和電力技術的普遍，在給人類帶來方便的同時，它的弊端開始顯露出來了。特別是在生產(chǎn)和生活中不注意用電安全，便會帶來災害。例如，觸電可造成人身傷亡，設備漏電產(chǎn)生的電火花可能釀成火災、爆炸，高頻用電設備可能產(chǎn)生電磁污染等。所以，人類便開始著手探尋出一套更安全可靠、環(huán)保智能的家居系統(tǒng)，將人們日常家居所必備的電器設備通過普遍的手機APP連接起來，為人們的日常生活帶來智能、便捷的同時，也可成為家庭用電的管家，并能確保家庭用電的安全可靠。因此，實現(xiàn)智能化斷電管理系統(tǒng)便嶄露頭角。未來智能家居的市場也會成為各大科技巨頭爭奪的領地。研究一套安全、智能的家居系統(tǒng)不僅能夠帶來巨大的商業(yè)價值，而且可以對人類的未來生活產(chǎn)生深遠的影響。

1.手機藍牙無線技術的發(fā)展與手機APP開發(fā)

所謂的藍牙技術，是一種新式的無線傳送協(xié)議，實際上是一種短距離無線電技術，優(yōu)于紅外，它的傳輸距離一般是10m，能夠傳輸語音信號和數(shù)據(jù)。特別是在工作頻率方面藍牙是無需向專門管理部門申請使用權的頻段，采用的是跳頻技術，所以藍牙在安全性以及抗干擾能力方面是比較強的。在風起云涌的高科技時代，事實上，根據(jù)已訂立的標準，藍牙可以支持功能更強的長距離通訊，用以構成無線局域網(wǎng)。藍牙技術使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠實現(xiàn)無線上因特網(wǎng)，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡。

基于藍牙技術的智能斷電器，主要包括兩個主要部分組成，分為中心控制部分和多個受控單元。中心控制部分由藍牙無線收發(fā)模塊和手機APP組成；多個受控單元由AVR單片機、受控電器組成。在受控單元中，經(jīng)過單片機預處理過的信號，從單片機傳輸給手機接收，手機端是以APP的形式呈現(xiàn)的，大致的過程是：打開APP>APP提示啟用藍牙功能>啟用藍牙功能>手機接收來自單片機的數(shù)據(jù)>數(shù)據(jù)處理結果顯示在屏幕上。加上現(xiàn)階段，隨著隨著智能手機和iPad等移動終端設備的普及，使著手機APP不僅僅在于能隨時隨地實用的便捷性，更在于豐富了用戶的生活方式。

2.智能斷電器的控制方案及信號交換技術方案的確定

2.1智能斷電器的控制方案

所謂的智能化，簡單來說就是自動化，讓家里的總電源按照我們的意愿來為我們服務，我們通過手機APP來自由的發(fā)送控制信號和接受終端斷電器所傳輸?shù)男畔ⅲ寯嚯娖髯兊煤臀覀內祟愐粯映錆M“智慧”。

斷電器是由固定在斷電器底板上的斷電器觸點和斷電器凸輪組成。它的作用是周期性的通斷點火線圈初級回路，一般由觸電和斷電凸輪組成。這里我們實現(xiàn)的智能斷電器是通過手機APP與項目中的藍牙來控制電路中的繼電器，用繼電器來斷開用電器的電路。

2.2信號交換技術方案的確定

該項目通過手機APP發(fā)出一個信號，再利用項目中的藍牙模塊設備來接受手機發(fā)出的數(shù)據(jù)信號，從而輸出一個和原來相反的電平，以此來帶動繼電器，就可以實現(xiàn)開和關的動作。

3.系統(tǒng)硬件選擇

3.1藍牙模塊

藍牙模塊大致可分為三大類型：數(shù)據(jù)傳輸模塊、遠程控制模塊和串口通信模塊。藍牙設備的內部有設備地址，是藍牙技術運算的核心，也是負責藍牙系統(tǒng)能夠正常工作的控制參數(shù)，其主要通過頻道訪問碼以及跳頻序列和加密密鑰這幾個部分組成。在該項目中是用到了數(shù)據(jù)傳輸模塊，遠程控制模塊通過手機APP來實現(xiàn)。以實現(xiàn)近距離無線通信，達到傳輸信號與數(shù)據(jù)的準確通信。通過手機APP與項目中的藍牙模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，把需要設定的時間或者命令發(fā)送過去，存放在eeprom中或者與單片機連接的藍牙模塊10通信，通過單片機讀取定時芯片的時間和之前所存入的時間進行比較，當時間相同后進行定時斷電。或檢驗10口所輸入的電平高低，以智動的執(zhí)行命令。

3.2電源模塊的設計

220V市電經(jīng)220V/12V變壓器降壓后得到的雙12V交流電壓，在將得到12V交流電壓經(jīng)12V/5V變壓器降壓后得到的雙5V交流電壓，在經(jīng)過橋式整流即可得到直流5v電壓。然后直接將電源與斷電器相連接，在斷電器里裝有繼電器，以便繼電器控制斷電器的通電和斷電。

3.3各個模塊電路的構建

繼電器的設計以實現(xiàn)智能控制開和關的動作；AVR單片機的最小系統(tǒng)的擴展模塊；內嵌微處理器，通過與Android系統(tǒng)智能設備交互，不僅可以實現(xiàn)定時通斷電，還可實現(xiàn)更加復雜的通斷電策略；在插線板中內嵌微處理器，實現(xiàn)多路單獨通斷電的控制，通過內嵌藍牙通信模塊，可使手機藍牙與微處理器交互實現(xiàn)方便快捷的操控。

4.軟件設計

由于硬件的可重構設計，不同模塊的硬件實現(xiàn)分模塊編寫程序和有關手機APP開發(fā)。用戶不僅可以通過設置各個家居電器的使用狀態(tài)，還可以通過手機APP看到家居電器的使用情況，例如，可通過無線數(shù)據(jù)傳輸看到電器設備使用時所用的功率大小，并可直接通過手機控制某電器的狀態(tài)。若同一時間使用的電器設備過多，而導致功率過大，那么所設計的斷電器中的主控器便可通過之前所設計的家居電器的優(yōu)先級使用來斷開某部分的用電設備，或者讓它保持在一個小功率的穩(wěn)定值。

5.結語

總而言之，基于藍牙智能斷電器適用于某些需要定時斷電應用場景，方便了人們的生活水平，也促進了家電智能化。智能斷電器有著非常實際的應用價值及巨大的發(fā)展空間，在市場前景方面也有著沖擊力。但在目前，已售帶定時斷電功能插線板，功能簡單、設置復雜，而插線板僅為一路單控，對于需要分路控制的情況無法適用。所以在實際的發(fā)展過程中還有諸多問題有待進一步解決。由于本文篇幅限制不能進一步深化探究，希望此次理論研究能起到拋磚引玉的效果。