基于ESP32智能模塊化插座的設計研究

王曉彥

（忻州職業技術學院，山西 忻州 036000）

近年來，在我國的大力推動及支持下，新科學技術不斷涌現，這也大幅度提高了我國人民的生活水平。在我國全面建成小康社會的前提背景下，我國人民向往更高層次、高水平的生活，開始追求更高科技含量及更高產品質量的用戶體驗。針對相關需求，我國企業研發出智能化家居系統以提高人民生活水平?？偟膩碚f，智能化家居系統為使用家庭提供了一個更加舒適、便捷、方便的信息交流平臺，消費者能夠將相關需求轉化為機器能夠讀懂的指令，機器也會完全按照指令進行操作，這讓消費者對家居的操作變得更加方便、快捷，這不僅能夠大幅度提高人們的生活質量，還能營造更舒適的居住環境，讓消費者能更加合理地安排相關時間、資源利用最大化。插座是我們日常生活中最為常見的一種電器，其功能及相關種類也大不相同。很多研究員對插座進行了各式各樣的插座實驗，提出了各種構想：針對利用WI-FI對家居系統進行控制；為彌補傳統家居缺陷滿足現代化智能家居的要求，設計出一種基于無線網絡具備遠程操控且可移動的智能化插座系統，具體補充了智能化插座的軟件與硬件，且進行了專業測試；對比傳統節電插座的方式，分析智能化節能插座的基本特征，對節能的目的及現實意義進行研究；研究基于無線通信技術插座的具體實踐；研究智能化家居的現狀；研究單片機在低成本小型家用電器中的應用。通過分析上面的實驗記錄及結果，發現這些研究雖然可以解決人們生活中的某些實際問題，但設計及制作的成本過高，且不能夠很好地解決遠程控制及相關問題，無法實現全面推廣使用。所以，研究一款低成本、高效率、更智能的智能化插座勢在必行。本文介紹一款基于ESP32芯片研究出的智能化插座，該插座通過相關無線網絡進行插座的遠程控制及功率限制，很好地避免了插座因長時間運作而導致的危險。即使用戶沒在家中，也能夠借助手機APP進行插座的智能化操作，這大大減少了因不規范使用導致的電器火災，減少用戶經濟損失?？偟膩碚f，基于ESP32的智能化插座既達到了設計簡單、操作容易的目的，也能夠最大程度滿足用戶需求，達到智能操作、安全生活的目的。

1 智能化插座設計方案

ESP32是由我國樂鑫公司設計研發的一款可以作為獨立系統運行應用程序或是主機MCU的從設備，其將天線開關、PF balun、功率放大器、濾波器、接受低噪聲放大器、電源管理模輔助等功能集一體的微控制器。這些強大兼容性使ESP32芯片只需要極少得外圍設備就能夠完成各種性能操作，同時有更高的安全性，具有藍牙及WiFi連接功能，能夠開發更復雜的應用。

基于ESP32設計智能化插座主要需要運用單機片、Oled、手機APP等。其工作原理為，再插座電源接通后，第一工作體單片機進行相關檢測工作，檢測主體包括溫度、電壓、電流、功率。在進行檢測時會出現兩種情況，第一試各項指數在正常范圍，系統運行正常。這時ESP32將會將已經獲取的數據像功率、電壓、電流等上傳至Oled上，這時候我們可以通過網絡與APP進行相關的控制操作。第二種情況是，數據超過閥值，系統運行異常，這時ESP32會實現智能化保護，進行電源切斷操作，在電源切斷后會利用相關APP發送信息至警告手機，如果需要再度啟用插座只有通過手動的方式。

1.1 進行ESP32智能化插座設計的核心元器件

進行ESP32智能化插座設計需要較多的元器件。其一便是ESP32，本次使用的是由樂鑫公司研發的一款為IOT模塊的ESP32，它采用的是40nm工藝的制作方式，有著2.4GHz雙模WiFi、230MHz的主頻，擁有雙核32位微控制單元及高達600DMIPS的計算能力。同時，它擁有更小的體積及更高的集成度，其低功耗的水平也在行業數一數二。最后，ESP32對環境的適應能力強，其最低運行溫度為零下40度，最高運行溫度達到125度，利用arduino設計愛你開發的ESP32極大地減少了開發周期。其二便是具有更低功耗、更好亮度、顯示更加細致及160負顯示效果的Oled。其采用高效率、長壽發光材料，并借利用了更先進的器件結構，這大大提高了Oled的耐久度，這為智能化插座提供更好的顯示體驗，延長其使用壽命。其三便是ina219，設計智能化插座電源控制模塊我們采用的是ina219，因其具有更好的精確度及更小的尺寸，能夠實現零漂移及雙向電流的功能，并且它采用I2C通信，能夠同時實現計算電源及監控分流電阻是的壓降。最后，該器件采用的是低成本的SOT23的封裝樣式，降低了智能化插座的成本。

1.2 智能化插座需要的核心軟件

除了一些必要的硬件之外，智能化插座也需要相關的軟件支持。Blinker便是智能化插座常用的第一類跨平臺、跨硬件的物聯網解決方案，它能夠提供多種終端像設備端、APP端以及服務器端等支持，其數據傳輸儲存通過公有云服務進行，主要的運用領域微數據檢測、智能家居等，具有高效率、高質量的搭建物聯網項目的優勢。第二是便是包括軟件(Arduino IDE)及硬件(各種型號的Arduino板)的操作簡單、便捷靈活地開源電子原型平臺地Arduino。簡單來說，Arduino是一塊微型的電腦主板，能夠進行智能化插座的電路圖設計，且能夠降低智能化插座的成本。

2 基于ESP32智能化插座設計結果

基于ESP32智能模塊化插座利用ESP32本身具有的相關優勢，借助Oled、ina219硬件及Binker與Arduino軟件進行智能化的實現，達到了低成本、高智能的設計與實驗目的，滿足人們對于智能化插座的要求。通過ESP32進行電源基本操作、利用Oled進行狀態顯示、借助Binker及Arduino進行遠程報警及數據傳輸，真正實現了遠程操控的目的。

3 結語

總之，隨著我國經濟以及科學技術的發展、人們生活水平的提高，我國人們對更高品質的生活質量有了更多要求，其中智能化生活水平是衡量人們生活質量的一個重要標準。本文以智能化家居的大環境出發，具體研究基于ESP32智能模塊化插座，該智能插座在ESP32芯片機相關硬軟件的支持下，能夠實現開關的智能化控制。這種智能化開關能夠實現不同電器設備的智能化操作，讓人們生活的家居更人性化、智能化。同時，該智能化插座擁有穩定性高、耐久度好、電路簡單及成本低等優點，具有很大的應用推廣價值。最后，基于ESP32成功應用于插座的經驗，可以將其與其他模塊聯合，實現更多家居如電視、空調等智能化操作，實現家居的“全家智能化”模式。