智能無(wú)線插座的設(shè)計(jì)

田浩東+彭遠(yuǎn)芳+鄧敏

摘 要：新興的智能住宅采用一系列高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)、信息和系統(tǒng)資源的高度共享，為住戶(hù)提供一種更加安全、舒適、方便的智能化、信息化生活空間，而目前住宅中很多的電器設(shè)備都不具有遙控的功能，這樣給智能化控制帶來(lái)了很大的障礙。智能無(wú)線插座可以彌補(bǔ)日常生活中的諸多不足，通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)插座的通斷并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄插座的輸出功率。智能無(wú)線插座以單片機(jī)為核心元件，與功率測(cè)量模塊、顯示模塊、無(wú)線傳輸模塊、電源及按鍵等構(gòu)成智能無(wú)線插座系統(tǒng)。在智能無(wú)線插座上插入用電設(shè)備之后，顯示屏即刻顯示此時(shí)該用電設(shè)備的用電功率和插座內(nèi)部溫度，當(dāng)人們無(wú)法立刻手動(dòng)將用電器斷電的時(shí)候，可以對(duì)插座進(jìn)行控制，從而能夠安全用電。這樣一款智能插座運(yùn)用于人們的生活中將會(huì)更加方便、安全、環(huán)保。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能插座；C語(yǔ)言

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.146

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，高新技術(shù)的應(yīng)用尤其是電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，家居安全以及能源危機(jī)、節(jié)能減排等的要求不斷提升，能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)制提上日程。對(duì)于今后智能家居應(yīng)用的一個(gè)大項(xiàng)分支，以及智能控制領(lǐng)域，無(wú)線智能插座的硬件基礎(chǔ)與無(wú)線智能控制的結(jié)合符合客觀技術(shù)發(fā)展的要求。鑒于此，本文主要基于單片機(jī)建立一種可操作性高的智能無(wú)線插座系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)家居用電環(huán)境的安全便捷，可對(duì)接入智能插座的家庭電器的用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)用電器用電總功率達(dá)到最大設(shè)定功率，插座可自動(dòng)斷電并報(bào)警。插座自帶顯示器可實(shí)時(shí)顯示用電情況及各獨(dú)立插口的狀態(tài)，并將用電情況和插口狀態(tài)發(fā)送至外置上位機(jī)，上位機(jī)可遠(yuǎn)程發(fā)送各種命令，并在其液晶顯示器上顯示。

1 智能無(wú)線插座的硬件設(shè)計(jì)

智能無(wú)線插座下位機(jī)以單片機(jī)STC89C52RC為核心，外圍電路包括電源電路、繼電器控制電路、按鍵電路、顯示電路、無(wú)線通信模塊等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)，單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)連接電路中最基本的部分，它的周?chē)娐分饕呻娫措娐贰?fù)位電路、時(shí)鐘震蕩電路三部分組成。

本設(shè)計(jì)的液晶顯示器采用Nokia5110，Nokia5110對(duì)每個(gè)文字進(jìn)行單獨(dú)取模，在把文字轉(zhuǎn)化為圖像的處理方法上有所不同，具體來(lái)說(shuō)是如果要橫向取模的話則把輸入的文字縱向排列成圖像，而縱向取模的話則把輸入的文字橫向排列成圖像。

本設(shè)計(jì)的控制主要通過(guò)繼電器控制電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng)需要切斷插座的供電時(shí)，單片機(jī)相關(guān)端口變?yōu)榈碗娖剑?jīng)過(guò)光耦和三極管控制繼電器線圈，從而控制繼電器開(kāi)關(guān)動(dòng)作，達(dá)到控制插座的目的。

本設(shè)計(jì)的無(wú)線通信采用XL01-232AP1模塊，XL01-232AP1是UART接口半雙工無(wú)線傳輸模塊，可以工作在433MHz/868MHz/915MHz公用頻段。符合歐洲 ETSI（EN300-220-1和EN301-439-3）及FCC 15.247/15.249認(rèn)證規(guī)格，滿足無(wú)線管制要求，無(wú)需申請(qǐng)頻率使用許可證。該模塊采用高性能基頻晶振，符合工業(yè)環(huán)境的使用要求。 XL01-232AP1采用串口調(diào)試軟件可以設(shè)置輸出功率（0-25dBm）、串口速率（1.2KBPS-38.4KBPS）、RF速率 （1.2KBPS-25KBPS）、串口格式（8N1，8O1）、工作頻率、產(chǎn)品ID等等。

本設(shè)計(jì)的電量采集模塊采用PZEM-004T（V1.0），該模塊是100A大功率帶互感器交流表通訊模塊，能夠完成交流電壓、交流電流、功率的測(cè)量，同時(shí)還能進(jìn)行串口通信，方便與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。PZEM-004T（V1.0）通過(guò)串口與單片機(jī)相連。本設(shè)計(jì)中無(wú)線通信電路和電量采集電路都是通過(guò)串口與單片機(jī)連接，為了能區(qū)分兩個(gè)模塊，本設(shè)計(jì)采用模擬開(kāi)關(guān)連進(jìn)行兩個(gè)模塊與單片機(jī)的連接。

2 智能無(wú)線插座的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)軟件工作流程如下：系統(tǒng)通電運(yùn)行后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后進(jìn)入工作狀態(tài)。下位機(jī)首先檢測(cè)上位機(jī)是否向其發(fā)送指令，如果有相關(guān)指令，則執(zhí)行相關(guān)指令，如果沒(méi)有相關(guān)指令，則開(kāi)始讀取功率測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)，獲得插座的相關(guān)功率數(shù)據(jù)，讀取功率數(shù)據(jù)后，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)下位機(jī)本身也顯示出相關(guān)功率數(shù)據(jù)；下位機(jī)還會(huì)進(jìn)行功率是否超限的判斷，經(jīng)過(guò)判斷如果功率沒(méi)有超限，則開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)；如果判斷出功率超限，則下位機(jī)對(duì)插座的通斷進(jìn)行控制，從而控制插座輸出功率。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目提出一種具有安全監(jiān)測(cè)功能的智能插座的設(shè)計(jì)方案。主要在普通插座供電的基礎(chǔ)上同時(shí)完成電流控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋Ｔ摬遄蓱?yīng)用于用電情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，可以通過(guò)外設(shè)按鍵對(duì)電源進(jìn)行定時(shí)開(kāi)或關(guān)，查看每個(gè)電源當(dāng)前的狀況以及電力的消耗情況。在一定程度上滿足了用電需求，同時(shí)也能對(duì)用電安全進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，具有一定使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊楠，韓波，李平.基于ZigBee的智能家庭無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò).機(jī)電工程，2007（02）：20-22.

[2]鄭嫻，姚銘.智能家庭網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì).智能建筑與城市信息，2006（08）：109-112.

[3]徐偉，姜元，建王斌.智能插座在智能家居系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用.中國(guó)儀器儀表，2010（10）：45-47.