智能家居中无线智能插座系统设计1

何卫亮

摘要：随着社会的不断进步，科技的不断发展，智能产品已经逐渐走入大家的视野当中，被越来越多的人所关注到，甚至走进了家居行业。本文中就详细的介绍了一种在物联网背景下的无线智能插座系统，此系统充分展现了家用电器的信息化与智能化，拥有无线通信、供电过程控制、电能计量等多项功能。并使用手机网络、红外遥控等各种方式进行无线通信，客户也可以通过手机短信、远程遥控等方式完成插座的电能监测、通断控制、定时任务等多项功能，不仅满足了客户的室内遥控需求，还能够满足室外等远程遥控需求，而且此智能插座还拥有过温、过流等安全措施，确保了客户的用电安全。在经历过反复检测之后，确定了系统的安全性与可靠性。通过智能家居的迅速发展与普及，此项设计将会拥有良好的应用前景。

关键词：智能家居；无线智能；插座系统；系统设计

作为物联网产业的主要发展项目，智能家居以生活住宅为主要发展平台，通过利用传感器技术、通信技术、控制技术、计算机技术等多项功能，将各式各样的智能设备进行集中管理与控制，进而创造出更加环保、舒适、便利、高效、便利的生活环境。一般情况下，日常使用的插座只能提供给我们电能输出等功能，没有过温、过流等保护功能，并且其控制方法比较单一，根据当前情况分析，本文提出一个成本低、安全性能高的无线智能插座系统，并对这一系统进行详细解说。

一、智能插座的简介

智能产品已然成为现代生活中不能够缺少的东西，它大大提高了人们的日常生活水平，并且在生活节奏如此之快的情况下也为大家提供了不少便利。而智能插座不仅拥有过温过流保护，还具有功率监测、无线通信、定时通断等多项功能，客户也可以应用红外遥控进行一对一的室内或远程遥控，也可以运用触摸屏对插座节点统一管理与控制，当客户离开住处时还可以使用手机短信对插座进行管理控制。其系统管理与控制的多种多样化，能够充分满足客户在不同环境下的应用需求[1]。

智能插座节点使用的是STM32单片机作为插座的核心控制，通过可控硅对插座通断进行控制，电流检测模块把输出信号经过调理后，再由单片机的AD进行转换，计算出负载功率。并且智能插座的节点设置了无线射频收发和红外接收电路，客户不仅可以用红外遥控对插座节点进行控制，还可以运用上位机系统对其进行统一控制和管理。

二、插座的硬件设计与软件设计

（一）智能插座的通断控制

插座通断电路应用的是晶闸管器件，它不仅容量大、体积小、控制灵活、工作电压高，还对使用在大功率之下的电能转换和无触点控制，有着其他器件所没有的强大功能。比如使用传统开关、继电器等方式进行家用电器控制时，断开与接连的瞬间会出现电火花，而且负载功率越到，产生的火花就越大。这样的电火花不但会降低开关应用寿命和烧蚀开关触点，还会在环境中有可燃气体时引发爆炸、燃烧等大型事故。可是把插座的开关更换为晶闸管电路，因为晶闸管控制电路是没有触点的，就会避免断开与接通的瞬间发生电火花，而且不管是容性负载、阻性负载，还是感性负载，晶闸管都可以完成电流的通断，还可以做到上千小时的持续工作也不会出现故障问题，应用寿命要远远比普通的触点开关与继电器长很多很多[2]。

（二）功率检测

传统的电流检查大多数都会使用电流互感器，因为存有成本高、重量重、绝缘困难、输出端无法开路、容易受到电磁干扰等方面的缺点，所以智能插座的设计时使用的为霍尔传感器（ACS712ELCTR-05B）来收集电流数据，其中检测电流最大的为±5A，能够充分满足家用电器的检测需求，此器件内部设置了偏低置的霍尔传感器，能够检测与输出交流和直电流成比例的电压。并且拥有响应时间快、绝缘电压高、方便使用、性价比较高、低噪音等特点。VIOUT在经历过滤波之后，就会由单片机模拟输入端实现模数转换，通过被测电流的关联与ACS712的输出电压，设定值和计算结果进行对比，一经发现超出了设定值，单片机就会立即切断电源并且进行报警，实现对家用电器的功率测量和保护功能[3]。

（三）控制方法

插座节点使用手机短信、无线射频、红外遥控等多种方式接收客户操作，以便客户在远距离和近距离对插座进行监控。当客户和插座之间没有遮挡物的情况下，就可以应用红外遥控对其进行控制，在无线射频中就可以运用触摸屏对插座节点进行管理控制。在客户离开住宅，并且有一定距离的情况下，就可以发送短信到上位机中心，完成对智能插座的远程遥控。

三、功能的分析与实验

在物联网当中，传感器的通信性能是相当重要的，为了能够很好的测试系统通讯性能，选择了丢包率进行实验评价，并且因为系统的主要应用在于智能家居系统，所以就选择在住宅区进行实验，以便更真实的观察与测量。首先第一次把七个插座节点装置在同一个楼层，并把协调器放在相近楼层，给每一个节点在不同时间发送1000数据包，第二次把七个插座节点装置在同一个楼层，在把协调器安置在距离节点2层楼的位置上，给每一个节点在不同时间再次发送1000数据包，实验结束后，可以明显看出协调器与节点安置在相近楼层的时候，通信范围可以达到四十米左右，而当距离有两层楼高时，其通信范围就会达到二十米左右，所以系统的通讯性能是能够满足无线智能家居的通讯需求的[4]。

结束语：

综上所述，这一系统实现了霍尔传感器、STM32单片机、晶闸管电路和无线接收发射板块在单片机控制下的智能无线插座，通过使用红外遥控、手机短信、上位机触摸屏等三种方法对插座实施无线控制，实现了远距离和近距离环境下的监控需求。并且这一系统很大程度的方便了智能住宅的升级改造，提高了人们的生活质量。

参考文献：

[1]吴翠娟.基于物联网的智能家居插座群监控系统设计[J].电脑知识与技术，2017，19（28）：272-273，281.

[2]曾明如，罗浩，徐小勇，等.基于ARM和nRF905组网的智能家居系统设计[J].计算機测量与控制，2015，27（4）：1418-1420，1427.

[3]张坛.基于的嵌入墙体式智能插座系统的研究[D].安徽大学，2017.22（28）：272-273，281.

[4]刘继中.一种基于的智能插座控制系统设计与实现[D].大连海事大学，2016.12（28）：272-273，281.