基于WiFi控制的智能繼電器模塊設計

浙江工貿職業技術學院 溫作銳

基于WiFi控制的智能繼電器模塊設計

浙江工貿職業技術學院 溫作銳

物聯網技術的發展，使用手機軟件控制電器工作越來越普遍。設計一款全新的智能電器控制系統難度大、耗時長、成本高。本文設計一款基于WiFi控制的智能繼電器模塊，通過改裝電器，通過手機軟件控制智能繼電器模塊的通斷實現電器的通斷電功能，達到智能化的效果。

STM8；WiFi；繼電器

0 引言

隨著物聯網技術的發展，使用手機APP控制電器工作越來越普遍。為了達到電器智能化，降低成本，設計一款基于WiFi控制的智能繼電器模塊十分有必要，通過繼電器的通斷控制電器的上電與斷電，達到智能控制的效果。

1 設計方案

本文采用STM8微控制器作為核心控制模塊，通過esp8266 WiFi模塊進行數據通訊，設計手機軟件APP發送數據，控制器接收信息后經過處理控制繼電器模塊通斷并返回處理信息至手機APP進行顯示。在原有的用電設備上加裝智能繼電器模塊，通過手機控制繼電器的通斷達到用電設備的通斷電，實現智能化的效果。系統的方案示意圖如圖1所示。

圖1 智能系統方案示意圖

2 硬件設計

本系統設計的智能繼電器模塊需要體積小、集成度高、方便嵌入等特點，根據各芯片的功能特點，系統的硬件設計主要包括單片機最小控制模塊、WiFi通訊模塊和繼電器控制模塊。系統的硬件設計方案框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件設計方案圖

2.1 單片機最小控制模塊

系統設計采用STM8單片機作為主控制芯片。STM8系列單片機是意法半導體公司生產的8位的單片機，具有處理速度快、功耗低、外部資源豐富等特點。根據芯片手冊以及功能設計，系統主要設計了單片機的復位電路、電源電路、晶振電路，并引出部分I/O口資源，方便功能的擴展。

2.2 WiFi通訊模塊

本系統設計采用的通訊模塊為樂鑫ESP8266，是一個完整且自成體系的 WiFi 網絡解決方案，能夠獨立運行，也可以作為 slave 搭載于其他 Host 運行。ESP8266 強大的片上處理和存儲能力，使其可通過 GPIO 口集成傳感器及其他應用的特定設備，實現了最低前期的開發和運行中最少地占用系統資源。ESP8266 高度片內集成，包括天線開關balun、電源管理轉換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模塊在內的整個解決方案在設計時將所占PCB空間降到最低。WiFi通訊模塊設計的電路原理圖如圖3所示。

圖3 WiFi模塊電路

2.3 繼電器控制模塊

當微控制器通過WiFi模塊接收手機APP發送的數據后會進行分析處理，根據處理的結果進行繼電器動作。繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。

3 軟件設計

系統的軟件設計包括上位機程序與下位機程序。下位機程序涉及到單片機數據的傳輸、處理、判斷、控制；上位機程序主要包括手機APP軟件設計以及數據的通訊。

3.1 上位機程序

系統的上位機程序需要設計手機APP軟件。用戶通過操作手機APP，控制繼電器的通斷達到用電設備的通斷電。用戶根據手機頁面提示操作發送數據給遠程的繼電器；同時手機也能接受遠程發送過來的數據并進行顯示，方便用戶了解遠程設備的狀態。

3.2 下位機程序

系統的下位機程序需要設計嵌入式單片機程序。單片機通過WiFi模塊接收手機發送過來的數據進行處理后判斷，控制繼電器動作，并把繼電器的狀態發送給手機。

4 結論

本系統設計的基于WiFi控制的智能繼電器模塊，可以在原有的電器上面進行改裝，通過控制繼電器的通斷實現電器的通斷電，達到智能化的效果。經過測試該模塊具有一定的開發價值和市場前景。

[1]劉繼中．一種基于WiFi的智能插座控制系統設計與實現[D]．大連海事大學,2016．

[2]張小紅．基于Android的無線智能家居系統設計與研究[D]．電子科技大學,2016．