以“智能开关”实现“节能减排”方案设计

吴昌翔 陈路捷 马狄文 葛科奇

摘   要：文章使用物联网技术、开源软件、3D打印等技术，实现对普通开关的物联网化改造，使之能够进行智能化控制，达到节能减排的目的。

关键词：智能开关;节能减排;物联网

2016年，国务院印发了《“十三五”节能减排综合工作方案的通知》。2017年，宁波市也发布了《“十三五”节能减排综合工作方案》。“节能减排”也是目前全国各级政府的重要工作之一。

物联网作为影响现在和未来几十年的重要技术，可以在“节能减排”中发挥重要作用。本项目拟在生活、工业领域原有开关设备的基础上，增加物联网控制功能。不仅不浪费原有的基础设施，还在减少人员施工的情况下，使普通开关拥有物联网功能，实现集中控制、远程控制、定时控制、根据环境（光照）自动控制等功能。

1    项目主要内容

（1）通过3D建模和3D打印技术实现部分零配件、外壳的设计和小规模生产，其灵活度高，为项目原型的快速开发提供了保障。使用3D设计和3D打印，构建合适的开关控制部件，通过舵机进行控制。

（2）在硬件上，使用乐鑫公司ESP8266 WiFi物联网芯片。该芯片是目前广泛使用的物联网芯片，应用范围广、能耗低，不但能在开发环境中使用，更能在工业、商业条件下使用，质量稳定;由于只需要利用ESP8266进行联网和多级控制，选择了便利的ESPEasy开源固件。

（3）使用标准物联网通信协议—消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT），实现物联网芯片与阿里云物联网云之间的通信，使开关机构可通过互联网进行控制。MQTT协议使用发布/订阅消息模式，能提供一对多的消息发布，消除了应用程序耦合，同时可以做到开销小、协议交换最小化，以降低网络流量。因为整个项目一般应用于学校等单位内部环境，所以不需要应用公有云MQTT服务。在项目中选择使用Docker技术搭建MQTT服务器，选择开源的Eclipse Mosquitto作为MQTT服务器。

（4）为快速测试、开发项目，在物联网设备的集中管理上，本項目也选择开源的Home Assistant作为智能开关的集中管理平台。

所以，整个项目除开关控制机构设计外，基本使用开源软件搭建。

（5）项目基本结构如图1所示。

2    项目实施

2.1  ESP8266固件的安装和配置

使用ESPEasy固件，烧写简单;Web可视化操作，需要代码量小。其中，只需配置WiFi信息、Devices（设备信息）和Rules（规则信息）。

（1）Devices（设备信息）选择“MQTT import”，如图2所示。ESPEasy中的Rules配置如图3所示。

舵机控制的基本命令格式：

Servo，，，

2.2  MQTT服务端

用Docker安装eclipse mosquitto开源MQTT服务器（见图4）。

2.3  Home Assistant开源物联网管理平台

在该平台中配置了MQTT服务器信息，并对configuration.yaml文件进行配置，从而可以通过该平台利用MQTT服务器来控制ESP8266芯片，并使用舵机来控制开关。服务器信息配置如图5—6所示，configuration.yaml配置信息如图7所示，Home Assistant中的开关控制面板如图8所示。

使用Home Assistant平台的自动化控制技术，对各种开关进行集中管理、远程管理，达到节能减排的目的，再加上光敏传感器，可以增加根据环境（光照强度）进行自动化灯光管理的功能。

3    结语

通过大量的实验，对各种物联网平台、技术进行了测试比较，找到了以上快速完成开发项目的方法。在项目中，着重使用了各种开源物联网项目，并进行了综合运用。

[参考文献]

[1]ESP EASY.Servo motor[EB/OL].（2018-05-17）[2020-02-05].https：//espeasy.readthedocs.io/en/latest/Plugin/P000_Servo_motor.html.

[2]ESP EASY.MQTT Import[EB/OL].（2018-06-13）[2020-02-05].https：//www.letscontrolit.com/wiki/index.php？title=MQTT_Import.