Wi—Fi控制型智能插座的设计

余国

摘要：对传统机械开关插座的改进，实现远程控制，从而去控制插座上的相关电器设备。本文介绍了一种Wi-Fi控制的智能插座，采用STM8S系列单片机作为主控，结合ESP8266无线模块与电脑手机等终端设备上的上位机软件进行交互，实现控制和状态的获取。本文主要针对该产品的硬件和软件设计方案进行了简单地介绍。

关键词：STM8；ESP8266；Wi-Fi模块；单片机；Socket类

0 引言

近几年，随着互联网的快速发展和人们对生活品质不断追求，出现了一个较为新颖的名词——智能家居。所谓智能家居，我们可以从字面上来理解，即对所有家居设备进行智能化的控制管理。

本文介绍一种智能插座，能在电脑上位机界面或智能手机上对插座的通断进行控制和通断状态的获取。这样我们只需要将电器设备的电源插头插在插座上就可以实现智能控制了，就不需要花更多的时间和成本去对现有的电器设备的电路进行改装了，实现了智能控制的通用性。无线控制方案有多种，考虑到智能手机和Wi-Fi的普及，本文主要采用Wi-Fi控制方案。

1 硬件设计

本设计主要针对在同一个Wi-Fi网络环境下，通过上位机软件实现对插座的远程开关控制和手动开关控制相结合的方式，并实时地将插座的开关状态反馈到上位机软件界面进行显示，实现人机交互。系统框图如图1所示：

1.1 主控芯片

采用STM8S103F2单片机作为主控，一则为了节约成本，二则是因为STM8S系列单片机有众多优点（如UART、内部看门狗、AD、低功耗、E2PROM等），以便于以后对产品的升级改造。

1.2 Wi-Fi模块

Wi-Fi我采用的是ESP8266系列模块，该模块可以实现串口透传、PWM调控、GPIO控制等功能，并且支持STA/AP/STA+AP三种工作模式，可以通过互联网控制，利用终端设备就可以进行无线控制，该模块主要是通过AT指令集将Wi-Fi数据转换成UART数据与主控进行数据交换，使用起来非常方便。

1.3 ID设置模块

考虑到若有多个插座共存的情况，我采用8位拔码开关进行设备ID号的设置。与上位机进行通讯时必须与相应设备的ID号相对应，才能进行控制，否则将无法进行控制。

1.4 手动控制模块

在主控的其中一个IO引脚上外接独立按键对输出电路进行控制，每次按键都对输出信号进行翻转，并利用程序进行消抖处理，这样就无须再附加任何模拟或数字电路，大大节约了成本，降低了开发难度。

1.5 信号指示模块

通过一红一绿两个信号指示灯，对电源信号与Wi-Fi信号的状态进行反馈。电源接通红灯常亮，否则不亮；当接通电源后，若Wi-Fi已连接上，绿灯以2Hz的频率进行闪烁，否则不亮。

1.6 输出控制模块

输出控制采用光耦隔离后再对晶阐管进行控制的方法。这种无触点式的控制较之前的继电器控制有两个优点：一是使用寿命比继电器的使用寿命长；二是不会有电火花产生，使得该控制模块在某些特殊环境下（如可燃气体）仍然能够正常使用。

1.7 电源模块

采用开关电源方案将插座内220V交流电转换成3.3V直流电源给所有模块进行供电。

2 软件设计

软件设计主要包括两部分：下位机软件和上位机软件。下位机软件主要指单片机内控制程序，在STVD+COSMIC环境下用C语言进行编程，工作流程如图2所示；而上位机软件主要指Windows平台和Android平台下的应用软件的编程，分别采用的是C#语言和JAVA语言对Socket类进行编程开发，虽然其编程环境和编程语言不同，但其工作原理一样，工作流程如图3所示。

3 结束语

该设计实现了与现代化互联网终端设备控制的功能，充分利用了我们生活中最常用的两个电子设备（电脑和手机），能给人们带来很大的方便，操作起来简单，只要打开电脑或者手机上的软件界面，动动手指即可实现无线控制并获取各种电器的开关状态，更可以手动进行控制。如果未来Wi-Fi覆盖到世界上任何一个角落，我相信该设计将会给有很大的成长空间。

参考文献：

[1] 卢林杰，秦会斌. 基于STM8S103和WIFI的智能家居照明系统设计[J]. 电气自动化. 2014（03）

[2] 邵健，魏先巍. 基于家庭WIFI网络的DALI智能照明系统设计[J]. 通化师范学院学报. 2013（08）

[3] 江燕良. 基于Android智能终端的远程控制系统[J]. 电子技术应用. 2012（08）

[4] 刘宁，邱爽. 基于Java的Socket通信的实现[J]. 才智. 2009（16）endprint