物联网环境下智能插座的设计

何卫亮

摘要：物联网技术是在互联网技术逐渐发展和普及的情况之下发展起来的新技术，在物联网的条件下进行智能插座的设计是智能家居在发展推广过程中的重要环节，是未来发展的主要方向。

关键词：物联网；智能插座；设计

物联网的研究和发展对于整个信息通信技术的相关行业发展进步具有重大意义。物联网在未来会影响我们生活的方方面面，在节约能源方面也会产生巨大作用，利用物联网技术实现能源消耗情况的时时反馈已经成为研究的课题。物联网环境下的智能插座除了具备传统插座的功能以外，还具有电量反馈，随时开关等功能，从而达到节能和智能的效果，是值得大力推广的新技术。

一、智能插座系统的简单介绍及其优势

（一）智能插座系统

智能插座是在物联网概念提出和不断发展后产生的一种家电产品，是智能家居概念的重要内容。智能家居强调智能化，通过网络相关技术对家居的相关设备进行有效的管理调控，是家居生活能够更加节能环保。智能插座在设计的过程中内置WiFi系统，用户在智能手机的客户端可以实现对于智能插座的远距离操控，包括随时开关，电量反馈等功能都可以随时操控，同时智能插座还可以与智能家居的其他电器配合，帮助智能家居功能更有效的实现。在智能插座中还有许多的辅助功能，包括温度湿度情况，节能情况等等，这些都是智能插座的优势所在。

在智能插座系统之中，电器与智能插座连接后进行供电，对于耗电情况会进行及时的反馈，用户无论距离远近，在手机端可以详细了解使用的情况，还可以对于智能插座进行远距离的操控。

（二）智能插座的主要优势

智能插座的设计依托于互联网技术，信息技术和传感器技术，对于插座系统集中管理控制，随时监测系统的电量消耗情况，实现节能的效果。当前，中国经济高速发展，电量消耗与日俱增，智能插座的设计能够有效的解决电量消耗过大的问题，同时能够满足用户的个性化需求，对于环境保护和节约能源具有重要作用。

二、智能插座的系统概况

在智能插座系统的使用过程中，用户把各种家用电器连接到智能插座上，智能插座在被连接后开始对电器進行供电，智能插座在使用的过程中会自动生成ZigBee无线网络系统，当智能插座系统中的某一个插座断电，这个插座会自动从无线网络之中退出。同时，智能插座系统配有电能的传感装置，及时反馈耗电的相关情况，相关信息会通过网关上传到网络，用户通过身份验证可以查询耗电情况，并且还可以获得相关的历史数据，用户可以在远程发布命令，对智能插座进行控制。这种操作系统在理论上可以控制上万个插座，操作功能强大。下图就是智能插座系统的基本模式图[1]。

三、智能插座系统的设计构建

（一）智能插座系统的总体框架

智能插座系统主要包括电能传感模块，电源模块，处理器和无线通信模块，存储模块五个部分，各个模块具有不同的作。电源模块主要是为其他几个模块供电，电能的传感模块主要是监测电量情况，电器模块主要负责智能插座的通断情况，处理器和无线通信模块主要起到协调作用。各个模块的具体关系如下图所示[2]。

（二）电源模块

电源是智能插座进行工作的重要组成部分，它支撑了智能插座的有效运行。在电源的具体选择上，应该根据实际的情况，可以适当采用转换率高，体系驾校的电源。电源的选择主要应该满足电路的持续稳定运行，减少运行过程可能出现的电磁干扰，尽量缩短整流管的通断时间，通过电源的合理选择来实现节约电能。

（三）电能传感模块

电能传感模块的核心是ADE7755，在实际使用的过程之中可以利用ADC模数转换器把电信号进行数字化的处理，通过计算把电压和电流的瞬时信号转换成瞬时功率信号。转换所得的信号通过数频转换器的处理得出所需的频率信号，通过CF引脚进行输出。

（四）智能插座开关控制的选择处理

智能插座的开关控制电路可以采用晶闸管器件，该器件的主要优点在于容量比较大，电压高，控制过程方便，对于较大功率的电能转换能够实现无触点的控制，这是其他的元件无法取代的。很多开关在进行大功率家电的开关使用过程中会出现火花，随着负载的逐渐增加，火花也会逐渐变大，这种情况在使用过程中会对电源造成比较大的损伤，减少电源的使用寿命，如果在使用是遇到一些易燃的气体还有出现火灾的风险。使用晶闸管器件能够有效的解决这类问题，增加开关的使用寿命，避免发生危险[3]。

（五）智能插座的控制

智能插座系统对于每一个插座节点在控制的过程中采用红外线遥控和互联网通信技术，这种处理方式可以让用户对于智能插座实现远距离精确的控制。根据使用的实际情况，当用户与智能插座在裸露空气接触时可以采用红外线遥控的方式，当用户与智能插座距离较远时应该采用网络控制。这两种操作的方式也大大的方便了用户使用，体现了智能插座的使用优势。

四、对智能插座进行有效的性能检测

（一）检测电源模块

对于电源模块的检测能过保证智能插座的顺利安全使用。在检测过程之中，应当在220V电压的情况下适当加入负载，重点查看插座在3.3V和5V的情况下直流输出情况是否稳定，如果波形稳定，检测结果合格。

（二）检测网络通信效果

无线通信的效果，是体现插座智能化的一个重要指标。在检测的过程中可以让多个插座对网关进行数据包的发送，对于发送的结果进行比对分析，查看传送的成功率。

（三）检测智能插座的电能情况

智能插座系统检测的一个重要指标就是电能计量。在不同的功率下进行负载检测，检测的过程之中保证电表和插座符合要求，每个半个小时检测一次，对累积检测数值进行对比，仔细分析检测结果，确保计量准确。同时，还需要重点检查节能情况，可以在相同用电量的情况之下，分别使用普通插座和只能插座进行检测，通过检测数值对比耗电量的情况。

结束语：

随着科技水平的高速发展，人们的生活水平逐步提高，对于智能家居的需求逐步增加，智能插座是智能家居应用的典型代表。通过对于智能插座的合理使用，能够有效的节约电能，实现远程操控，物联网技术与智能家居的结合也成为大势所趋。

参考文献：

[1]金逸超，孙力娟，王汝传，黄海平.物联网环境下智能插座的设计[J].计算机研究与发展，2010，47（S2）：321-326.

[2]谷雨茜.物联网环境下智能插座的设计[J].产业与科技论坛，2016，15（12）：61-62.

[3]孙茂超.物联网环境下智能插座的设计[J].电子制作，2015（06）：53.