物聯網技術下智能插座的設計與應用

郭春育

摘 要：物聯網技術隨著時代不斷發展和科研水平的提高，在人們的生活中無處不在。在物聯網技術基礎之上，通過對智能插座的設置，能夠實現對設備狀態的實時掌控，并具有節約能源的重要意義。本文主要是基于物聯網技術背景之下，對智能插座的優勢、設計與實際應用進行主要探析。

關鍵詞：物聯網技術 智能插座 設計 應用

中圖分類號：TN915.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0045-02

物聯網技術，即以內部傳感器、GPS、射頻識別（RFID）等為主要的載體，并在遵照互聯網協約的情況下，將設備與網路進行對接，在內部進行信息的互相傳遞，是時下智能化時代的主要產物與新興技術。該項技術應用廣泛，能夠使萬物之間進行聯合調動。通俗來講，智能插座即為節能插座，應用相對廣泛且有一定的發展空間。它能在內部放置Wi-Fi模塊，能夠防電擊、短路、運轉過載、漏電等。物聯網技術在其中的具體功能設計與應用將在本文進行探討。

1 基于物聯網技術的優勢解析

1.1 總體框架的設計

智能插座在辦公地點及家庭中的使用日益普及，主要使用在公用電器中。它能夠通過內部傳感器對于電流信息進行實時監測，若電流負載過大，會自動切斷電源，降低能源的消耗[1]。在物聯網的環境之下，智能插座的功能模塊主要有電氣通斷模塊、電能傳感模塊、處理器及無線通信模塊、存儲模塊以及電源模塊等。其中，電源模塊在眾多功能模塊中直接供應電流電壓；傳感器能夠對耗電量進行狀態傳輸。

1.2 智能插座的優勢

基于物聯網技術下的智能插座的設備終端為計算機，并對子系統以及各部件進行實時監測與狀態維修，以達到節約電能的目的。我國的社會主義經濟的不斷構建，興起了多個社會主義事業的大發展，在電力需求上日益增加，因此需要消耗大量瓦時的電能。而智能插座的設計出現，對于電能的節約與環境的保護都有重大意義，它屬于一路可編程（PLC）自動控制安全節能轉換器[2]。在功能優勢中，概括為以下幾個要點：（1）在辦公地點或家中的公共電源中，智能插座能夠進行實時的狀態監測與自動定時控制，并對內部的程序進行有效編程。（2）智能插座使用了特殊性的編程，擁有一套完整的系統機制，可對被控電源進行高效節能與對不同狀態展開對應方案。且本身在靜態能耗與動態能耗中所消耗的總功率小于20mW，并進行多重電路保護。（3）它對內部的程序編程操作靈活，并且附帶清除與恢復的功能。可用于多種需定時控制通斷電的設備，如電腦、空調、燈具、飲水機等。

2 智能插座的系統總體設計

2.1 設計要求

智能插座作為市面上新興的電氣產品，并基于物聯網的技術應用下，在總體的設計環節中，同時運用了綜合性的多項技術，如Wi-Fi無線通信技術、系統應用技術、服務器應用技術等。它在應用領域中，多嵌入于對被控地點實施遠程監控，用戶能在遠程的范圍下，通過GPRS、Wi-Fi等方式連接智能設備，并通過局域網對被控地點中的智能插座進行實時的掌控，形成在多方位上對相關設施的有效控制。在它的具體設計要求中，應具備如下幾點：（1）在內置的Wi-Fi芯片中，能對智能插座連接的各種電器設備利用Wi-Fi熱點進行數據的傳輸以及通訊。（2）用戶可使用智能移動設備用GPRS、Wi-Fi等方式進行聯網，對被控范圍內的智能插座進行不限地點、形式的實時掌控。（3）用戶可使用智能移動設備中的軟件對智能插座進行時間設置，以對與其連接的家用電器設備進行電源的通斷。（4）智能插座應對連接的各家用電器設備進行電流電能情況的實時記錄，并對耗電量進行檢測與分析。它在輸入交流電壓時，一般為AC180～250V，輸出電壓為180～250V；USB插口的輸出電流為DC-5V；最大（MAX）值的負荷承載能耗為2200W，MAX值電荷負載電流10A；在日常工作中，所需的溫度范圍0℃～40℃[3]。另外，智能插座在通訊的各項指標范圍應該遵循IEEE 802.11b/g/n的國際規章。

2.2 主要方案

為了實現上述的智能插座具體設計要求，本文依照既定目標以及實際環境進行了主要方案的設計。智能插座的總體設計要求概括起來即為使用智能移動設備進行數據的接收、發送、轉發、存儲，能夠對電器設備進行實時的狀態監測。兩者的共態，必須依托于互聯網形式，而不同計算機設備進行互相通信的端口為套接字（Socket）。所產生的數據為雙向流，主要由IP地址、目標端口號等進行傳輸，并運用自TCP/IP協議的網絡通信基礎。它通常分為三種：（1）流套接字（SOCK-STREAM），是具有穩定性能的數據傳送。（2）原始套接字（SOCK-RAW），能對網絡的模型底層協議進行直接的訪問。（3）數據包套接字（SOCK-DGRAM），它主要在沒有連接服務的狀態下，進行數據傳輸[4]。在套接字對客戶端與服務器進行端口連接時，互聯網端口需進行主要的運行，并等待用戶進行連接請求；在軟件客戶端運行過程中，能向互聯網端口發送指定IP；當雙方都接受到連接請求時，通過對雙方的網絡連接能夠建立起套接字的端口；在連接成功之后，兩個端口之間能進行數據狀態的實時傳輸，即輸出流與輸入流，并建立通信模式；當兩個端口之間的任意一方在數據傳輸完畢之后，就完成了輸入流與輸出流的對接，并結束數據通信模式。該套方案即C/S通信模式，能為智能插座提供系統化的主要方案。在物聯網技術中利用不同的端口進行數據的狀態傳輸，能夠最大化實現智能插座的主要功能。在智能插座的系統解決方案中，概括起來為：在互聯網中設置一個具有公網IP的服務器，即Internet網絡，它可分支為GPRS、3G、4G網絡與無線路由器，通過這兩大類方式均可利用手機等智能終端設備實施對智能插座的控制。

3 實際應用

在智能插座的實際應用中，它通過與各個電器之間的連接，對其電流電能進行實時的狀態監測與保護，能夠及時地向用戶進行數據的反饋。在對電器進行智能化控制時，能夠對其進行節電保護，解決電視機、家庭影院系統設備以及電腦設備的待機能耗問題。智能插座主要通過其中的節能模塊，對設備的待機電流進行自動檢測，并在無工作狀態之下，將設備的電流電源進行完全的切斷，使電器消耗的總功率降到0W，以達到對電能的節約，減少不必要的消耗。因此，智能插座在家用電器的應用中能夠實現安全、節能、環保的主要功效。科學技術的不斷涌現，使得各類智能設備層出不窮。而在未來的發展趨勢中，智能設備的使用會占據主體的發展位置，人們的生活方式也會隨著發生翻天覆地的改變，智能插座已經是生活改變的一部分體現，給生活工作環境帶來極大的便利。

4 結語

以上內容均為物聯網技術下對智能插座結合智能家居的設計與應用，本文主要從網絡通信、智能插座的系統設計以及總體方案進行了主要的分析。智能插座屬新式產品，在我國的市場中投入較少，主要是緣于我國目前未進行明確的規范制定以及用戶在這方面的了解不多，未進行大力普及。它的發展軌跡與未來以智能化為主體方向的發展相互契合，因此在市面上以及潛在空間上具有很大的發展價值，要不斷結合物聯網的應用，將技術水平進一步提高。

參考文獻

[1] 李偉，李一真，王志梁，等.基于物聯網技術的智能插座設計與實現[J].山東電力技術，2015，42（6）：55-58.

[2] 孫杰，胡乃軍，郭志卓.基于物聯網的智能插座設計[J]. 中國科技信息，2015（5）：96-98.

[3] 徐偉，姜元建，王斌.ZigBee技術在智能插座設計中的應用[J].電力系統通信，2013，32（3）：78-81.

[4] 谷雨茜.物聯網環境下智能插座的設計[J].產業與科技論壇，2016，15（12）：61-62.