基于Android應(yīng)用的智能計(jì)量插座設(shè)計(jì)研究

吳榮森

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314000）

0 引 言

當(dāng)今社會(huì)發(fā)展日新月異，人們的生活壓力越來越大，工作壓力繁重。為了提高人們的生活質(zhì)量，使生活更加便捷，市場(chǎng)中出現(xiàn)了很多適合家居使用的智能化電氣。在智能家居的研究領(lǐng)域，結(jié)合我國(guó)的新型技術(shù)如電子學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、電氣工程技術(shù)、人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，可以促進(jìn)我國(guó)智能家居的發(fā)展。智能計(jì)量插座就是發(fā)展中的產(chǎn)物，本文將對(duì)基于Android應(yīng)用的智能插座的實(shí)用性展開分析。

1 智能計(jì)量插座概念分析

計(jì)量插座可自動(dòng)將設(shè)備所用電量按當(dāng)?shù)仉妰r(jià)換算成電費(fèi)，使人們輕松獲知電費(fèi)開支、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和用電量[1]。多功能計(jì)量插座可以在顯示設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)，同步顯示電器的用電量。隨著人們生活質(zhì)量的提高，生活中更加注重生活環(huán)境的安全，因此安全的智能家居控制系統(tǒng)逐漸得到人們的青睞。從1984年全球第一個(gè)智能樓宇建成以來，智能家居在全球內(nèi)得到了極大發(fā)展。其中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是智能家居中最重要的一部分，有序控制著整個(gè)家居的運(yùn)行情況。智能家居的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)Ψ课堇锏挠秒娖骷M(jìn)行遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制和相應(yīng)的管理，實(shí)現(xiàn)房屋內(nèi)設(shè)備的低功耗模式和電氣設(shè)備的相應(yīng)狀態(tài)，并能夠?qū)χ悄芗揖釉O(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。智能計(jì)量插座既節(jié)能又安全，已經(jīng)成為智能家居的一部分，深受人們的喜愛。

2 基于Android應(yīng)用的智能插座的功能設(shè)計(jì)

基于Android應(yīng)用的智能計(jì)量插座是一種擁有不錯(cuò)創(chuàng)意的產(chǎn)品。它利用現(xiàn)有家庭中的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量技術(shù)等，在聯(lián)網(wǎng)條件下，使人們通過智能手機(jī)或平板電腦等智能化終端設(shè)備，通過App打開或關(guān)閉指定的電器。由于智能計(jì)量插座能夠使電器完全斷電，對(duì)于電視機(jī)、電熱水器等待機(jī)功率大的用電器，用智能插座控制后就能做到隨用隨開，每月能省下一筆可觀的費(fèi)用。插座從過去的普通電器連接器變成了擁有獨(dú)立操作系統(tǒng)的智能化產(chǎn)品。

2.1 語(yǔ)音控制設(shè)計(jì)

智能計(jì)量插座具有語(yǔ)音控制和用戶使用習(xí)慣記錄功能。為了方便快捷地控制家用電器，用戶可以通過語(yǔ)音對(duì)智能插座進(jìn)行通斷控制和定時(shí)控制。用戶使用習(xí)慣記錄功能可以對(duì)經(jīng)常使用的用電器進(jìn)行記憶，方便對(duì)經(jīng)常使用的用電器進(jìn)行開啟或關(guān)閉。

2.2 插座電量計(jì)量設(shè)計(jì)

智能計(jì)量插座的主要功能是計(jì)量家用電器的用電情況，在安裝方面十分便捷。智能插座沒有復(fù)雜的安裝流程，即插即用。用戶在安裝時(shí)只需要通過智能手機(jī)下載Android應(yīng)用程序，將手機(jī)與智能計(jì)量插座連接到統(tǒng)一Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中，就可以實(shí)現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程自由控制。遠(yuǎn)程控制的同時(shí)，智能計(jì)量插座還能夠記錄各接口的用電量，使用戶了解自己每一個(gè)設(shè)備的用電情況，在了解數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，盡可能節(jié)省電量。

2.3 控制設(shè)計(jì)

智能計(jì)量插座可以通過用戶手機(jī)的Android應(yīng)用和Wi-Fi連接，遠(yuǎn)程控制智能計(jì)量插座上的每一個(gè)插口。智能設(shè)備充電完畢后，手機(jī)能遠(yuǎn)程操控?cái)嚯姡挥脤ｉT去拔掉插頭。可見，智能插座輕松解決了一切智能設(shè)備的充電問題。

3 基于Android應(yīng)用的智能插座硬件設(shè)計(jì)

3.1 智能插座的Wi-Fi模塊

無(wú)線Wi-Fi模塊作為微處理器和互聯(lián)網(wǎng)之間通信的橋梁，在整個(gè)智能插座計(jì)量系統(tǒng)中至關(guān)重要。智能計(jì)量插座主要依托Wi-Fi實(shí)現(xiàn)智能化，能夠顯示用電量等信息[2]。本系統(tǒng)選用嵌入式Wi-Fi模塊中的漢楓HLP100，能把接收的數(shù)據(jù)使用串口形式發(fā)送到單片機(jī)。該模塊集成了機(jī)智云協(xié)議，能根據(jù)特定指令連接機(jī)智云服務(wù)器，大大降低了開發(fā)難度。圖1為Wi-Fi模塊電路圖。

圖1 HF-LP100電路圖

3.2 雙向晶閘管模塊

在智能計(jì)量插座的設(shè)計(jì)過程中，插座通過智能控制控制家用電器是否通電，這一技術(shù)主要原理通過雙向晶閘管模塊實(shí)現(xiàn)。智能計(jì)量插座系統(tǒng)使用雙向晶閘管作為系統(tǒng)的執(zhí)行指令部分，通過光耦MOC3083搭建雙向晶閘管控制電路。控制信號(hào)為高時(shí)，光耦控制端不導(dǎo)通，雙向晶閘管控制電路斷開，負(fù)載開路，插孔不通電；控制信號(hào)為低時(shí)，光耦控制端導(dǎo)通，雙向晶閘管控制電路工作，插孔通電。本文使用關(guān)斷速度快、無(wú)觸點(diǎn)的雙向晶閘管Q4035NH5，工作電壓為2 V，允許重復(fù)作用在器件上的最大電壓為400 V，最大承受電流為35 A，觸發(fā)電路IGT≤50 mA，可以快速反應(yīng)且具備更高的安全性[3]。光耦合雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器電路圖如圖2所示。

3.3 煙霧濃度測(cè)量模塊

隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活環(huán)境的安全提出了新要求。因此，市場(chǎng)中燃?xì)鈭?bào)警器、煙感報(bào)警器應(yīng)運(yùn)而生。這些產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的，是為了使人們生活的環(huán)境更加安全、智能。智能計(jì)量插座，不僅可以實(shí)現(xiàn)電量的顯示，還能夠保障日常生活中的用電安全。本系統(tǒng)中的煙霧濃度測(cè)量模塊選用MQ-2。MQ-2是電壓輸出型傳感器，其輸出電壓會(huì)隨著測(cè)量煙霧濃度增大而增大。MQ-2測(cè)量煙霧濃度的電路圖如圖3所示。其中，R1、R2與MQ2構(gòu)成傳感器的測(cè)量電路，處理得到的電壓信號(hào)，得到最終輸入單片機(jī)的模擬量[4]。

圖2 光耦合雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器電路圖

圖3 煙霧濃度測(cè)量電路圖

3.4 電氣參數(shù)測(cè)量模塊

智能計(jì)量插座可以優(yōu)化人們的用電生活。日常生活中，由于不良用電引發(fā)的火災(zāi)很多，其中插座的過量使用占據(jù)很大比例。每個(gè)插座都有額定功率，用電器的使用一旦超出了額定功率，就會(huì)給生活帶來隱患。智能計(jì)量插座在一定程度上改善了這一問題，提高了人們的生活質(zhì)量。

插座過載而引起的火災(zāi)是家用電器隱藏的威脅，原因是通過插座的電流超出其承受的最大值，電線產(chǎn)生大量熱能，引起電線絕緣層燃燒。所以，隨時(shí)監(jiān)測(cè)電器的電流大小，及時(shí)切斷電源，可以很好地防止過載而引起火災(zāi)。本系統(tǒng)采用電流互感器檢測(cè)能檢測(cè)出交流電流強(qiáng)度，測(cè)量電路如圖4所示。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)，價(jià)格低。

圖4 電流測(cè)量電路圖

4 基于Android應(yīng)用的智能插座的實(shí)用性研究

21世紀(jì)，人們對(duì)生活中的事物開始了新的要求，對(duì)生活水平要求逐漸提高。隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展，智能家居的研究與新技術(shù)相結(jié)合，將家居的研究領(lǐng)域提高了一個(gè)水平。為了智能插座能夠在新領(lǐng)域?yàn)槿祟惿鐣?huì)做出貢獻(xiàn)，驗(yàn)證Android應(yīng)用在智能插座領(lǐng)域切實(shí)可行，本文基于Android應(yīng)用的智能插座在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證，研究了當(dāng)前設(shè)計(jì)的基于Android應(yīng)用的智能插座[5]。

本次設(shè)計(jì)是根據(jù)當(dāng)前智能家居控制系統(tǒng)現(xiàn)狀提出的一種基于Wi-Fi技術(shù)的，可以及時(shí)、準(zhǔn)確、遠(yuǎn)距離地傳輸智能家居控制系統(tǒng)信息。它應(yīng)用了STM32單片機(jī)、手機(jī)APP、語(yǔ)音識(shí)別模塊、Wi-Fi模塊、光照傳感器、紅外傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器、液晶12864及GSM通信模塊等。

通過手機(jī)APP與Wi-Fi智能插座的結(jié)合，可以設(shè)置情景模式。用戶通過手機(jī)APP設(shè)置情景中的電視開關(guān)、燈光照明、音樂播放、熱水器關(guān)斷及插座的定時(shí)關(guān)斷等各項(xiàng)電子設(shè)備的應(yīng)用情況。設(shè)置保存完畢后，需要使用時(shí)只需一鍵應(yīng)用即可，高效又快捷。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有人入侵或可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)時(shí)，GSM模塊將第一時(shí)間發(fā)送短信給用戶。用戶可以通過一個(gè)手機(jī)APP控制家中各個(gè)電器，安全又環(huán)保。此外，系統(tǒng)還具備語(yǔ)音識(shí)別功能，用戶可以直接用語(yǔ)音控制各類電器的開關(guān)。

5 結(jié) 論

通過研究Android應(yīng)用、Wi-Fi等技術(shù)與插座相結(jié)合，使生活中使用的插座更加便捷。對(duì)Android應(yīng)用的智能插座的研究證明，智能插座有較高的實(shí)用性，具有節(jié)能的特點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步和新技術(shù)的研究，提高了人們的生活質(zhì)量。智能計(jì)量插座因其可以有效監(jiān)控用電量，已成為智能家居的重要組成部分，提高了用電的安全性。