智能無線插座的設計

田浩東+彭遠芳+鄧敏

摘 要：新興的智能住宅采用一系列高新技術，實現服務、信息和系統資源的高度共享，為住戶提供一種更加安全、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備都不具有遙控的功能，這樣給智能化控制帶來了很大的障礙。智能無線插座可以彌補日常生活中的諸多不足，通過無線傳輸實現插座的通斷并可實時監測記錄插座的輸出功率。智能無線插座以單片機為核心元件，與功率測量模塊、顯示模塊、無線傳輸模塊、電源及按鍵等構成智能無線插座系統。在智能無線插座上插入用電設備之后，顯示屏即刻顯示此時該用電設備的用電功率和插座內部溫度，當人們無法立刻手動將用電器斷電的時候，可以對插座進行控制，從而能夠安全用電。這樣一款智能插座運用于人們的生活中將會更加方便、安全、環保。

關鍵詞：單片機；智能插座；C語言

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

隨著科學技術的飛速發展，高新技術的應用尤其是電子信息技術的快速發展，家居安全以及能源危機、節能減排等的要求不斷提升，能源產業的發展機制提上日程。對于今后智能家居應用的一個大項分支，以及智能控制領域，無線智能插座的硬件基礎與無線智能控制的結合符合客觀技術發展的要求。鑒于此，本文主要基于單片機建立一種可操作性高的智能無線插座系統，以實現家居用電環境的安全便捷，可對接入智能插座的家庭電器的用電情況進行實時監測，當用電器用電總功率達到最大設定功率，插座可自動斷電并報警。插座自帶顯示器可實時顯示用電情況及各獨立插口的狀態，并將用電情況和插口狀態發送至外置上位機，上位機可遠程發送各種命令，并在其液晶顯示器上顯示。

1 智能無線插座的硬件設計

智能無線插座下位機以單片機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、無線通信模塊等組成，結構框圖如圖1所示。

本設計采用STC89C52RC單片機，單片機最小系統是單片機連接電路中最基本的部分，它的周圍電路主要由電源電路、復位電路、時鐘震蕩電路三部分組成。

本設計的液晶顯示器采用Nokia5110，Nokia5110對每個文字進行單獨取模，在把文字轉化為圖像的處理方法上有所不同，具體來說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。

本設計的控制主要通過繼電器控制電路實現，當需要切斷插座的供電時，單片機相關端口變為低電平，經過光耦和三極管控制繼電器線圈，從而控制繼電器開關動作，達到控制插座的目的。

本設計的無線通信采用XL01-232AP1模塊，XL01-232AP1是UART接口半雙工無線傳輸模塊，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認證規格，滿足無線管制要求，無需申請頻率使用許可證。該模塊采用高性能基頻晶振，符合工業環境的使用要求。 XL01-232AP1采用串口調試軟件可以設置輸出功率（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、產品ID等等。

本設計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、功率的測量，同時還能進行串口通信，方便與上位機進行數據傳輸。PZEM-004T（V1.0）通過串口與單片機相連。本設計中無線通信電路和電量采集電路都是通過串口與單片機連接，為了能區分兩個模塊，本設計采用模擬開關連進行兩個模塊與單片機的連接。

2 智能無線插座的軟件設計

本設計軟件工作流程如下：系統通電運行后，首先進行系統初始化，然后進入工作狀態。下位機首先檢測上位機是否向其發送指令，如果有相關指令，則執行相關指令，如果沒有相關指令，則開始讀取功率測量模塊的數據，獲得插座的相關功率數據，讀取功率數據后，將該數據發送給上位機，同時下位機本身也顯示出相關功率數據；下位機還會進行功率是否超限的判斷，經過判斷如果功率沒有超限，則開始下一個工作循環；如果判斷出功率超限，則下位機對插座的通斷進行控制，從而控制插座輸出功率。

3 結論

本項目提出一種具有安全監測功能的智能插座的設計方案。主要在普通插座供電的基礎上同時完成電流控制、數據采集和數據傳輸等功能。該插座可應用于用電情況的遠程監控系統中，可以通過外設按鍵對電源進行定時開或關，查看每個電源當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，同時也能對用電安全進行實時檢測，具有一定使用價值。

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