基于Android应用的智能计量插座设计研究

吴荣森

（嘉兴职业技术学院，浙江 嘉兴 314000）

0 引 言

当今社会发展日新月异，人们的生活压力越来越大，工作压力繁重。为了提高人们的生活质量，使生活更加便捷，市场中出现了很多适合家居使用的智能化电气。在智能家居的研究领域，结合我国的新型技术如电子学、自动控制技术、电气工程技术、人工智能技术和计算机技术等，可以促进我国智能家居的发展。智能计量插座就是发展中的产物，本文将对基于Android应用的智能插座的实用性展开分析。

1 智能计量插座概念分析

计量插座可自动将设备所用电量按当地电价换算成电费，使人们轻松获知电费开支、设备运行时间和用电量[1]。多功能计量插座可以在显示设备运行时间的同时，同步显示电器的用电量。随着人们生活质量的提高，生活中更加注重生活环境的安全，因此安全的智能家居控制系统逐渐得到人们的青睐。从1984年全球第一个智能楼宇建成以来，智能家居在全球内得到了极大发展。其中，自动控制系统是智能家居中最重要的一部分，有序控制着整个家居的运行情况。智能家居的自动控制系统能够对房屋里的用电器件进行远程的自动控制和相应的管理，实现房屋内设备的低功耗模式和电气设备的相应状态，并能够对智能家居设备进行统一管理。智能计量插座既节能又安全，已经成为智能家居的一部分，深受人们的喜爱。

2 基于Android应用的智能插座的功能设计

基于Android应用的智能计量插座是一种拥有不错创意的产品。它利用现有家庭中的Wi-Fi网络、计量技术等，在联网条件下，使人们通过智能手机或平板电脑等智能化终端设备，通过App打开或关闭指定的电器。由于智能计量插座能够使电器完全断电，对于电视机、电热水器等待机功率大的用电器，用智能插座控制后就能做到随用随开，每月能省下一笔可观的费用。插座从过去的普通电器连接器变成了拥有独立操作系统的智能化产品。

2.1 语音控制设计

智能计量插座具有语音控制和用户使用习惯记录功能。为了方便快捷地控制家用电器，用户可以通过语音对智能插座进行通断控制和定时控制。用户使用习惯记录功能可以对经常使用的用电器进行记忆，方便对经常使用的用电器进行开启或关闭。

2.2 插座电量计量设计

智能计量插座的主要功能是计量家用电器的用电情况，在安装方面十分便捷。智能插座没有复杂的安装流程，即插即用。用户在安装时只需要通过智能手机下载Android应用程序，将手机与智能计量插座连接到统一Wi-Fi网络中，就可以实现本地、远程自由控制。远程控制的同时，智能计量插座还能够记录各接口的用电量，使用户了解自己每一个设备的用电情况，在了解数据的基础上，尽可能节省电量。

2.3 控制设计

智能计量插座可以通过用户手机的Android应用和Wi-Fi连接，远程控制智能计量插座上的每一个插口。智能设备充电完毕后，手机能远程操控断电，不用专门去拔掉插头。可见，智能插座轻松解决了一切智能设备的充电问题。

3 基于Android应用的智能插座硬件设计

3.1 智能插座的Wi-Fi模块

无线Wi-Fi模块作为微处理器和互联网之间通信的桥梁，在整个智能插座计量系统中至关重要。智能计量插座主要依托Wi-Fi实现智能化，能够显示用电量等信息[2]。本系统选用嵌入式Wi-Fi模块中的汉枫HLP100，能把接收的数据使用串口形式发送到单片机。该模块集成了机智云协议，能根据特定指令连接机智云服务器，大大降低了开发难度。图1为Wi-Fi模块电路图。

图1 HF-LP100电路图

3.2 双向晶闸管模块

在智能计量插座的设计过程中，插座通过智能控制控制家用电器是否通电，这一技术主要原理通过双向晶闸管模块实现。智能计量插座系统使用双向晶闸管作为系统的执行指令部分，通过光耦MOC3083搭建双向晶闸管控制电路。控制信号为高时，光耦控制端不导通，双向晶闸管控制电路断开，负载开路，插孔不通电；控制信号为低时，光耦控制端导通，双向晶闸管控制电路工作，插孔通电。本文使用关断速度快、无触点的双向晶闸管Q4035NH5，工作电压为2 V，允许重复作用在器件上的最大电压为400 V，最大承受电流为35 A，触发电路IGT≤50 mA，可以快速反应且具备更高的安全性[3]。光耦合双向晶闸管驱动器电路图如图2所示。

3.3 烟雾浓度测量模块

随着生活水平的提高，人们对生活环境的安全提出了新要求。因此，市场中燃气报警器、烟感报警器应运而生。这些产品设计的目的，是为了使人们生活的环境更加安全、智能。智能计量插座，不仅可以实现电量的显示，还能够保障日常生活中的用电安全。本系统中的烟雾浓度测量模块选用MQ-2。MQ-2是电压输出型传感器，其输出电压会随着测量烟雾浓度增大而增大。MQ-2测量烟雾浓度的电路图如图3所示。其中，R1、R2与MQ2构成传感器的测量电路，处理得到的电压信号，得到最终输入单片机的模拟量[4]。

图2 光耦合双向晶闸管驱动器电路图

图3 烟雾浓度测量电路图

3.4 电气参数测量模块

智能计量插座可以优化人们的用电生活。日常生活中，由于不良用电引发的火灾很多，其中插座的过量使用占据很大比例。每个插座都有额定功率，用电器的使用一旦超出了额定功率，就会给生活带来隐患。智能计量插座在一定程度上改善了这一问题，提高了人们的生活质量。

插座过载而引起的火灾是家用电器隐藏的威胁，原因是通过插座的电流超出其承受的最大值，电线产生大量热能，引起电线绝缘层燃烧。所以，随时监测电器的电流大小，及时切断电源，可以很好地防止过载而引起火灾。本系统采用电流互感器检测能检测出交流电流强度，测量电路如图4所示。该电路结构简单可靠，寿命长，便于维护，价格低。

图4 电流测量电路图

4 基于Android应用的智能插座的实用性研究

21世纪，人们对生活中的事物开始了新的要求，对生活水平要求逐渐提高。随着时代的进步与发展，智能家居的研究与新技术相结合，将家居的研究领域提高了一个水平。为了智能插座能够在新领域为人类社会做出贡献，验证Android应用在智能插座领域切实可行，本文基于Android应用的智能插座在实验室进行验证，研究了当前设计的基于Android应用的智能插座[5]。

本次设计是根据当前智能家居控制系统现状提出的一种基于Wi-Fi技术的，可以及时、准确、远距离地传输智能家居控制系统信息。它应用了STM32单片机、手机APP、语音识别模块、Wi-Fi模块、光照传感器、红外传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、液晶12864及GSM通信模块等。

通过手机APP与Wi-Fi智能插座的结合，可以设置情景模式。用户通过手机APP设置情景中的电视开关、灯光照明、音乐播放、热水器关断及插座的定时关断等各项电子设备的应用情况。设置保存完毕后，需要使用时只需一键应用即可，高效又快捷。当红外传感器检测到有人入侵或可燃气体浓度超标时，GSM模块将第一时间发送短信给用户。用户可以通过一个手机APP控制家中各个电器，安全又环保。此外，系统还具备语音识别功能，用户可以直接用语音控制各类电器的开关。

5 结 论

通过研究Android应用、Wi-Fi等技术与插座相结合，使生活中使用的插座更加便捷。对Android应用的智能插座的研究证明，智能插座有较高的实用性，具有节能的特点。随着科技的进步和新技术的研究，提高了人们的生活质量。智能计量插座因其可以有效监控用电量，已成为智能家居的重要组成部分，提高了用电的安全性。