基于wifi的智能插座的研究

過琦芳，孟穎，應歡雷，方彬

（蘇州農業職業技術學院在，江蘇蘇州，215008）

1 智能插座的總體方案設計

為了提高插座的控制效果，方便人們在遠距離對插座進行控制，在本智能插座系統的設計中，利用wifi電路承擔用戶指令的接收，實現對智能插座的開關控制，并且對接收到的用戶指令進行分析處理，最后將接收到的用戶指令傳遞給單片機進行處理，系統設計采用STM32單片機來控制插座的開關，STM32單片機自帶的RTC功能，能夠實現對設備用戶的定時開——關控制的功能，單片機依據指令處理的結果，向控制的對應插孔發送一個低電平或者高電平，以控制整個插孔的通斷。在本系統的設計中，無線控制采用的是基于88W8782芯片的無線wifi系統，利用控制軟件系統實現無線指令的接收，通過wifi組網的方式完成與用戶無線設備的對接，由STM32單片機對用戶的信息進行處理，經過wifi電路處理用戶發送的指令信息，發送的高低電平控制繼電器，從能夠實現對插座插孔的通斷控制，而且能保證對智能插座的某一個插孔進行控制。基于wifi技術的智能插座設計與控制，嗎，目的是為了提高用戶日常生活的便利性，在具體的設計中，采用了用戶交互性功能更強的無線控制方案，便于用戶能實時對插座進行控制，具體的設計方案如圖1所示。

圖1 智能插座的系統控制結構

2 智能插座的硬件電路設計

結合智能插座系統智能控制的要求，采用的單片機控制，不僅要能節能降耗，在靈敏性上能滿足控制的要求，根據系統設計要求，單片機采用的是STM32作為智能控制系統，便于插座的wifi模塊連接在一起，總體電路設計如圖2所示。

圖2 硬件系統的總體電路設計

2.1 單片機最小系統設計

智能插座的硬件系統主要由wifi系統和STM32單片機控制系統共同組成，STM32單片機的性價比較高，實際應用十分廣泛。wifi系統主要是用于接收與識別用戶發送的無線指令，然后由STM32單片機的控制系統對指令進行分析，實現對插座插孔的通斷進行控制。由于STM32單片機自帶RTC功能，在對系統進行控制時，不需要額外再設計定時控制電路，只需要加上一個8MHz的晶振，作為一個時鐘系統，另外再添加一個32.746KHz的晶振，用于對單片機的RTC功能進行控制。由于單片機自帶RTC功能，在控制時，需要添加一定的電壓進行控制，所以需要在其VBAT引腳加裝一個電池，為系統的時鐘供電，保證插座自身斷電時系統時鐘的正常運轉，定時實現對插孔通斷的控制，同時在插座通電時，為了保證電路中有穩定的電壓，使用通過AMS1117模塊，為電路傳輸的3.3V電壓，同時在模塊的兩端加裝兩個二極管，對電路的干擾電波進行隔離，消除兩種供電方式之間的干擾，提高整個單片機STM32的穩定性。

2.2 電源電路設計

wifi智能插座主要是利用單片機、wifi網絡，將用戶的手機、平板電腦連接在一起，利用APP軟件隨時隨地的智能插座的插孔狀態進行控制，用戶只需要通過在用戶端進行操作，正確識別為插座的那個插孔進行供電，同時智能插座還根據工作的需要，實時上傳工作狀態。對于智能插座的供電電源的設計，要求能保持電路電源的穩定，在具體設計時，電源電路采用的是LM7805芯片，對電路中的輸入電壓進行處理，它能穩定的對電壓進行控制，使得220V的交流電在經過整流濾波處理后，傳輸到LM7805芯片進行處理，然后在輸出端接上470UF和O.lUF濾波器，在進行處理后得到正5V的直流電壓，再通過AMS1117單片機的三端穩壓芯片為STM32單片機提供3.3V直流電壓。設計的供電電路電路圖如圖3所示。

圖3 單片機的電源電路設計

2.3 無線wifi電路設計

無線wifi電路的功能是實現用戶與智能插座之間的無線通信，接收用戶發送的指令，本智能插座系統的wifi設計采用的芯片型號為88W8782，是由Marvel公司生產的，它具有安全穩定、低功耗的特點，在具體的通信中，該芯片支持IEEE802.11b/IEEE802.11g/IEEE802.11n，該芯片性能優越，具有傳輸速率高，控制精準、性能穩定的優勢，在智能插座設計中，具有穩定的運算與數據快速的處理功能，并實時的接收用戶傳輸的指令，將數據處理后進行數據傳遞，可以為智能插座提供穩定的運算與數據傳輸的功能。無線wifi電路的主要功能是接收用戶傳輸的控制數據，并將數據進行初步處理后，提交給單片機STM32進行處理，依據用戶發出的指令，來完成用電設備的控制，并根據用戶的需求，及時向用戶提供用電設備的當前用電信息，使得用戶能夠在遠距離內實現的對家電的控制。例如，用戶還未在家時，可以利用手機對插座進行控制，提前打開熱水器與空調的開關，方便用戶到家時享受各種智能化的家電服務。

2.4 智能插座的電路設計

一般情況下，家庭的用電設備都使用的是交流220V的交流電，在具體的電路設計中，需要保證電路的安全，為了保證用電設備能正常用電和插座系統的正常運作，能自動的完成用戶各種用電信息的控制，單片機STM32接收用戶的指令，通過繼電器電路完成對插座插孔的通斷控制，繼電器處于常開狀態，當wifi電路收到用戶開啟智能插座用電的指令時，STM32單片機就會進行處理，向繼電器發送一個低電平，此時繼電器關閉，然后外部的連接電路就會導通，就會給智能插座的插孔供電，這樣用戶就可以正常用電，同樣，用戶根據自己的使用需要，也可以將插座的繼電器設置為常開狀態，對插座中不用的插孔進行關閉。結合智能插座電路管理與設計的要求，設計的電路圖如4所示。

圖4 智能插座的電路圖

3 智能插座系統軟件設計

智能插座的系統設計主要是采用wifi電路與用戶之間建立聯系，系統能夠維護與管理用戶，根據管理的需要，將用戶分為普通用戶與管理者用戶兩個部分，普通用戶經過授權之后，可以使用智能插座的部分插孔，而插座的管理者可以根據需要，取消或者授權普通用戶的權限，管理者可以使用智能插座的所有插孔。主要實現的功能如下：

（1）用戶利用手持端，通過輸入相應的控制數據，完成控制固態繼電器完成對插座的關斷控制，并能進行智能判斷。

（2）用戶設置智能插座警告消息的功率閾值。

（3）根據插座的使用情況設置省電模式，自動控制插座的插孔。

（4）結合插座的使用情況，復位、清除所有存儲的測量數據。

在整個智能插座系統通電以后，插座系統就會自動搭建通信網絡，只要用戶選擇信道，就可以實現控制接入，用戶就可以接受終端設備發來的信息指令，然后由單片機STM32進行處理。系統在通電以后，用戶就可以接入設備，選擇智能插座的插孔，發送信息指令，由STM32控制繼電器對整個智能插座進行控制，達到對用電設備進行控制的目的。

4 系統功能的實現

根據設計的智能插座硬件系統與軟件系統，用戶利用手機終端，通過wifi網絡連接，就可以發送相關的指令控制，快速的對插座的插孔進行控制，對保證用戶的安全用電具有十分重要的作用，系統具有如下的功能：

（1）遠程開關控制。主要是負責控制智能插座的開、關狀態，改功能主要是利用智能插座的繼電器來實現的，包括用戶利用wifi進行遠程控制智能插座的插孔，并能手動利用智能插座上的開關對其上插孔進行控制。

（2）用戶的權限控制。根據設計的需要，智能插座的權限分為管理用戶與普通用戶兩種類型，而且智能插座的軟件與手動操作優先級可根據實際需要進行設置，一旦用戶長時間與智能插座失去聯系，沒有任務進行控制，則需要利用手動操作優先進行控制。

（3）數據采集功能。為了方便用戶對智能插座的信息實時掌握，系統采用CSE7759芯片來實時對智能插座的電壓、電流信息、插孔的使用狀態等信息進行采用，并保存在本地，便于用戶查詢。

（4）數據傳輸功能。智能插座可以根據wifi網絡，能夠根據用戶的需求，將智能插座的運行狀態數據，發送到用戶終端，還能將數據保存在本地系統上，便于用戶隨時調取數據。

（5）負載判斷功能。系統能夠根據智能插座的運行情況，判斷插座的負載與工作狀況，主要是通過電量芯片傳輸的數據。對智能插座的插孔用電情況進行分析，判斷是否有負載接入。

（6）過載保護功能。智能插座一個重要的功能就是對電路進行保護，通過對智能插座的電壓、電流超過允許值時進行設置，用戶就能對設置插座的保護模式，例如自動保護、告警、閥指設置能。

（7）USB充電功能。結合插座的需要，為用戶提供便捷的充電接口，利用USB接口，為手機、平板等設備提供充電的功能。