人工智能在智能插座中的運用

張醒

摘? 要：智能插座作為一種新型插座，其功能較傳統插座更加豐富。基于此，本研究主要針對智能插座的應用優勢進行分析;并在闡述人工智能發展歷程、發展趨勢的基礎上，分析其與智能插座的結合可行性;最后分別從功能評估、硬件構成等方面，細化闡述人工智能在智能插座中的運用，以期為人工智能的發展及智能插座的推廣提供良好的理論參照。

關鍵詞：人工智能;智能插座;WiFi

中圖分類號：TP18? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）33-0167-02

Abstract： As a new type of socket， the function of intelligent socket is richer than that of traditional socket. Based on this， this study mainly analyzes the application advantages of intelligent sockets， and analyzes the feasibility of combining artificial intelligence with intelligent sockets on the basis of expounding the development process and trend of artificial intelligence. Finally， from the aspects of functional evaluation and hardware composition， this paper expounds the application of artificial intelligence in intelligent sockets， in order to provide a good theoretical reference for the development of artificial intelligence and the promotion of intelligent sockets.?Keywords： artificial intelligence; intelligent socket; WiFi

近年來，人工智能這一概念頻繁出現于各個領域中。人工智能作為一類新型技術，其主要通過模擬、仿真等技術，為人們提供一系列智能產品。智能插座作為人們生活中常用的智能化產品之一，其在節能、用電安全保護等方面的智能性特征，為人們的日常用電行為帶來了諸多便捷。人工智能與智能插座的整合，可進一步促進智能插座的發展。

1 智能插座的應用優勢

相對于傳統插座而言，智能插座的應用優勢主要體現為：第一，安全性優勢。智能插座的運行原理為：插座中內置的智能芯片可自動監測電流，一旦發現異常電流變化，可自動響應，斷開電器，避免電器的長期通電狀態引發相關安全隱患或事故[1]。而傳統插座則需要人為斷開電器，當出現疏忽時，容易形成安全隱患。第二，節能化優勢。智能插座無需過多人為干預。使用智能插座后，這種智能產品可自動檢測電流大小及電流變化狀況，根據監測結果自動進行斷電。相對于傳統插座而言，智能插座的使用可改善電器待機耗能的問題，其具有良好的節能化特征。第三，便捷性優勢。除了上述優勢外，便捷性優勢也是智能插座的主要優勢。使用智能插座后，電器的管理可由智能插座自動完成。這類智能產品的斷電決策以電流大小、電流變化為依據，其決策較為可靠，可滿足人們的便捷化使用要求。

2 人工智能的發展狀況

2.1 人工智能的發展歷程

人工智能的發展主要經歷了以下幾個階段：第一，形成階段。人工智能這一概念最初于上個世紀五十年代首次被提出。自此開始，以LISP語言、機器定理證明等為代表的經典技術，標志著人工智能的形成[2]。在這一時段，雖然這一新概念引起了人們的關注，但由于上述人工智能技術、產品均存在不同程度的缺陷問題，因此，其發展速度相對較慢。第二，以專家系統為代表的人工智能快速發展階段。專家系統的出現對人工智能發展的關鍵意義為：專家系統實現了人工智能與實踐領域的融合。如智能醫療系統可為醫師的診斷提供可靠的數據支持。第三，以第五代計算機為代表的發展中期階段。人工智能的發展積累了較為豐富的經驗及技術，在此基礎上，第五代計算機研制計劃被提出。這一計劃的出現將人工智能研究帶入了新的熱潮。第四，以神經網絡為代表的高速發展階段。出現于上個世紀八十年代末期的神經網絡技術，標志著人工智能又一發展高潮的到來。第五，普及應用階段。近年來，互聯網與網絡技術的出現及發展為人工智能的發展提供了新的方向。網絡技術與人工智能的融合加速了人工智能的發展，同時推動其在家居、教學等多個領域的快速普及。

到目前為止，人工智能在人們日常生活中各個領域的普及度日趨升高。相對于初期發展階段而言，人工智能的實用性、應用價值均產生了較為明顯的變化。

2.2 人工智能的發展趨勢

根據既往人工智能的發展歷程，判斷這項新領域的發展趨向可能為：第一，功能集成產品方向。隨著各類人工智能產品種類的不斷增加，單一功能的智能產品逐漸難以滿足人們的多樣化要求。在這一背景下，人工智能領域可能會將開發集成功能產品作為重要的發展方向。第二，計算機與仿生科學結合方向。計算機是人工智能技術的重要依托。仿生科學作為近年來人工智能的重要方向，其主要通過研發仿生智能產品的形式，凸顯產品的智能屬性。該方向契合人們的需求，且有助于提升人工智能的智能水平。

3 人工智能在智能插座中的運用

3.1 功能評估方面

根據智能插座的應用要求及人工智能的特征，評估基于人工智能的智能插座的功能包含：第一，藍牙控制功能。單純的智能插座雖然可滿足人們在節能、安全使用電器等方面的要求，但智能插座的使用仍然需要人為參與。而將人工智能與智能插座整合起來后，可實現不限場景、空間的便捷化智能使用控制模式。為了凸顯智能插座的智能化水平，可借助人工智能技術，實現基于藍牙的智能插座控制模式，即在使用者不接觸智能插座的前提下，經藍牙向智能插座發出指令，控制其自動運行[3]。第二，WiFi控制功能。WiFi控制也是人工智能與智能插座結合的要點之一。在日常生活中，WiFi網絡的普及度較高。因此，在整合人工智能與智能插座時，可將WiFi作為智能插座、網關及硬件設備之間的關鍵通信媒介[4]。

3.2 硬件構成方面

基于WiFi或藍牙的智能插座，更加契合人們對這種智能產品智能化、便捷化應用的要求。這里以WiFi控制方案為例，分析人工智能在智能插座中的運用。

根據基于人工智能的智能插座的應用要求，可將WiFi型智能插座的運行原理設計為：采用含Cortex內核、WiFi功能的SOC芯片作為微控制器，配合繼電器控制模塊、電源轉換模塊分電量計量模塊，構成整個WiFi型智能插座。其中，微控制器的樞紐——主控芯片選擇Esp8266型號芯片;電源轉換模塊選擇隔離式，運行流程為：電源轉換模塊借助磁性元器件變壓器對流經WiFi型智能插座轉換模塊的220V電壓進行降壓處理，經三端穩壓電路LM1117-3.3 轉換為3.3V直流電源，作為Esp8266主控芯片的供電來源。

這種硬件構成設計模式的優勢在于：第一，Esp8266芯片的多接口特征可滿足WiFi型智能插座的多樣化運行要求。在使用由Esp8266芯片控制的WiFi型智能插座時，該芯片的AHB接口、JTAG調試接口等均可與CPU建立連接。第二，保障智能插座的低能耗特征。采用Esp8266芯片作為主控芯片，在運行期間，該芯片可根據WiFi型智能插座的應用場景（捕捉信息變化），自主切換深度睡眠、激活模式及睡眠模式。在運行期間，不同模式的變更，可有效控制WiFi型智能插座的能耗，滿足用戶的低能耗需求。

3.3 繼電器模塊方面

繼電器模塊是WiFi型智能插座執行斷電、通電操作的關鍵所在。為確保上述功能的正常使用，可選用電磁式繼電器作為WiFi型智能插座的繼電器模塊的基本構成。這類繼電器的運行原理為：當繼電器線圈兩端產生電壓時，線圈可形成電流，由電流衍生出的磁場促使楔鐵被鐵芯所吸引，此時，WiFi型智能插座的楔鐵活動觸點可與常開觸點吸合，即形成斷電、通電效果。

3.4 電能計量模塊方面

在整合人工智能與智能插座時，能否充分發揮智能插座的節能特性，是決定人工智能支持下智能插座質量的關鍵所在。在這種新型智能產品中，電能計量模塊是WiFi型智能插座耗能狀況的主要影響因素。為實現上述目的，可將這種新型智能插座的電能計量模塊設計為：

以HLW8012型號芯片作為電能計量模塊的核心。WiFi型智能插座運行期間，GLW8012型號芯片中的ADC、PGA負責完成電流及電壓的模數轉換。隨著智能插座的持續運行，這種芯片可自動計算出準確的電壓及電流有效值，并經頻率轉換模式，將其轉換成方波脈沖對外輸出。其中，該芯片的功率計量電路可發揮電壓采樣、電流采樣等功能。電能計量模塊經這種電路收集到智能插座的電流信號、電壓信號后，可經正輸入端經不同引腳傳輸至HLW8012芯片，由芯片進行自主計算后，獲得準確的電壓有效值與電流有效值。

將WiFi型智能插座與電器設備連接起來后，電能計量模塊可將來自于HLW8012型號芯片的功率、用電量信息等，經WiFi途徑傳輸給用戶，便于用戶不定期檢查其能耗狀況。

3.5 數據庫設計方面

在WiFi型智能插座的服務器中，數據庫無疑是其中的核心所在。考慮到WiFi型智能插座的復雜功能，可選用Mysql作為人工智能技術支持下智能插座的數據庫應用系統。為避免智能插座隨運行時間的延長而積累大量數據，影響智能插座服務器的運行速度，在運用Mysql系統構成數據庫時，可預先做好數據庫的數據冗余管理。例如，可將Ipaddress（智能插座IP地址）的數據長度及類型分別設計為15、Char;將Mac（MAC地址）的長度及數據類型分別設計為12、Char;采用Bit數據完成status（開關狀態）的設計，并按照0導通、0斷開原則運行智能插座的開關功能。

3.6 智能插座APP方面

為了便于基于人工智能的智能插座的管理，可獨立針對智能插座設置智能插座APP，便于用戶通過該APP完成智能插座的基本連通、閉合等使用要求。

參照上述要求，將智能插座APP的軟件架構設計為：第一，數據訪問層。允許WiFi局域網范圍內，所有智能插座的相互交互;第二，業務邏輯層。承接表現層、數據訪問層的所有數據交換。對于用戶在智能插座APP中產生的Java類業務實體，經業務邏輯層進行響應，并為其提供相應的數據，以保障用戶經智能插座APP對WiFi型智能插座的控制。第三，表現層。表現層直接對接用戶的操作界面。根據WiFi型智能插座的使用要求，在設計智能插座APP時，應在合理設計表現層功能分布的基礎上，參照用戶的審美需求、使用便捷性要求，設計出友好的人機交互界面。

4 結束語

綜上所述，智能插座可為人們的工作及生活帶來諸多便捷。為了促進智能插座價值的發揮，應在充分重視人工智能在智能插座中應用價值的基礎上，借助恰當的通信媒介，完善智能插座的功能，提高其應用便捷性及智能化水平。此外，隨著人工智能技術的快速發展，還應注意不斷結合該領域的研究成果，創新智能插座的研發方向，為智能插座功能的更新及進一步推廣提供可靠支持。

參考文獻：

[1]于樹科，瞿國慶，陳煒.基于STM32F107的能耗管控型物聯網WiFi插座的設計[J].物聯網技術，2018，8（10）：100-101+105.

[2]駱德元，劉水強，周貽培，等.人工智能在智能插座中的運用[J].日用電器，2017（S1）：60-64.

[3]胡鋒.基于WiFi的智能插座的設計和實現[D].寧波大學，2017.

[4]陳義譜，李月強.智能插座在智能家居機器人上的應用設計[J].現代計算機（專業版），2015（34）：56-59+68.