智能插座無線數(shù)據(jù)通信功能探析

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【摘要】物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)在不斷提升，智能插座系統(tǒng)在此環(huán)境的影響下完成了升級(jí)和改造，將家用電器形成智能與信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信功能與供電控制的功能。智能系統(tǒng)中將會(huì)使用手機(jī)以及無線裝置實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信功能，用戶可以近距離或者遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)控制，利用紅外線遙控器以及手機(jī)短信的方式實(shí)現(xiàn)控制，在運(yùn)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)安全保護(hù)功能，本文將會(huì)結(jié)合智能插座的特點(diǎn)簡(jiǎn)單描述在使用過程中的實(shí)現(xiàn)方法，首先對(duì)其整體展開介紹以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后分別從軟件和硬件方法探究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使大家更好的了解其設(shè)計(jì)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到該技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用具有很大的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】無線數(shù)據(jù)通信；智能插座；實(shí)現(xiàn)方法

0引言

電子技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，市場(chǎng)上最常見的是WIFI插座以及紅外無線控制插座等，能夠?qū)崿F(xiàn)插座的智能作用，這些設(shè)計(jì)將插座與手機(jī)連接形成遠(yuǎn)程控制，但是各自相對(duì)應(yīng)的客戶端在控制過程中比較麻煩。在不斷應(yīng)用過程中對(duì)原有的功能進(jìn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單方便的智能控制，可以讓操作更加簡(jiǎn)單快捷，并且保證用電安全。為了對(duì)智能插座具有更為深刻的認(rèn)識(shí)，特此展開本次研究。

1智能插座

物聯(lián)網(wǎng)中主要應(yīng)用的是智能家居，智能家居在家庭生活環(huán)境中占據(jù)重要地位，將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到家具中，能夠?qū)⑷藗兊纳罘绞阶兊母臃奖憧旖荩悄芗揖硬捎糜?jì)算機(jī)遠(yuǎn)離，將通信技術(shù)以及感應(yīng)器等技術(shù)綜合使用，能夠使人們?cè)谑孢m、安全、環(huán)保的環(huán)境中生活。普通的插座僅僅起傳輸電流的作用，沒有保護(hù)插座的功能，并且普通插座的控制方法簡(jiǎn)單而且單一。智能插座能夠在使用過程中檢查電流大小以及監(jiān)控功率，對(duì)于插座起保護(hù)作用，通過定時(shí)可以自動(dòng)斷電以及具有通信功能，智能插座還可以使用紅外遙控器控制，利用個(gè)人信息使其可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一控制，進(jìn)而具有更為強(qiáng)大的功能，同時(shí)還可以使用觸摸技術(shù)對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，如果用戶不在住宅區(qū)，可以利用手機(jī)對(duì)插座節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程控制[1]。在實(shí)現(xiàn)控制作業(yè)中，可以采取多種不同的方法，讓用戶可以在不同環(huán)境中對(duì)插座進(jìn)行控制，進(jìn)而最大程度實(shí)現(xiàn)安全用電。插座節(jié)點(diǎn)是利用可控硅控制插座斷電，電流檢測(cè)板將信號(hào)傳輸，在傳輸過程中實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)整，再?gòu)膯纹瑱C(jī)內(nèi)部中進(jìn)行轉(zhuǎn)換并計(jì)算功率。插座節(jié)點(diǎn)中設(shè)置紅外接線與無線頻率接受信號(hào)，用戶通過遙控器或者上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)插座節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，上位機(jī)系統(tǒng)可以通過利用MCGS平臺(tái)使用戶看到畫面，能夠?qū)崿F(xiàn)元和才能控制與近距離操作。

2結(jié)構(gòu)體系

插座節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖比較簡(jiǎn)單，將LCD以及紅外接收、按鍵輸入、無線通信等等應(yīng)用安裝在控制裝置中，將此控制器作為控制核心，此核心設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，性能高、耗能少并且價(jià)格低廉。在此裝置中處理信息，當(dāng)信息出現(xiàn)異常時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，如果信息異常是小頻率，可以使用隔離裝置將異常信號(hào)通過晶閘管處理，處理過后再通過傳感器利用濾波功能傳回到控制器中，通過應(yīng)用該過程實(shí)現(xiàn)操作，可以使系統(tǒng)硬件得到一定程度的簡(jiǎn)化，同時(shí)可以有效降低投資成本。系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)用過程中，使用的是觸摸裝置并安置定時(shí)功能，在傳感器接受信號(hào)時(shí)隨機(jī)采樣，控制器中增加時(shí)鐘模式，在軟件系統(tǒng)的作用中提供時(shí)間功能，所以用戶只需要在軟件中設(shè)置定好的時(shí)間就能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)控制[2]。插座節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度掌控并對(duì)插座進(jìn)行保護(hù)，所以對(duì)精準(zhǔn)度的要求并不高，所以只需要完成單片機(jī)內(nèi)部掌控溫度就能完成測(cè)量溫度，溫度測(cè)量范圍是在零下40度到零上126度，如果監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)溫度超出既定范圍，應(yīng)該立即切斷電源并且實(shí)施報(bào)警裝置.

3軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

利用無線網(wǎng)絡(luò)的電量進(jìn)行智能設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器中，利用主機(jī)實(shí)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，將各種模塊組合實(shí)現(xiàn)智能插座設(shè)計(jì)。智能插座中有五個(gè)模塊構(gòu)成，分別是微控制單元、電量檢測(cè)、智能調(diào)控、電源轉(zhuǎn)換以及WiFi通信，利用這五大模塊將能夠?qū)ι瞽h(huán)境中的智能插座實(shí)現(xiàn)控制，保證安全用電[3]。微控制單元模塊是對(duì)所有的模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)控功能，此單元模塊利用美國(guó)研發(fā)的芯片作為基礎(chǔ)，芯片性能高并且處理靈活，在使用過程中零耗損，能夠?qū)崿F(xiàn)超低耗能作用并且環(huán)保。此芯片有多種模式和信號(hào)，能夠在選擇信號(hào)源的過程中實(shí)現(xiàn)靈活作用，最大程度上降低能耗以及滿足使用功能，時(shí)鐘信號(hào)有五種分別是晶體振蕩器、低耗晶體振蕩器、數(shù)控振蕩器、高速晶體振蕩器以及模塊晶振，模型有四種用作外設(shè)模塊以及CPU系統(tǒng)需求等功能中。運(yùn)用此芯片能夠在不同環(huán)境中滿足各種需求，在SR中能夠?qū)崿F(xiàn)低耗功能LPM0以及LPM4之間的切換。如果中斷服務(wù)但是SR值并沒有發(fā)生變化則會(huì)將程序轉(zhuǎn)換到之前的模式，SR值改變將會(huì)影響工作模式，低功率運(yùn)行過程中將會(huì)關(guān)閉CPU，如果外設(shè)時(shí)鐘只有一個(gè)能用時(shí)將會(huì)根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)換成LPM2或者LPM3模式，如果所有的時(shí)鐘停止工作，會(huì)轉(zhuǎn)變成LPM4模式。電量檢測(cè)中應(yīng)該注意對(duì)家電的電壓以及功率進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)模塊將采用美國(guó)研發(fā)的芯片CS5490，此芯片將收集到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變后才能單比特?cái)?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾最后輸送到校準(zhǔn)電路中最后發(fā)送到傳輸器中，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信。WiFi模塊主要完成的是對(duì)信號(hào)的的處理，此模塊采用無線網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)，能在使用中減少開發(fā)時(shí)間以及降低投資成本，能夠節(jié)省空間并且能夠降低對(duì)專業(yè)知識(shí)的使用，將作為數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。電源轉(zhuǎn)換模塊需要安全可靠的電源作為支撐，將智能插座的引流設(shè)定為220VAC電壓，接入變壓器之后實(shí)現(xiàn)降壓，將信號(hào)轉(zhuǎn)換到整流器中再經(jīng)過濾波處理實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓。智能調(diào)控模塊主要是對(duì)定時(shí)裝置進(jìn)行智能控制，能夠提供準(zhǔn)確的時(shí)間，在此過程中需要繼電器作為輔助，繼電器是一種電子控制裝置，能夠控制與被控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際的電流量選擇。

3.2軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在軟件設(shè)計(jì)過程中有四個(gè)設(shè)計(jì)過程，分別是制定通信協(xié)議、設(shè)計(jì)單片機(jī)程序和服務(wù)器軟件、手機(jī)app，設(shè)計(jì)通信協(xié)議需要有一套統(tǒng)一規(guī)劃以及內(nèi)容協(xié)議，可以使用手機(jī)與服務(wù)器、插座之間系統(tǒng)協(xié)議，將此智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分成三個(gè)種類[4]。第一種是插座與服務(wù)器之間的通信協(xié)議，在插座內(nèi)部設(shè)定服務(wù)器地址，在通電過程中就會(huì)自動(dòng)發(fā)送信息，服務(wù)器接收到信息之后將會(huì)得到插座的端口以及IP地址，在進(jìn)行修改過程中實(shí)現(xiàn)插座的登入，時(shí)間控制在2s左右。第二個(gè)種類是插座和手機(jī)之間的數(shù)據(jù)，手機(jī)能夠控制插座的開關(guān)模式，通過手機(jī)向插座輸送命令，控制一個(gè)位置即可，如果一個(gè)WiFi模式能夠使多個(gè)插口共用就要根據(jù)實(shí)際情況換控制插口，能夠保證控制狀態(tài)穩(wěn)定以及及時(shí)實(shí)現(xiàn)控制，手機(jī)定時(shí)發(fā)送狀態(tài)信息，在協(xié)議格式中前四位是查詢命令，后邊位數(shù)是顯示插座名稱，在最后位數(shù)中顯示結(jié)束命令。顯示插座名稱過程中會(huì)添加定時(shí)動(dòng)作、定時(shí)之后的狀態(tài)、定時(shí)的時(shí)間限制以及定時(shí)的階段等，一個(gè)階段完成之后才能進(jìn)入下一階段，但是此系統(tǒng)過程中可以完成多個(gè)階段的定時(shí)，但必須遵循一階段完成之后才能進(jìn)入下一階段的操作流程。第三階段是手機(jī)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳遞，在服務(wù)器中注冊(cè)手機(jī)信息，完成注冊(cè)之后要保留手機(jī)的各種信息，并反饋消息證明注冊(cè)成功。手機(jī)端發(fā)送命令之后會(huì)立即收到相關(guān)的IP信息以及插座的信息，并向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。

4結(jié)束語(yǔ)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，我國(guó)科技能力也在不斷提升，智能化逐漸成為人們生活中的常態(tài)，傳統(tǒng)的插座設(shè)計(jì)已經(jīng)很難滿足人們生活需求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)以及無線收發(fā)等模塊制成的智能插座，可以優(yōu)化軟硬件的設(shè)計(jì)完成制作，更好的實(shí)現(xiàn)人們生活中的科技型以及舒適度，在實(shí)現(xiàn)過程中根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行操作，進(jìn)一步優(yōu)化家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人們生活質(zhì)量很大程度的提升。

【參考文獻(xiàn)】

［1］李華,劉林,謝小軍.基于Wi-Fi的智能插座的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)儀器儀表,2017(5)：23-23.

［2］劉繼中.一種基于WiFi的智能插座控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連海事大學(xué),2016：13.13.

［3］陳小雷,曹冠忠,張偉,等.一種智能插座控制方法及智能插座:,CN105337109A[P].2016：99.100.

［4］周繼強(qiáng),張孝勇,倪琳軒,等.一種基于無線wifi通信技術(shù)的智能插座及控制方法:,CN106159579A[P].2016：102-102.

作者：郭春育 蔣雪花 單位：浙江方圓檢測(cè)集團(tuán)股份有限公司