基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程控制智能插座設(shè)計

【摘 要】 傳統(tǒng)電子技術(shù)完成的是本地數(shù)據(jù)的采集、保存、以及實現(xiàn)本地的控制，無法滿足遠程網(wǎng)絡(luò)控制。本系統(tǒng)結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)，設(shè)計了一款可以通過物聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制的智能插座系統(tǒng)。可以應(yīng)用于各種需要實現(xiàn)遠程控制的系統(tǒng)，具有很強的實用性。

【關(guān)鍵詞】 物聯(lián)網(wǎng) WiFi 遠程控制 插座 ESP8266

引 言

近年來，隨著人民生活水平的日益提高以及科技的高速發(fā)展，傳統(tǒng)接觸式或者短距離遙控式控制電器的方法已經(jīng)滿足不了人民對于高品質(zhì)生活的追求。人們需要更加智能以及方便的方法對電器進行控制。本系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)實現(xiàn)一套，通過手機APP遠程控制智能插座開關(guān)，不需要對原有電器設(shè)備進行改造，只需要把待控制的設(shè)備插到這個插座上即可。只要在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，在地球上任何一個地方都可以實現(xiàn)對電器的開關(guān)控制。

1 總體設(shè)計

本系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成：第一部分是智能插座，內(nèi)置一個ESP8266WiFi模塊，該模塊通過WiFi接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)插座實時功率值的上傳，以及接收到云端的控制指令之后執(zhí)行對應(yīng)的控制動作。第二部分是云端，通過云端實現(xiàn)，只要在有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以實現(xiàn)對插座的控制，對智能插座采集到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)到手機客戶端，以及轉(zhuǎn)發(fā)從手機APP發(fā)過來的控制指令到智能插座，實現(xiàn)遠程控制智能插座。第三部分是手機APP，通過手機APP對智能插座進行配網(wǎng)，智能插座聯(lián)網(wǎng)成功之后，就可以通過手機APP發(fā)送控制命令到智能插座，智能插座的實時功率也可以顯示到手機APP上，方便用戶在地球任何地方對智能插座進行控制。

2 插座硬件設(shè)計

智能插座硬件部分的核心部分使用了安信可公司生產(chǎn)的ESP8266-12F WiFi模塊，該在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的Tensilica L106超低功耗32位微型 MCU，帶有16位精簡模式，主頻支持80 MHz和160 MHz，支持 RTOS，集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA，板載天線。內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，支持 STA/AP/STA+AP 工作模式，支持 Smart Config 功能并且支持多種不同的接口[1]。該模塊引出了18個接口，在本系統(tǒng)當(dāng)中只使用到電源接口，工作模式切換引腳，下載串口引腳，使用兩個引腳控制外部繼電器實現(xiàn)對插座進行開關(guān)。

3 智能插座軟件以及云端設(shè)計

云端我們采用的是機智云平臺，機智云平臺為開發(fā)者提供了自助式智能硬件開發(fā)工具與開放的云端服務(wù)。通過傻瓜化的自助工具、完善的SDK與API服務(wù)能力最大限度降低了物聯(lián)網(wǎng)硬件開發(fā)的技術(shù)門檻，降低開發(fā)者的研發(fā)成本，提升開發(fā)者的產(chǎn)品投產(chǎn)速度，幫助開發(fā)者進行硬件智能化升級，更好的連接、服務(wù)最終消費者[2]。在該平臺上我們首先創(chuàng)建一個新產(chǎn)品，關(guān)鍵需要設(shè)置好我們選擇的技術(shù)方案，在本系統(tǒng)當(dāng)中我們不需要使用到其他的MCU，直接使用的是ESP8266作為主控芯片通過WiFi的方式直連到云端。然后設(shè)置數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點可以理解為我們所需要定義的變量名稱，例如在本系統(tǒng)當(dāng)中，需要定義的變量有三個，一個是需要上傳的功率值，還有兩個是對應(yīng)兩個插座的開關(guān)變量。定義好之后就可以直接生成ESP8266的基本代碼工程和手機APP代碼工程。

智能插座軟件部分的設(shè)計，是基于機智云平臺生成的MCU代碼工程進行修改。機智云平臺生成的代碼已經(jīng)包含了MCU與平臺之間通訊的協(xié)議以及Product Key和Product Secret，只需要在gizwitsEventProcess處理函數(shù)里面實現(xiàn)要實現(xiàn)的控制方法即可，該函數(shù)是當(dāng)MCU接收到云端下發(fā)的指令之后所需要執(zhí)行的動作。當(dāng)有數(shù)據(jù)需要上傳的時候，需要修改userHandle函數(shù)，該函數(shù)是在MCU里面啟動一個定時器，定時將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。通過簡單修改這兩個地方即可完成項目代碼的修改。如果還需要添加更多功能需要先理解整個工程的工作流程，然后進行修改，總體來說機智云已經(jīng)把大部分的功能都已經(jīng)做好，我們只需要根據(jù)自己的需要做一些小的修改即可。

4 手機APP控制軟件設(shè)計

手機APP也可以通過機智云平臺生成對應(yīng)的代碼工程，這個工程是一個通用的APP工程，包含一些基本的操作。比如我們用的智能插座使用的是WiFi模塊，一般家庭WiFi都有設(shè)置密碼，我們需要先讓智能插座連接指定的WiFi和對應(yīng)的密碼才能使智能插座的WiFi聯(lián)網(wǎng)。但是由于智能插座上沒有顯示模塊和輸入的鍵盤，我們需要使用一種叫做SmartConfig的技術(shù)。通過手機APP輸入了WiFi名和密碼之后廣播到手機附近的區(qū)域，智能插座監(jiān)聽到這個廣播之后，利用收到的WiFi名和密碼進行聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)成功之后，手機APP就可以顯示該智能插座設(shè)備，并且進入該設(shè)備可以看到設(shè)備的信息和對應(yīng)的控制開關(guān)。就可以通過手機APP對設(shè)備進行控制。

結(jié) 語

該系統(tǒng)方案簡單易用，可以很方便將傳統(tǒng)的家電設(shè)備，改造為物聯(lián)網(wǎng)平臺下的遠程智能控制設(shè)備，以滿足各種不同場合的應(yīng)用下對電器設(shè)備的遠程控制，可以應(yīng)用在智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、智能路燈、智能停車場等不同的場合，具有很高的實用價值。

【參考文獻】

[1] esp32-s2_technical_reference_manual_cn.pdf

[2] 機智云平臺概述

作者簡介：謝劍明（1987—），男，漢族，廣東省深圳市人，講師，工學(xué)學(xué)士，單位：深圳技師學(xué)院 信息與通信學(xué)院，研究方向：嵌入式電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。