基于物联网的智能家居插座群监控系统设计

吴翠娟

摘要：该文设计了一个基于物联网的智能家居插座群监控系统，采用单片机控制系统和无线网络通信技术构建监控系统，可实现对插座群中的每个插座的定时通断控制，并监控插座的用电状态，无用电设备工作时，自动切断插座供电。本监控系统可用于智能家居、智慧校园系统中实现对插座群的实时通断和节电控制。

关键词：物联网；智能家居；插座群；无线通信；定时通断；节电控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）28-0272-02

Abstract： In this paper， is designed.This paper designs an intelligent home socket group monitoring system Based on Internet of things ， the monitoring system is constructed by using single chip microcomputer control system and wireless network communication technology， through each socket socket on the timing of the realization of the control group， and the electricity status monitoring socket， useless electric equipment， automatically cut off the power supply socket. The monitoring system can be used in smart home and intelligent campus system to realize the real-time on-off and power-saving control of the socket group.

Key words： internet of things； intelligent home； socket group； wireless communication； timing on-off； power-saving control

1 概述

物联网顾名思义就是物物相连的互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展网络，是新一代信息技术的重要组成部分。物联网是通过射频识别、红外感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

智能家居是物联网技术应用的体现之一。智能家居通过物联网技术将家中的各种用电设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。在智能家居平台中，各种用电设备的控制，可通过对家居系统中插座群控来实现。智能家居设计最基本的目标是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生活环境，具有实用性、便捷性、易用性、人性化、节能等特点。

本系统设计可对智能家居中的插座群，按照不同人群、不同时间的个性化要求，提前设定好插座电源的接通和断开时间，实现各用电设备的智能化开通和关闭，可满足实用性、便捷性和人性化要求。

日常生活中，人们习惯在关闭用电设备后，设备电源插座仍然插在供电插座上。经实际测量，长时间使关闭的用地设备连在供电插座上，积累起来也会造成可观的电能浪费。本系统在检测到插座持续保持低功耗状态（待机或关闭）时，会自动断开插座电源，达到节约电能的目的。

2 监控系统结构

本智能家居插座群监控系统是基于物联网技术的应用开发，系统采用单片机控制系统和无线收发器件构成无线传感器网络，采用无线网络通信技术，实现智能家居系统中的插座群进行监控。监控系统分为主机和从机两大部分，从机安装在插座上，测量和监控每个插座的用电信息，将采集的电量信息通过无线通信模块传送给主机，并接收主机发送的插座通断控制命令；主机接收从机发送的信号，并通过无线收发设备将定时接通或关闭插座电源的命令发送给从机。

监控系统结构如图1所示。

3 主机系统

主机系统接收从机发送的电量数据，并对接收的数据进行处理，发出相应的控制命令到相应从机上，控制该插座的继电器实现用电设备的接通或关闭。当到达开关电源的定时时间是，同样发送控制命令到相应插座对应的从机系统中。

3.1 主机系统的硬件电路

主机系统硬件电路由主机控制器、无线收发模块、时钟模块、显示模块、通断时间设置电路等组成。

主機控制器选用STC12C5A60S2单片机实现，通断时间设置电路由独立按键构成，显示电路由12864液晶显示芯片实现。

无线收发模块采用Si4432无线通信模块，其具有无线收发功能，它可以工作在433M免费频段，接收灵敏度达到-120 dB。每个插座的实时参数可通过无线模块发送到液晶上，实现远程显示多个插座的实时用电信息。

无线收发模块电路如图2所示。

时钟模块用DS1302实时时钟芯片实现。DS1302通过简单的串行接口与单片机进行通信，产生实时时间信息。单片机比对实时时间和设置好的定时通断时间，当达到定时时间时，发出控制命令到相应从机，控制用电设备的定时通断。

时钟模块电路如图3所示。

3.2 主机系统软件

主机系统软件完成系统初始化，控制无线通信模块的收发数据，读取时钟芯片的实时时间，并比对设定的定时通断时间，时间到时，发送控制命令到相应的插座，控制用电设备插座电源的接通或断开。endprint

主机系统软件流程图如图4所示。

系统上电后， 首先进行系统初始化；然后建立与从机的无线通信网络连接，分配从机地址，监听信道中有无从机发送数据，有数据时，匹配从机对应插座的地址，进行数据接收；最后进行数据处理，对插座的工作状态做出判断，并发送插座通断控制命令给从机。

4 从机系统

从机系统用于采集智能家居中各插座的电量信息，并将采集的信息通过无线通信模块传送给主机，并接收响应主机发送的控制命令，从机对插座执行相应控制，实现定时通断及节能控制。

4.1 从机系统硬件

从机系统硬件电路由从机控制器、无线收发模块、电量采集模块、通断控制模块等组成。为便于与主机直接实现便捷通信，从机控制器也采用STC12C5A60S2单片机实现。无线收发模块电路结构与主机系统基本相同，通断控制模块由继电器构成，实现用电设备的插座的接通及断开功能。

电量采集模块采用V9401 电量计量芯片，V9401是一款低功耗高性能单相计量SOC芯片，集成模拟前端、电能计量模块、增强型8052MCU、RTC、Flash和LCD驱动等功能。电量计量芯片V9401 结构如图5所示。

4.2 从机系统软件

从机系统软件完成从机系统的初始化，控制电量计量模块测量插座群的用电信息，并将数据封装打包，通过无线通信模块发送给主机，并接收主机发送的插座定时通断和节电控制命令，控制继电器实现用电设备的接通与关闭。

从机系统软件流程图如图6所示。

从机上电后，首先进行初始化，与主机进行无线通信连接；将读取到的插座的电量数据发送给主机，并接收主机的控制命令，控制继电器工作。

5 结论

本插座群監控系统可以应用于智能小区的智能家居系统中，具有实用便利，可靠性高，绿色节电等优势，可在智能家居系统中推广应用。

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