基于ESP8266的一種W IFI控制插座設(shè)計

戴 磊，李 華，金翰林，陳 建

（1.宿遷學(xué)院，江蘇宿遷223800；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司宿遷供電公司，江蘇宿遷223800）

基于ESP8266的一種W IFI控制插座設(shè)計

戴 磊1，李 華2，金翰林1，陳 建1

（1.宿遷學(xué)院，江蘇宿遷223800；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司宿遷供電公司，江蘇宿遷223800）

設(shè)計了一種基于ESP8266芯片的W IFI控制插座，該裝置通過無線路由器接入局域網(wǎng)，用戶可以通過手機APP來達到控制該插座的打開與關(guān)閉，以此來達到某些用電設(shè)備的遠程控制。并可以以此為平臺，研發(fā)出更加智能化的功能，以此來實現(xiàn)一些用電設(shè)備的智能化控制。

EXP8266；W IFI；智能插座；無線控制

智能家電產(chǎn)品在潛移默化中進入并影響著人們的日常生活，給人們的生活帶來便捷，而移動互聯(lián)技術(shù)與智能手機的發(fā)展大大加快了這一趨勢。目前市場上流通的功能性插座可以實現(xiàn)一些簡單自動處理功能，比如漏電保護、定時通斷等等，這些插座功能相對簡單，智能程度不高。WIFI插座的設(shè)計出發(fā)點是在不對家居設(shè)備做技術(shù)改進的前提下實現(xiàn)無線控制，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)其他功能，比如定時開關(guān)、無電流時自動斷路等等功能，降低了智能家居的代價[1]。本文設(shè)計了一種基于ESP8266芯片的WIFI控制插座。

1 總體設(shè)計

ESP8266是樂鑫公司生產(chǎn)的低功耗WIFI芯片，內(nèi)置32位CPU，能夠獨立運行，也可以作為從機搭載于其他主機MCU運行，可以廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)無線控制、無線傳感器等領(lǐng)域[2]。同類ESP8266芯片種類有很多，本文采用ESP-01芯片，該芯片有效通訊距離400 m，使用模塊化制作，使用方便，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適用于本設(shè)計。

基于ESP8266芯片的WIFI控制插座系統(tǒng)可以分為三個模塊：網(wǎng)絡(luò)模塊、控制模塊和微處理模塊。網(wǎng)絡(luò)模塊主要負責(zé)連接服務(wù)器、完成串口信號與無線型號轉(zhuǎn)好；控制模塊主要是控制受控電路的開關(guān)；微處理模塊作用是控制繼電器控制電路，完成對數(shù)據(jù)的處理與通信。系統(tǒng)工作流程如圖1所示，先由手機端發(fā)送指令，到局域網(wǎng)服務(wù)器，然后再通過ESP8266模塊進行接收，接收到指令后，再由ESP8266的CPU就信息進行解碼處理，然后執(zhí)行相應(yīng)的動作，動作完成后，ESP8266發(fā)送動作成功命令至手機端APP，從而形成一種循環(huán)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計流程圖

2 硬件設(shè)計

2.1 電源電路設(shè)計

電源電路系統(tǒng)設(shè)計需要將5 V電源轉(zhuǎn)成3.3 V才可以對ESP8266進行供電，同時還需5 V電源對繼電器進行控制[3]，本系統(tǒng)采用AMS1117穩(wěn)壓芯片進行電源電壓的轉(zhuǎn)換，電源電路見圖2電路部分。

圖2 總體電路原理圖

2.2 繼電器電路設(shè)計

繼電器電路設(shè)計方面見圖2，采用8550三極管與繼電器相連，利用PC817光耦，進行光電隔離，從而有效的保證3.3 V的開關(guān)量信號，與5 V驅(qū)動電壓進行隔離。

2.3 總體電路設(shè)計

總體電路原理圖如圖2所示，將ESP8266的最小啟動電路進行搭建，電源提供，通過ASM1117進行供電轉(zhuǎn)換電壓處理，然后繼電器電路通過光耦進行電壓的驅(qū)動轉(zhuǎn)換，這里也可以使用其他芯片進行轉(zhuǎn)換。

3 軟件設(shè)計

3.1 ESP8266 SDK程序開發(fā)

ESP8266 SDK程序開發(fā)流程圖如圖3所示。

圖3 ESP8266 SDK程序開發(fā)流程圖

初始化設(shè)置包括定時器設(shè)置、UDP協(xié)議設(shè)置和GPIO端口初始化。初始化過程是首先設(shè)置回調(diào)時間，將回調(diào)子程序中寫入信號信息。由于UPD協(xié)議通信不需要先建立連接，在手機端口初始化與8266的GPIO口初始化操作后兩者進行數(shù)據(jù)包比對，8266端創(chuàng)建一個DatagramSocket對象用于存放操作信息指令，再創(chuàng)建一個空的DatagramSocket對象用于接收指令，使用DatagramSocket的receive方法接收手機客服端發(fā)送的動作指令，對指令進行解碼，然后通過微處理模塊對指令進判定，如果接收指令與設(shè)定指令數(shù)據(jù)不符，則8266會認定接收指令信息無效，然后重新調(diào)用子程序，與手機客戶端進行再次會話。如果接收信息正確，則8266執(zhí)行動作，網(wǎng)絡(luò)模塊進行下一個周期的掃描。

3.2 手機端APP程序開發(fā)

大部分手機為安卓系統(tǒng)，安卓手機APP由于源碼開放，所以開發(fā)相對容易，本文采用E4A軟件進行APP開發(fā)，程序編寫方便簡單。APP界面如圖4.

圖4 APP用戶界面

4 系統(tǒng)調(diào)試

在最初電源設(shè)計中沒有采用兩個電容并聯(lián)的設(shè)計，調(diào)試時出現(xiàn)了電源不穩(wěn)定的情況，電源的不穩(wěn)定導(dǎo)致信號傳輸?shù)姆€(wěn)定，從而使8266無法正常工作。因為所用電源是交流電。采用兩個電容并聯(lián)濾波的方式進行處理，這樣就得到了穩(wěn)定的信號傳輸。另外采用TCP傳輸工作量太繁雜，對于控制多個ESP8266來說比較復(fù)雜，采用UDP傳輸以廣播的形式向多個8266進行信息的傳遞。當(dāng)傳遞信息符合某個8266的動作指令時，相應(yīng)的8266將進行動作。這樣比TCP傳輸?shù)南冉⑦B接，然后再進行協(xié)議上的互聯(lián)方便了很多[4]。

經(jīng)過軟硬件調(diào)試后，對系統(tǒng)進行了整體測試。使用手機APP對智能插座進行遠距離操作，手機距離WIFI熱點20 m，信號為2格，插座上接入一個臺燈，并打開開關(guān)，進行遠距離觀察。對插座進行50次開關(guān)操作，測試均為成功，且反應(yīng)靈敏，時間延時較小。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種基于ESP8266芯片的WIFI控制插座，通過ESP8266實現(xiàn)了系統(tǒng)的低能耗控制，通過無線路由器實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的云端訪問與控制。在該系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，還可以實現(xiàn)其他智能控制功能，比如定時打開與關(guān)閉功能，燈光的自動調(diào)節(jié)功能等等，有很廣闊的應(yīng)用前景。

[1]劉奧川.基于WiFi的智能插座檢測系統(tǒng)[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2016.

[2]卜曉曉.基于Android和Wi_Fi的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].鎮(zhèn)蘇：江蘇大學(xué)，2016.

[3]范興隆.ESP8266在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016（9）：52-56.

[4]周麗娟.基于UDP協(xié)議的Socket網(wǎng)絡(luò)編程[J].電腦知識與技術(shù)，2008（34）：1867-1868.

The Design ofa WIFIControlSocket Based on ESP8266

DAILei1，LIHua2，JIN Han-ling1，CHEN Jian1
（1.Suqian College，Suqian Jiangsu 223800，China；2.State Grid Jiangsu Electric Power Company Suqian Power Supply Company，Suqian Jiangsu 223800，China）

This article introduces a WIFI control socket based on Esp8266.The device is connected to the local area network through a wireless router.Users can usemobile phone APP to achieve control of the socket to open or close，and to achieve the remote control of certain electrical equipment by this.On this basis can develop more intelligent functions，inorder to achieve the intelligent control of some electrical equipment.

EXP8266；WIFI；smart socket；wireless control

TP311

A

1672-545X（2017）04-0012-02

2017-01-25

江蘇大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目（項目號：201614160015x）；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目（編號：PPZY2015C252）

戴磊（1995-），男，江蘇南通人，本科，學(xué)習(xí)研究方向：電氣自動化。