探讨Wi—Fi型智能插座的设计与实现
2016-05-14邓小海
邓小海
摘要：经济的发展和科技的进步，促使住宅和家电智能化的普及率越来越大。移动互联网可以让移动终端用户随时随地访问网络、进行位置定位、同时保持用户的隐私及独立性。智能手机作为最常用的移动终端，拥有强大的远程处理能力，是促进住宅与家电智能化不可或缺的工具。目前占据市场主要份额的为整体智能家居方案，这种整体方案集中控制安监系统、照明系统、家电控制系统、窗帘系统、娱乐影音系统，呈现出购买成本高、安装部署不便利、操作繁琐交互性差等特点，很难真正进入普通百姓家。本文以智能插座作为立足点，进而探讨基于Wi-Fi型的智能插座的设计与实现方案。
关键词：Wi-Fi 智能插座 智能手机
中图分类号：TM5.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0205-02
上个世纪八十年代末，智能家居概念第一次被提及，直到最近三年才被普遍流传。经济的发展促使人们开始追求更高品质的生活，科技的进步也让智能家居放下昂贵的身价慢慢走进人们的生活中。智能手机的发展为智能家居提供了良好的操作平台，云计算技术为智能家居提供了海量数据计算和存储能力，而传感器、处理器技术的进步也让智能家居在兼顾性能的同时降低了成本从而具备更加好的性价比。然而智能家居为整体系统方案，具有购买成本高、安装部署不便利、操作繁琐交互性差的特点[1]。为此，本文将探讨独立性智能家居的解决方案，即Wi-Fi型的智能插座的设计与实现方案。
1 Wi-Fi型智能插座整体设计方案介绍
Wi-Fi型智能插座设计方案包含三个部分：（1）硬件控制平台；（2）SAE云计算控制平台；（3）微信公共账号操作平台。本设计的重点在于利用手机微信软件结合SAE云计算控制平台来完成对Wi-Fi型智能插座的控制[2]。
2 Wi-Fi技术及云计算平台介绍
Wi-Fi也被称作无限高保真技术（Wireless Fidelity），采用的协议标准为IEEE802.11标准。日常生活中手机、笔记本电脑、打印机等电子设备都可以通过Wi-Fi连接到无线局域网中。Wi-Fi具备一些蓝牙无法比拟的优越性：（1）Wi-Fi传输距离比蓝牙更远，最大有效距离可以达到200米；（2）Wi-Fi传输速度优于蓝牙，最大传输速度可以达到11Mbit/s；（3）Wi-Fi比蓝牙更容易组网，通过无限路由器可以实现多个终端设备连接。
云计算（Cloud Computing）是一种基于虚拟化技术对网络中大规模可扩展的分布式计算资源进行整合，并以基础架构、平台、软件等形式对外服务的超级计算模式。
本设计Wi-Fi型智能插座的方案，将采用新浪云计算平台SAE来部署服务器后台Web应用。SAE是一个简单高效的分布式Web服务开发、运行平台，对外提供PaaS服务，支持PHP、Python、Java等多种Web开发语言。
3 智能硬件平台设计
Wi-Fi型的智能插座的硬件方案设计包含中央处理器模块、电源转换模块、通信模块、时钟模块、电能计量模块、继电器控制模块、插座及外壳等。本设计采用基于ARM架构的BCM2825处理器（树莓派（Raspberry Pi））用来满足Wi-Fi型智能插座的功能及可扩展性的需求。树莓派是一款基于Linux系统的开源微型计算机，其大小与身份证相当。树莓派最大的特点是硬件是开源的，设计开发者可以根据其开源电路图来自行设计修改PCB图。电源转换模块采用三端稳压管LM7805提供稳定的5V直流供电。
4 服务器端软件设计
服务器端软件设计由如下两部分组成：（1）微信公众平台账号的申请与设置；（2）SAE Web应用设置。最终将实现所有通过手机微信公众账号平台发送的执行指令传输至SAEWeb应用中，SAEWeb应用进行执行指令的解析和处理，然后将解析和处理后的指令信息传输到智能硬件平台中来完成相应的控制方式。
4.1 微信公众平台帐号的申请与设置
微信公众平台账号是基于实名认证的基础上使用的，注册者通过实名认证便可以使用微信公众平台里的功能[3]。本设计中Wi-Fi型智能插座将会使用其高级功能，高级功能可以选择编辑模式和开发模式，每种模式只能单独启动。开发模式通过使用公众平台提供的开发接口，可以实现通过给微信公众账号发送微信指令来控制Wi-Fi型智能擂座的目的。
用户信息交互、自定义菜单交互功能都可以在微信公众平台的开发接口中实现，具体实现过程如下：（1）用户通过手机微信公众平台发送指令信息到已经开启开发接口的公众账号中，公众账号平台服务器将自动启用Http用来推送第三方服务器的URL链接；（2）第三方服务器的响应包回复特定结构在响应推送后将回复信息给用户；（3）用户通过回复的URL链接信息和Token签名信息来验证URL的有效性，并且完成开发模式的设置。
在Wi-Fi型智能插座使用过程中，操作流程具体如下：（1）用户通过手机微信公众平台发送文本信息到公众账号中；（2）文本信息转换成XML数据包，然后POST到服务器的URL中；（3）服务器将接收并解析数据包的有效性并进一步执行有效指令；（4）将执行结果反馈到用户手机微信公众平台中。
其中接收文本消息的XML数据包格式如下所示。
