智能家居中無線智能插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何衛(wèi)亮

摘要：隨著社會的不斷進(jìn)步，科技的不斷發(fā)展，智能產(chǎn)品已經(jīng)逐漸走入大家的視野當(dāng)中，被越來越多的人所關(guān)注到，甚至走進(jìn)了家居行業(yè)。本文中就詳細(xì)的介紹了一種在物聯(lián)網(wǎng)背景下的無線智能插座系統(tǒng)，此系統(tǒng)充分展現(xiàn)了家用電器的信息化與智能化，擁有無線通信、供電過程控制、電能計(jì)量等多項(xiàng)功能。并使用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)、紅外遙控等各種方式進(jìn)行無線通信，客戶也可以通過手機(jī)短信、遠(yuǎn)程遙控等方式完成插座的電能監(jiān)測、通斷控制、定時任務(wù)等多項(xiàng)功能，不僅滿足了客戶的室內(nèi)遙控需求，還能夠滿足室外等遠(yuǎn)程遙控需求，而且此智能插座還擁有過溫、過流等安全措施，確保了客戶的用電安全。在經(jīng)歷過反復(fù)檢測之后，確定了系統(tǒng)的安全性與可靠性。通過智能家居的迅速發(fā)展與普及，此項(xiàng)設(shè)計(jì)將會擁有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能家居；無線智能；插座系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展項(xiàng)目，智能家居以生活住宅為主要發(fā)展平臺，通過利用傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)功能，將各式各樣的智能設(shè)備進(jìn)行集中管理與控制，進(jìn)而創(chuàng)造出更加環(huán)保、舒適、便利、高效、便利的生活環(huán)境。一般情況下，日常使用的插座只能提供給我們電能輸出等功能，沒有過溫、過流等保護(hù)功能，并且其控制方法比較單一，根據(jù)當(dāng)前情況分析，本文提出一個成本低、安全性能高的無線智能插座系統(tǒng)，并對這一系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)解說。

一、智能插座的簡介

智能產(chǎn)品已然成為現(xiàn)代生活中不能夠缺少的東西，它大大提高了人們的日常生活水平，并且在生活節(jié)奏如此之快的情況下也為大家提供了不少便利。而智能插座不僅擁有過溫過流保護(hù)，還具有功率監(jiān)測、無線通信、定時通斷等多項(xiàng)功能，客戶也可以應(yīng)用紅外遙控進(jìn)行一對一的室內(nèi)或遠(yuǎn)程遙控，也可以運(yùn)用觸摸屏對插座節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理與控制，當(dāng)客戶離開住處時還可以使用手機(jī)短信對插座進(jìn)行管理控制。其系統(tǒng)管理與控制的多種多樣化，能夠充分滿足客戶在不同環(huán)境下的應(yīng)用需求[1]。

智能插座節(jié)點(diǎn)使用的是STM32單片機(jī)作為插座的核心控制，通過可控硅對插座通斷進(jìn)行控制，電流檢測模塊把輸出信號經(jīng)過調(diào)理后，再由單片機(jī)的AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換，計(jì)算出負(fù)載功率。并且智能插座的節(jié)點(diǎn)設(shè)置了無線射頻收發(fā)和紅外接收電路，客戶不僅可以用紅外遙控對插座節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，還可以運(yùn)用上位機(jī)系統(tǒng)對其進(jìn)行統(tǒng)一控制和管理。

二、插座的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)

（一）智能插座的通斷控制

插座通斷電路應(yīng)用的是晶閘管器件，它不僅容量大、體積小、控制靈活、工作電壓高，還對使用在大功率之下的電能轉(zhuǎn)換和無觸點(diǎn)控制，有著其他器件所沒有的強(qiáng)大功能。比如使用傳統(tǒng)開關(guān)、繼電器等方式進(jìn)行家用電器控制時，斷開與接連的瞬間會出現(xiàn)電火花，而且負(fù)載功率越到，產(chǎn)生的火花就越大。這樣的電火花不但會降低開關(guān)應(yīng)用壽命和燒蝕開關(guān)觸點(diǎn)，還會在環(huán)境中有可燃?xì)怏w時引發(fā)爆炸、燃燒等大型事故。可是把插座的開關(guān)更換為晶閘管電路，因?yàn)榫чl管控制電路是沒有觸點(diǎn)的，就會避免斷開與接通的瞬間發(fā)生電火花，而且不管是容性負(fù)載、阻性負(fù)載，還是感性負(fù)載，晶閘管都可以完成電流的通斷，還可以做到上千小時的持續(xù)工作也不會出現(xiàn)故障問題，應(yīng)用壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比普通的觸點(diǎn)開關(guān)與繼電器長很多很多[2]。

（二）功率檢測

傳統(tǒng)的電流檢查大多數(shù)都會使用電流互感器，因?yàn)榇嬗谐杀靖摺⒅亓恐亍⒔^緣困難、輸出端無法開路、容易受到電磁干擾等方面的缺點(diǎn)，所以智能插座的設(shè)計(jì)時使用的為霍爾傳感器（ACS712ELCTR-05B）來收集電流數(shù)據(jù)，其中檢測電流最大的為±5A，能夠充分滿足家用電器的檢測需求，此器件內(nèi)部設(shè)置了偏低置的霍爾傳感器，能夠檢測與輸出交流和直電流成比例的電壓。并且擁有響應(yīng)時間快、絕緣電壓高、方便使用、性價比較高、低噪音等特點(diǎn)。VIOUT在經(jīng)歷過濾波之后，就會由單片機(jī)模擬輸入端實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過被測電流的關(guān)聯(lián)與ACS712的輸出電壓，設(shè)定值和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)超出了設(shè)定值，單片機(jī)就會立即切斷電源并且進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對家用電器的功率測量和保護(hù)功能[3]。

（三）控制方法

插座節(jié)點(diǎn)使用手機(jī)短信、無線射頻、紅外遙控等多種方式接收客戶操作，以便客戶在遠(yuǎn)距離和近距離對插座進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)客戶和插座之間沒有遮擋物的情況下，就可以應(yīng)用紅外遙控對其進(jìn)行控制，在無線射頻中就可以運(yùn)用觸摸屏對插座節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理控制。在客戶離開住宅，并且有一定距離的情況下，就可以發(fā)送短信到上位機(jī)中心，完成對智能插座的遠(yuǎn)程遙控。

三、功能的分析與實(shí)驗(yàn)

在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，傳感器的通信性能是相當(dāng)重要的，為了能夠很好的測試系統(tǒng)通訊性能，選擇了丟包率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評價，并且因?yàn)橄到y(tǒng)的主要應(yīng)用在于智能家居系統(tǒng)，所以就選擇在住宅區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便更真實(shí)的觀察與測量。首先第一次把七個插座節(jié)點(diǎn)裝置在同一個樓層，并把協(xié)調(diào)器放在相近樓層，給每一個節(jié)點(diǎn)在不同時間發(fā)送1000數(shù)據(jù)包，第二次把七個插座節(jié)點(diǎn)裝置在同一個樓層，在把協(xié)調(diào)器安置在距離節(jié)點(diǎn)2層樓的位置上，給每一個節(jié)點(diǎn)在不同時間再次發(fā)送1000數(shù)據(jù)包，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以明顯看出協(xié)調(diào)器與節(jié)點(diǎn)安置在相近樓層的時候，通信范圍可以達(dá)到四十米左右，而當(dāng)距離有兩層樓高時，其通信范圍就會達(dá)到二十米左右，所以系統(tǒng)的通訊性能是能夠滿足無線智能家居的通訊需求的[4]。

結(jié)束語：

綜上所述，這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了霍爾傳感器、STM32單片機(jī)、晶閘管電路和無線接收發(fā)射板塊在單片機(jī)控制下的智能無線插座，通過使用紅外遙控、手機(jī)短信、上位機(jī)觸摸屏等三種方法對插座實(shí)施無線控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離和近距離環(huán)境下的監(jiān)控需求。并且這一系統(tǒng)很大程度的方便了智能住宅的升級改造，提高了人們的生活質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳翠娟.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居插座群監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識與技術(shù)，2017，19（28）：272-273，281.

[2]曾明如，羅浩，徐小勇，等.基于ARM和nRF905組網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，27（4）：1418-1420，1427.

[3]張壇.基于的嵌入墻體式智能插座系統(tǒng)的研究[D].安徽大學(xué)，2017.22（28）：272-273，281.

[4]劉繼中.一種基于的智能插座控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連海事大學(xué)，2016.12（28）：272-273，281.