多功能智能插座设计

李元吉　林德丽

摘 要：智能家居在物联网中占有很重要的，文章以智能插座为例来阐述智能家居的整体功能。智能插座使用arduino单片机，ESP8266串口WIFI模块，可以使用微信平台和家用电器上实现交互式控制、远程控制、微平台还可以实现社会网络物联网与智能家居系统推广，产品将会有良好的市场前景。

关键词：智能插座；arduino；esp8266串口wifi

1 智能插座发展现状

传统的电源插座仅仅是电路的拓展，而智能插座一般都有着相应的智能化的功能，智能插座和传统的插座在外观和功能上有着明显的差异。当前的市场上已经出现了多种不同功能的智能插座，他们内部嵌有智能集成芯片或微处理器，能够完成初步的智能处理，但目前的都存在功能较为单一的缺点，难以与物联网进行相应的契合，不能满足智能家居系统的需求。

2 系统设計方案

2.1 主要技术

ESP8266是一款高度集成的芯片，该芯片专门针对无线连接的需求而开发，是一个完整且自成系统的Wi-Fi网络解决方案。它能够搭载软件应用，也能通过另一个应用处理器卸载所有的Wi-Fi网络功能。

ESP8266芯片是专门为无线连接而设计的，是一个拥有独立的Wi-Fi网络的完整系统解决方案。它可以携带的应用软件，也能通过应用卸载Wi-Fi网络功能。ESP8266具有良好的处理能力和存储功能，使传感器可通过GPIO端口来进行控制相关的设备，既缩短前期开发时间，也最大限度减少运行中系统资源的占用。达到缩短开发时间和减少早期资源使用的目的。ESP8266高度集成在芯片中，只有很少的外部电路，包括它的前端模块，包括整个解决方案，使设计的空间占用达到最小。

HC05蓝牙模块与属于HC民用级串口蓝牙模块。可用于各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA等智能终端配对，兼容单片机系统。当主从模式两个蓝牙模块配对成功后。

2.2 设计模块

主控制器：主控制器主要由一片arduino单片机构成，是整个智能插座的核心，负责整个系统的测量、控制、通信、管理。

通信模块：智能插座通过无线通信模块与主控制器进行数据交互，我们设计的智能插座利用esp8266串口WIFI模块以及蓝牙模块作为通信模块，实现远程控制插座的通断电以及将主控器采集的功率等数值传上互联网实现，在远程可查看相关数据以及完成家电设备的控制。

按键电路：采用单按键的输入方式触发外部中断，用于开启定时模式，以及完成定时时间的设定。

信号检测模块：通过分压电阻和锰铜片将电压电流功率信号，经过信号转换输入到测量芯片ATT7022B，此芯片内有A/D转换和数字运算电路，可以计算电压电流等有效值和功率的计算，生成数据流。

传感器模块：由于本系统中很多模块都会耗电，在无人使用时可关掉总电源，因此可用主动式红外模块监测智能插座是否有人使用，若无人使用，则关掉电源，已达到节电的目的。

继电器模块：继电器是利用单片机高低电平控制插座通断电的桥梁，可实现小电压控制大电压。

3 软件设计方案

软件设计主要实现插座上没有连接电器时自动断电、用户可远程控制插座的通断电、用户可手动设置让插座定时通断电这三个功能。

首先进行初始化，设置好端口并初始值，红外传感器用于检测插座上是否有遮挡物（即是否有插头在使用），若有插头使用，用户可以通过手机终端控制继电器的开与关进而控制插座的通断电；若无插头使用，则继电器无法打开，插座不能通电。另外使用循环程序设置定时时间。而蓝牙模块的功能则是用与终端设备的通信，如本实验使用的手机终端，当手机发送“开”或“关”的指令后，蓝牙模块接收到并进行响应。初始化的设定包括个引脚的定义，初始电平，按键一次的延时时间和波特率。

延时部分，为避免按键扰动设置有20ms的延时，检查引脚3（该引脚连接按键，按下对应为“0”）是否为“0”，若为“0”则延时加1000ms，若没有延时指令则引脚3写入高电平。因此可以通过多次按键实现延时时间的累计。当然这里为了便于观察现象设置time为1000ms，也可以增大按键一次所延时的时间，以满足用户的需求。

按键部分，使用MsTimer2库函数，它是一个定时器中断函数，当time溢出时就跳转至timing_switch，结束中断。使用这个函数时需要事先在Arduino的函数库中导入该函数文件或自己编写。

按键扫描部分，为了解决并不是要进行定时设置却碰到了按键，会出现错误的响应，加入按键扫描的检查。首先做一次按键检查，判断按键是否按下，若按下，延时20ms后再次检查，若仍为按下则进行确认。这样就需要我们在按键时停顿一会，避免了扰动产生的问题。

继电器的开关控制，首先接收蓝牙终端发过来的ASCII码并判断，若设置“ON！”和“OFF！”接收到为“ON！”则打开继电器，接收到为“OFF！”则关闭继电器，从而实现对插座的通断电控制。

红外传感器障碍物检测，红外传感器通过红外线的反射来检测障碍物，如果有障碍物则可以控制插座开关，如果无障碍物返回高电平，无法打开继电器。

4 结束语

该多功能智能插座从智能家居标准的角度考虑，除具有电源分配功能外，还应该拥有过载漏电的保护功能；定时，利用定时器，使智能插座中在指定的时间节点进行断电操作，便于自动控制，为电气和电子设备进行预约延时功能；远程控制，使用Wi-Fi连接，通过板载通信模块实现对家用电器的远程控制，实现自动开启、关闭；电量检测，计算并查看在一定的时间内消耗的电能和设备的电流功率。

参考文献

[1][美]MassimoBanzi.爱上Arduino[M].于欣龙，郭号 译.人民邮电出版社，2011.

[2]杨欣，莱洛克斯，王玉凤，等.电子设计从零开始[M].清华大学出版社，2010.

[3]陈海旺，张振娟，黄明.智能家居中无线智能插座的涉及[J].电视技术，2013.

作者简介：李元吉（1994，04-），男，山东烟台，本科在读，研究方向：计算机科学与技术。

指导教师：林德丽（1983，09-），女，山东日照，讲师，硕士，计算机科学与技术。