智能家居中無線智能插座系統設計

何衛亮

摘要：隨著社會的不斷進步，科技的不斷發展，智能產品已經逐漸走入大家的視野當中，被越來越多的人所關注到，甚至走進了家居行業。本文中就詳細的介紹了一種在物聯網背景下的無線智能插座系統，此系統充分展現了家用電器的信息化與智能化，擁有無線通信、供電過程控制、電能計量等多項功能。并使用手機網絡、紅外遙控等各種方式進行無線通信，客戶也可以通過手機短信、遠程遙控等方式完成插座的電能監測、通斷控制、定時任務等多項功能，不僅滿足了客戶的室內遙控需求，還能夠滿足室外等遠程遙控需求，而且此智能插座還擁有過溫、過流等安全措施，確保了客戶的用電安全。在經歷過反復檢測之后，確定了系統的安全性與可靠性。通過智能家居的迅速發展與普及，此項設計將會擁有良好的應用前景。

關鍵詞：智能家居；無線智能；插座系統；系統設計

作為物聯網產業的主要發展項目，智能家居以生活住宅為主要發展平臺，通過利用傳感器技術、通信技術、控制技術、計算機技術等多項功能，將各式各樣的智能設備進行集中管理與控制，進而創造出更加環保、舒適、便利、高效、便利的生活環境。一般情況下，日常使用的插座只能提供給我們電能輸出等功能，沒有過溫、過流等保護功能，并且其控制方法比較單一，根據當前情況分析，本文提出一個成本低、安全性能高的無線智能插座系統，并對這一系統進行詳細解說。

一、智能插座的簡介

智能產品已然成為現代生活中不能夠缺少的東西，它大大提高了人們的日常生活水平，并且在生活節奏如此之快的情況下也為大家提供了不少便利。而智能插座不僅擁有過溫過流保護，還具有功率監測、無線通信、定時通斷等多項功能，客戶也可以應用紅外遙控進行一對一的室內或遠程遙控，也可以運用觸摸屏對插座節點統一管理與控制，當客戶離開住處時還可以使用手機短信對插座進行管理控制。其系統管理與控制的多種多樣化，能夠充分滿足客戶在不同環境下的應用需求[1]。

智能插座節點使用的是STM32單片機作為插座的核心控制，通過可控硅對插座通斷進行控制，電流檢測模塊把輸出信號經過調理后，再由單片機的AD進行轉換，計算出負載功率。并且智能插座的節點設置了無線射頻收發和紅外接收電路，客戶不僅可以用紅外遙控對插座節點進行控制，還可以運用上位機系統對其進行統一控制和管理。

二、插座的硬件設計與軟件設計

（一）智能插座的通斷控制

插座通斷電路應用的是晶閘管器件，它不僅容量大、體積小、控制靈活、工作電壓高，還對使用在大功率之下的電能轉換和無觸點控制，有著其他器件所沒有的強大功能。比如使用傳統開關、繼電器等方式進行家用電器控制時，斷開與接連的瞬間會出現電火花，而且負載功率越到，產生的火花就越大。這樣的電火花不但會降低開關應用壽命和燒蝕開關觸點，還會在環境中有可燃氣體時引發爆炸、燃燒等大型事故。可是把插座的開關更換為晶閘管電路，因為晶閘管控制電路是沒有觸點的，就會避免斷開與接通的瞬間發生電火花，而且不管是容性負載、阻性負載，還是感性負載，晶閘管都可以完成電流的通斷，還可以做到上千小時的持續工作也不會出現故障問題，應用壽命要遠遠比普通的觸點開關與繼電器長很多很多[2]。

（二）功率檢測

傳統的電流檢查大多數都會使用電流互感器，因為存有成本高、重量重、絕緣困難、輸出端無法開路、容易受到電磁干擾等方面的缺點，所以智能插座的設計時使用的為霍爾傳感器（ACS712ELCTR-05B）來收集電流數據，其中檢測電流最大的為±5A，能夠充分滿足家用電器的檢測需求，此器件內部設置了偏低置的霍爾傳感器，能夠檢測與輸出交流和直電流成比例的電壓。并且擁有響應時間快、絕緣電壓高、方便使用、性價比較高、低噪音等特點。VIOUT在經歷過濾波之后，就會由單片機模擬輸入端實現模數轉換，通過被測電流的關聯與ACS712的輸出電壓，設定值和計算結果進行對比，一經發現超出了設定值，單片機就會立即切斷電源并且進行報警，實現對家用電器的功率測量和保護功能[3]。

（三）控制方法

插座節點使用手機短信、無線射頻、紅外遙控等多種方式接收客戶操作，以便客戶在遠距離和近距離對插座進行監控。當客戶和插座之間沒有遮擋物的情況下，就可以應用紅外遙控對其進行控制，在無線射頻中就可以運用觸摸屏對插座節點進行管理控制。在客戶離開住宅，并且有一定距離的情況下，就可以發送短信到上位機中心，完成對智能插座的遠程遙控。

三、功能的分析與實驗

在物聯網當中，傳感器的通信性能是相當重要的，為了能夠很好的測試系統通訊性能，選擇了丟包率進行實驗評價，并且因為系統的主要應用在于智能家居系統，所以就選擇在住宅區進行實驗，以便更真實的觀察與測量。首先第一次把七個插座節點裝置在同一個樓層，并把協調器放在相近樓層，給每一個節點在不同時間發送1000數據包，第二次把七個插座節點裝置在同一個樓層，在把協調器安置在距離節點2層樓的位置上，給每一個節點在不同時間再次發送1000數據包，實驗結束后，可以明顯看出協調器與節點安置在相近樓層的時候，通信范圍可以達到四十米左右，而當距離有兩層樓高時，其通信范圍就會達到二十米左右，所以系統的通訊性能是能夠滿足無線智能家居的通訊需求的[4]。

結束語：

綜上所述，這一系統實現了霍爾傳感器、STM32單片機、晶閘管電路和無線接收發射板塊在單片機控制下的智能無線插座，通過使用紅外遙控、手機短信、上位機觸摸屏等三種方法對插座實施無線控制，實現了遠距離和近距離環境下的監控需求。并且這一系統很大程度的方便了智能住宅的升級改造，提高了人們的生活質量。

參考文獻：

[1]吳翠娟.基于物聯網的智能家居插座群監控系統設計[J].電腦知識與技術，2017，19（28）：272-273，281.

[2]曾明如，羅浩，徐小勇，等.基于ARM和nRF905組網的智能家居系統設計[J].計算機測量與控制，2015，27（4）：1418-1420，1427.

[3]張壇.基于的嵌入墻體式智能插座系統的研究[D].安徽大學，2017.22（28）：272-273，281.

[4]劉繼中.一種基于的智能插座控制系統設計與實現[D].大連海事大學，2016.12（28）：272-273，281.