探討Wi—Fi型智能插座的設計與實現

鄧小海

摘要：經濟的發展和科技的進步，促使住宅和家電智能化的普及率越來越大。移動互聯網可以讓移動終端用戶隨時隨地訪問網絡、進行位置定位、同時保持用戶的隱私及獨立性。智能手機作為最常用的移動終端，擁有強大的遠程處理能力，是促進住宅與家電智能化不可或缺的工具。目前占據市場主要份額的為整體智能家居方案，這種整體方案集中控制安監系統、照明系統、家電控制系統、窗簾系統、娛樂影音系統，呈現出購買成本高、安裝部署不便利、操作繁瑣交互性差等特點，很難真正進入普通百姓家。本文以智能插座作為立足點，進而探討基于Wi-Fi型的智能插座的設計與實現方案。

關鍵詞：Wi-Fi 智能插座 智能手機

中圖分類號：TM5.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0205-02

上個世紀八十年代末，智能家居概念第一次被提及，直到最近三年才被普遍流傳。經濟的發展促使人們開始追求更高品質的生活，科技的進步也讓智能家居放下昂貴的身價慢慢走進人們的生活中。智能手機的發展為智能家居提供了良好的操作平臺，云計算技術為智能家居提供了海量數據計算和存儲能力，而傳感器、處理器技術的進步也讓智能家居在兼顧性能的同時降低了成本從而具備更加好的性價比。然而智能家居為整體系統方案，具有購買成本高、安裝部署不便利、操作繁瑣交互性差的特點[1]。為此，本文將探討獨立性智能家居的解決方案，即Wi-Fi型的智能插座的設計與實現方案。

1 Wi-Fi型智能插座整體設計方案介紹

Wi-Fi型智能插座設計方案包含三個部分：（1）硬件控制平臺；（2）SAE云計算控制平臺；（3）微信公共賬號操作平臺。本設計的重點在于利用手機微信軟件結合SAE云計算控制平臺來完成對Wi-Fi型智能插座的控制[2]。

2 Wi-Fi技術及云計算平臺介紹

Wi-Fi也被稱作無限高保真技術（Wireless Fidelity），采用的協議標準為IEEE802.11標準。日常生活中手機、筆記本電腦、打印機等電子設備都可以通過Wi-Fi連接到無線局域網中。Wi-Fi具備一些藍牙無法比擬的優越性：（1）Wi-Fi傳輸距離比藍牙更遠，最大有效距離可以達到200米；（2）Wi-Fi傳輸速度優于藍牙，最大傳輸速度可以達到11Mbit/s；（3）Wi-Fi比藍牙更容易組網，通過無限路由器可以實現多個終端設備連接。

云計算（Cloud Computing）是一種基于虛擬化技術對網絡中大規模可擴展的分布式計算資源進行整合，并以基礎架構、平臺、軟件等形式對外服務的超級計算模式。

本設計Wi-Fi型智能插座的方案，將采用新浪云計算平臺SAE來部署服務器后臺Web應用。SAE是一個簡單高效的分布式Web服務開發、運行平臺，對外提供PaaS服務，支持PHP、Python、Java等多種Web開發語言。

3 智能硬件平臺設計

Wi-Fi型的智能插座的硬件方案設計包含中央處理器模塊、電源轉換模塊、通信模塊、時鐘模塊、電能計量模塊、繼電器控制模塊、插座及外殼等。本設計采用基于ARM架構的BCM2825處理器（樹莓派（Raspberry Pi））用來滿足Wi-Fi型智能插座的功能及可擴展性的需求。樹莓派是一款基于Linux系統的開源微型計算機，其大小與身份證相當。樹莓派最大的特點是硬件是開源的，設計開發者可以根據其開源電路圖來自行設計修改PCB圖。電源轉換模塊采用三端穩壓管LM7805提供穩定的5V直流供電。

4 服務器端軟件設計

服務器端軟件設計由如下兩部分組成：（1）微信公眾平臺賬號的申請與設置；（2）SAE Web應用設置。最終將實現所有通過手機微信公眾賬號平臺發送的執行指令傳輸至SAEWeb應用中，SAEWeb應用進行執行指令的解析和處理，然后將解析和處理后的指令信息傳輸到智能硬件平臺中來完成相應的控制方式。

4.1 微信公眾平臺帳號的申請與設置

微信公眾平臺賬號是基于實名認證的基礎上使用的，注冊者通過實名認證便可以使用微信公眾平臺里的功能[3]。本設計中Wi-Fi型智能插座將會使用其高級功能，高級功能可以選擇編輯模式和開發模式，每種模式只能單獨啟動。開發模式通過使用公眾平臺提供的開發接口，可以實現通過給微信公眾賬號發送微信指令來控制Wi-Fi型智能擂座的目的。

用戶信息交互、自定義菜單交互功能都可以在微信公眾平臺的開發接口中實現，具體實現過程如下：（1）用戶通過手機微信公眾平臺發送指令信息到已經開啟開發接口的公眾賬號中，公眾賬號平臺服務器將自動啟用Http用來推送第三方服務器的URL鏈接；（2）第三方服務器的響應包回復特定結構在響應推送后將回復信息給用戶；（3）用戶通過回復的URL鏈接信息和Token簽名信息來驗證URL的有效性，并且完成開發模式的設置。

在Wi-Fi型智能插座使用過程中，操作流程具體如下：（1）用戶通過手機微信公眾平臺發送文本信息到公眾賬號中；（2）文本信息轉換成XML數據包，然后POST到服務器的URL中；（3）服務器將接收并解析數據包的有效性并進一步執行有效指令；（4）將執行結果反饋到用戶手機微信公眾平臺中。

其中接收文本消息的XML數據包格式如下所示。

<！[CDATA [toUser]] >；ToUserName開發者的公眾賬號

<！[CDATA[fromUser]] >；FromUserName普通用戶的賬號

l348831860；CreateTime消息創建時間

<！[CDATA[text]p；MsgType是接收消息的類型

<！[CDATA[this is a test]] >；Content是具體的文木消息內容

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