基于手機遙控的智能插座設計

鄭佳寶　郭艷玲　湯寒宇　王睿男　劉琳　陳升

摘 要：設計了一種基于手機遙控的智能插座。系統以單片機STC12C5608AD 為主控芯片，利用TC35 型號GSM 短信模塊與手機連接，實現遠程控制智能插座的開啟和斷開狀態。文章詳細描述了智能插座的軟硬件構成和工作原理，并給出以TC35模塊為通信核心的無線數據傳輸系統的設計方案。

關鍵詞；手機遙控；智能插座；單片機；TC35；GSM

隨著人民生活品質的提高，人們對于居住環境智能化要求越來越高，特別是互聯網的技術快速發展以及手機的普及，智能插座正逐漸成為電源開關領域的主流產品，被廣泛應用于家庭、辦公室和公共場所。近年來，國內外許多學者對智能插座進行了大量研究，取得了一些成果[1-4]：主要研究集中在計量插座、定時插座、遙控插座等方面，這些智能插座，能夠解決部分實際問題，但都存在各種缺陷。如計量插座能夠直觀反映出插座上的電器運行功率，電流，電壓等信息，僅僅能夠讓用戶知道電器的耗電情況，需要具備一定專業知識的用戶才能根據測量結果分析電器是否耗電正常，才能及時發現電器異常，避免不正常耗電。定時插座能夠控制用電器在特定時段工作，在一定程度上減少了空閑時段的能源浪費，但實際用電時段并非固定，情況一旦變化，需要重新進行設定，使用不方便。遙控插座需要配備專用遙控器，成本較高而且使用麻煩，難以得到用戶接受等缺陷。隨著我國手機通信網絡覆蓋越來越廣泛和公民手機的大量普及，利用手機短信可實現遠程控制功能的智能插座，作為更人性化方式，可為人們的生活帶來極大的方便。文章所設計的智能插座基于STC12芯片，通過TC35GSM無線通信模塊，實現手機短信方式遠程控制插座的開啟和斷開，將普通電器設備連接在該插座上可方便地實現遠程控制的目的。本設計方便了人們對插座的管理，提高了工作效率和生活質量。

1 智能插座的硬件設計

本設計是一種基于手機遙控的智能插座，利用手機對插座進行控制。當人們需要對辦公室、實驗室或家中的電器進行遠程開啟或斷開時，可通過短信發送到GSM短信收發模塊，由單片機控制讀取短信數據信息數據，經處理后，單片機根據短信指令向智能插座發送相應指令，開啟或斷開插座。

本設計以STC12C5608AD單片機作為核心控制器，負責控制和協調各模塊的工作，實現對智能插座的控制。單片機通過發送指令的方式實現對TC35 模塊的初始化和短消息的接收發送等操作。

電源通斷模塊主要由繼電器構成，它用于接收主控模塊發出的插座的開啟和斷開指令，執行接通或切斷插孔電源的操作。采用220V轉5V、15V最大功率為2.5W的AC/DC為各模塊供電。為了單片機和TC35正常使用，需要提供低壓直流的電源。先將將交流電通過變壓器（BingZi T70-B）將市電降壓成15V交流電。然后通過整流器（DB107）將交流電變成直流電，利用L7805和L7815將直流電壓穩在5V和15V。由于TC35發短信和打電話需要較大的電流，所以用單一用單片機給TC35供電是不夠的。由于TC35上有LM2576s穩壓器，所以使用比5V大一些的電壓供電是可以的。5V電壓給單片機供電，15V電壓給TC35供電，以保證插座可以正常工作。TC35 GSM模塊完成智能插座與外部的信息交互，TC35 GSM模塊是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務SMS。DS1302時鐘芯片為智能插座提供精確時間。DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低消耗的時鐘實時芯片。

2 智能插座的軟件設計

智能插座的軟件設計包括初始化程序、TC35發短信程序、TC35收短信程序等，圖2所示為智能插座主程序流程圖。TC35模塊的初始化設置包括以下內容：設置短消息發送格式、設置短消息中心、設置短消息到達自動提示等，初始化設置后模塊就可以接收從包括手機在內的各種通訊設備或者相關軟件發送的短信，TC35 模塊收到短信后會給單片機發送反饋信息使單片機對智能插座進行相應的開啟和斷開控制，同時也會給發送短信的通信設備回一條短信表示確認。

3 智能插座的性能檢測

本系統具有時空和短信控制的功能，可以實現時間調整、定時操作、短信控制等：時間控制是使插座能實現定時開關，通過程序設計定義開啟電源和斷電的時間，短信控制主要是通過短信來開啟和斷開針對智能插座的性能檢測主要有以下兩個方面：（1）對電源模塊的檢測。在220V電壓下加入負載，檢測15V以及5V的電源直流輸出情況。結果顯示，在15和5V情況下，直流輸出波形都很穩定。（2）對無線通信的檢測。選一個20m的房間進行測試，一共進行8組測試，檢測時間為30分鐘，分別對100、200、300、400、500、600等數據包進行測試。檢測結果顯示，在30分鐘內傳送的數據有較高的成功率。通過多次測試可以看出，文章開發出的智能插座有如下特點：（1）便利性，人們使用手機對插座進行遠程控制，輕松解決用電設備待機能耗問題；（2）實用性：系統具有自動斷電功能，比較適合辦公室和家庭使用；（3）節能型：電器不再處于長期待機的狀態，因此可以有效延長電器的安全使用壽命，在不改變使用習慣的前提下真正做到了節能、方便，除去了安全隱患。

4 結束語

隨著我國公民手機的大量普及，手機越來越發展為一個智能終端，通過手機控制各種家用電器也是智能家居發展的方向之一。本設計從安全、節省電能的角度出發，該設計采用STC12C5608AD型單片機作為控制芯片，以TC35作為人機通訊模塊，通過GSM短信模式與手機通訊，達到通過遠程控制插座的開啟和斷開。經實際試驗證明，本設計試驗效果良好，具有控制精度高、操作簡單，使用方便，比普通插座效率更高、更加節能環保，能夠為用戶提供安全、實時、可靠的服務，也會產生節能減排的巨大社會和經濟效益，契合低碳生活的發展趨勢。可以預見利用手機智能控制插座的應用前景十分廣泛。

參考文獻

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[3]徐磊，李濱.基于ZigBee的無線農田溫度采集監測系統設計[J].森林工程，2013，03：79-82.

[4]李良連.智能化計算機節能插座[J].現代營銷（創富信息版），2008，1：21.