以“智能開關”實現“節能減排”方案設計

吳昌翔 陳路捷 馬狄文 葛科奇

摘? ?要：文章使用物聯網技術、開源軟件、3D打印等技術，實現對普通開關的物聯網化改造，使之能夠進行智能化控制，達到節能減排的目的。

關鍵詞：智能開關;節能減排;物聯網

2016年，國務院印發了《“十三五”節能減排綜合工作方案的通知》。2017年，寧波市也發布了《“十三五”節能減排綜合工作方案》。“節能減排”也是目前全國各級政府的重要工作之一。

物聯網作為影響現在和未來幾十年的重要技術，可以在“節能減排”中發揮重要作用。本項目擬在生活、工業領域原有開關設備的基礎上，增加物聯網控制功能。不僅不浪費原有的基礎設施，還在減少人員施工的情況下，使普通開關擁有物聯網功能，實現集中控制、遠程控制、定時控制、根據環境（光照）自動控制等功能。

1? ? 項目主要內容

（1）通過3D建模和3D打印技術實現部分零配件、外殼的設計和小規模生產，其靈活度高，為項目原型的快速開發提供了保障。使用3D設計和3D打印，構建合適的開關控制部件，通過舵機進行控制。

（2）在硬件上，使用樂鑫公司ESP8266 WiFi物聯網芯片。該芯片是目前廣泛使用的物聯網芯片，應用范圍廣、能耗低，不但能在開發環境中使用，更能在工業、商業條件下使用，質量穩定;由于只需要利用ESP8266進行聯網和多級控制，選擇了便利的ESPEasy開源固件。

（3）使用標準物聯網通信協議—消息隊列遙測傳輸（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT），實現物聯網芯片與阿里云物聯網云之間的通信，使開關機構可通過互聯網進行控制。MQTT協議使用發布/訂閱消息模式，能提供一對多的消息發布，消除了應用程序耦合，同時可以做到開銷小、協議交換最小化，以降低網絡流量。因為整個項目一般應用于學校等單位內部環境，所以不需要應用公有云MQTT服務。在項目中選擇使用Docker技術搭建MQTT服務器，選擇開源的Eclipse Mosquitto作為MQTT服務器。

（4）為快速測試、開發項目，在物聯網設備的集中管理上，本項目也選擇開源的Home Assistant作為智能開關的集中管理平臺。

所以，整個項目除開關控制機構設計外，基本使用開源軟件搭建。

（5）項目基本結構如圖1所示。

2? ? 項目實施

2.1? ESP8266固件的安裝和配置

使用ESPEasy固件，燒寫簡單;Web可視化操作，需要代碼量小。其中，只需配置WiFi信息、Devices（設備信息）和Rules（規則信息）。

（1）Devices（設備信息）選擇“MQTT import”，如圖2所示。ESPEasy中的Rules配置如圖3所示。

舵機控制的基本命令格式：

Servo，，，

2.2? MQTT服務端

用Docker安裝eclipse mosquitto開源MQTT服務器（見圖4）。

2.3? Home Assistant開源物聯網管理平臺

在該平臺中配置了MQTT服務器信息，并對configuration.yaml文件進行配置，從而可以通過該平臺利用MQTT服務器來控制ESP8266芯片，并使用舵機來控制開關。服務器信息配置如圖5—6所示，configuration.yaml配置信息如圖7所示，Home Assistant中的開關控制面板如圖8所示。

使用Home Assistant平臺的自動化控制技術，對各種開關進行集中管理、遠程管理，達到節能減排的目的，再加上光敏傳感器，可以增加根據環境（光照強度）進行自動化燈光管理的功能。

3? ? 結語

通過大量的實驗，對各種物聯網平臺、技術進行了測試比較，找到了以上快速完成開發項目的方法。在項目中，著重使用了各種開源物聯網項目，并進行了綜合運用。

[參考文獻]

[1]ESP EASY.Servo motor[EB/OL].（2018-05-17）[2020-02-05].https：//espeasy.readthedocs.io/en/latest/Plugin/P000_Servo_motor.html.

[2]ESP EASY.MQTT Import[EB/OL].（2018-06-13）[2020-02-05].https：//www.letscontrolit.com/wiki/index.php？title=MQTT_Import.