基于微信平臺的WiFi 智能插座的設計與研究

李 苗 范國昌 石玉陽 潘昊飛 王德明

0 引言

隨著信息技術和物聯網技術的高速發展，智能家居作為未來家居設備的主流方向。人們對家用電器的智能化需求越來越高，傳統插座相對于智能插座存在著許多弊端，人們更希望智能化的生活；智能插座能夠解決目前傳統插座所面臨的問題，通過第三方應用對插座進行控制，即用戶可利用微信小程序，通過發送指令來控制智能插座[1]，其中功能可包括：插座定時開關、查詢電器能耗等等。

1 傳統插座存在的不足之處

隨著信息技術和物聯網技術的快速發展，智能家居作為未來家居設備的主流方向，其具有廣闊的前景和智能化等特點。傳統插座作為家居生活中的重要組成部分，其功能單一，智能化和交互性都過于簡陋，功能嚴重不足等特點。它是家居設備和電力系統的重要橋梁，隨著人類智能化的需求越來越普及，傳統插座已經無法滿足現代人類的需求，智能插座作為新型的物聯網技術，其具有智能化、高安全、可遙控、節能環保等特點，在當代的實際生活中具有較大的實用性。

1.1 低安全性

傳統插座作為日常生活中連接著家用電器的重要組成部分，是當前人們生活重要組成部分。在日常生活中，傳統插座作為家庭電路系統的主要連接體，因為傳統插座的整體安全性具有一定的不確定性，插座獨立于整體電路系統，時常因為插座的額定功率無法滿足家用電器的額定功率而造成插座線路損壞等現象發生，嚴重時會造成家庭電路系統嚴重損壞。

1.2 單一性

傳統插座僅僅具有物理特性的電器通用插孔，不具備互聯功能，僅少數插座會配有一些相對于整體開關的獨立開關，但是由于插座相對于供電系統是一個單獨的整體，單一性表現的較為明顯。傳統插座的使用的過程中，一般都是通過人工手動插拔方可切斷電源系統的關閉，這在一定程度上不僅僅浪費了電能，還增加了用戶和插座之間的關聯性，嚴重時長期不斷開家庭電器會造成線路損壞等結果。

1.3 應用范圍小

在日常生活中，家庭電器擁有許多的種類，且一般傳統插座都是固定的結構，家庭電器或其他設備都具有一定的個性化插頭設計，有時候不能兼顧多種電器的使用，應用范圍具有一定的局限性。傳統插座不能和家庭設備進行關聯，整體體現出低耦合性、應用范圍小、局限大等不足之處。

2 智能插座的分析與探討

2.1 智能插座綜述

隨著物聯網技術的快速發展，智能插座已經在我們的生活中開始出現，從方便性進行考慮，通常會選擇外遙控、藍牙遙控、GSM 技術、WiFi 技術。其中基于WIFI 技術的小程序控制或智能語音控制在目前占有主流地位。隨著智能家居行業的興起，基于微信平臺的WiFi 智能插座設計占有一定的比例，其主要具有便捷性和關聯性等特點，用戶在使用的過程中，不再需要單獨安裝APP，僅僅打開微信搜索對應小程序即可進行使用，不會占用用戶的手機內存使用空間，方便用戶操作。

智能插座相對于插座插座具有智能化、高安全、可遙控、節能環保等特點，所以在日常的使用過程中具有一定的便捷性和高安全性[2]；智能插座也具有成本高，安裝難度大、維護難度大等缺點。但是在信息技術快速發展的今天，智能插座已經成為了一種主流安裝方式，其對日常生活產生了一定的積極影響。

2.2 智能插座設計

2.2.1 WiFi 智能插座硬件電路結構

慮到WiFi 型智能插座的功能需求和可擴展性[3]，經過仔細論證之后，本文設計的方案選用了基于ARM 架構的BCM2835處理器。另外包括電源轉換模塊、WiFi 通信模塊、時鐘芯片、繼電器模塊和電能計量模塊。

2.2.2 系統總體設計

本文所設計的智能插座系統需要使用第三方服務器與插座終端通信。服務器的平臺開發技術眾多，在調查分析之后，選擇國內最具影響力的新浪云計算服務（SAE）作為智能化插座系統的中間服務器托管商，并決定選用Dijango Web 框架作為中間服務器上的Web 應用后臺。其系統設計方案如圖1 所示。

圖1 系統設計方案

2.2.3 微信平臺

當用戶通過小程序給插座發送指令后，后臺便將指令post到第三方服務器上，第三方服務器再將指令傳至插座，響應用戶發送的消息。

2.2.4 服務器系統

當第三方服務器接收到微信公眾賬號傳送過來的用戶消息后，服務器Web 應用要對其進行相應的分析和處理。服務器的Web 程序包含有五個模塊：微信服務器驗證模塊，微信數據解析模塊，用戶身份驗證模塊，指令請求模塊，指令信息存儲模塊。

2.3 智能插座的創新

2.3.1 智能化

傳統插座一般作為一個獨立于整體供電系統的個體，用戶在使用的過程中一般只能通過手動插拔開關才能實現家用電器的操作，用戶在操作的時候省去一些不必要的操作，同時可以使用第三方控制軟件對開關進行定時斷電、定時供電、緊急關閉電源等功能，這樣不僅僅方便用戶對插座的直接控制，操作也更加的智能化。

2.3.2 高安全

在用戶使用家庭電器的過程中，通過會遇到一些不確定的情況，例如，超過額定功率、短路、電流過大等，用戶在使用電器的時候無法對以上情況進行判斷，存在一定的安全隱患；智能插座直接通過內部的電路結構設計對以上情況預防，從而使用戶一直處于安全使用環境。智能插座一般都配備有獨立于電力系統的緊急開關功能，少數具備有溫度傳感器監測功能，在緊急情況下即可切斷供電而不影響整體電路系統的使用。

2.3.3 節能環保

在日常家庭電器的使用過程中，存在著某些家庭電器需要常用但不需要拔出插座的電器，這樣的電器一般都會配有LED二極管進行顯示表示工作的狀態，這在一定程度上是對電能的損耗，若經常插拔開關電流損耗大，耗費電能大，還存在一定的安全隱患；智能插座解決了不經常關閉電源的選項，直接在第三方應用上進行操作，簡單快捷且節能環保。

2.4 智能插座優劣勢比較

智能插座不僅是新興物聯網的技術產物[4]，還是人們對實際生活中所遇到問題的一種解決方案，作為新興產物，要想取得公眾的認可，還需要一定時間。

智能插座相對于插座插座具有智能化、高安全、可遙控、節能環保等優點，在未來一定會成為智能家居的重要組成部分；通過簡化操作步驟，用戶在使用上也會更加的方便，未來智能插座會對人類生活產生一定的影響。

智能插座也具有一定的缺點，成本高、設計難度大、安裝難等缺點是目前市場對于智能插座的主觀態度。雖然智能插座具有諸多優點，但是售賣價格屬實較高于傳統插座，用戶對智能插座存在一定的排斥。隨著物聯網技術的快速發展，智能插座的造價會慢慢降低，以后一定會走進人們的日常生活中。

3 結語

本文提出的WiFi 型智能插座兼具市面上傳統型插座的功能和常見的普通智能插座的智能特點，通過簡單的安裝，就隨時隨地對家中電器的控制，無線智能插座的優點眾多。作為生活中必不可少并且無處不在的基礎性獨立元器件，市面上插座的使用場景無不是與各種家用電器的電源插頭相連，為其供電。那么通過使用本文的設計方案生產的智能插座后用戶就可以通過移動設備來控制插座，從而間接的實現控制家用電器的目的。智能插座具有智能化、高安全、可遙控、節能環保等優點，未來會對人們日常生活產生一定的積極影響。