基于ESP8266串口WiFi的智能插座关键技术的实现

沈华刚　吕刚磊

摘 要：本文首先介绍了基于ESP8266串口WiFi的智能插座的设计思路，然后分析其整体结构，之后对其软硬件进行详细介绍，其中，硬件系统包括数据采集、Arduino UNO控制器和继电器模块;软件系统包括数据库、系统管理模块、系统的登录模块、系统的前台显示模块，以资借鉴。

關键词：智能插座;ESP8266串口WiFi;硬件;软件

Abstract： This paper first introduced the design idea of intelligent socket based on ESP8266 serial WiFi， then analysed its overall structure， and then introduced its software and hardware in detail. The hardware system includes data acquisition， Arduino UNO controller and relay module; the software system includes database， system management module， system login module， system front-end display module. The author hope this study can provide reference for other scholars.

Keywords： intelligent socket;ESP8266 serial WiFi;hardware;software

1 基于ESP8266串口WiFi的智能插座的设计思路

智能插座是实现智能家居的关键部件，对推动智能家居的实现具有重要作用。本文设计基于ESP8266串口WiFi的智能插座的思路如下。首先通过温度传感器把温度信号通过WiFi模块传递给网页，如果温度过高，则说明家庭可能存在火灾隐患，系统将通过邮件的方式把信息传递给用户，第一时间告诉用户家里存在火灾情况。同时，Arduino UNO单片机处理器将通过继电器模块切断对插座的供电。如果用户想通过远程控制插座的通断，可以点击网页上的开、关超链接，点击超链接时，信息通过网页传递给单片机，单片机通过继电器控制插座[1]。

2 基于ESP8266串口WiFi的智能插座整体结构

本文设计的基于ESP8266串口WiFi的智能插座包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括数据采集、Arduino UNO控制器和继电器模块;软件系统包括数据库、系统管理模块、系统的登录模块、系统的前台显示模块。用户登录系统后可以查看智能插座的温度，包括智能插座实时温度的显示、智能插座目前的状态和系统管理。系统管理分为数据库备份、数据库还原、管理员密码更改、管理员退出系统四部分功能[2]。

3 硬件系统

基于ESP8266串口WiFi的智能插座的硬件系统如图1所示，主要包括Arduino UNO单片机控制器模块、串口WiFi信号传输模块、电压稳定模块、继电器模块、LED显示屏模块、温度传感器模块，如图1所示。

3.1 Arduino UNO单片机控制器模块

Arduino单片机是一种简单易学的集成电路，其拥有13个数字接口，5个模拟接口，还有电源、地接口;可以接收数字信号和模拟信号;可以应用于许多有趣的、实用的电子产品制作，如万年历、3D打印机、浇花器、电子防盗器等。当前，全世界许多电子产品爱好者，不断利用Arduino制作新的产品。在使用传统的单片机时，需要使用者对单片机的内部硬件结构有一定的了解;而在使用Arduino单片机时，只需要使用者专注于程序的编写即可。同时，Arduino单片机还提供了许多已经编写好的接口，程序员调用这些接口就可以较好地控制步进电机、传感器等外围电路。此外，Arduino单片机拥有简单易学的IDE，使用起来很方便。

3.2 ESP8266串口WiFi信号传输模块

由于ESP8266串口WiFi体积小、价格便宜，因而，被广泛应用于移动设备联网和物联网技术领域。其支持AT语言，可以将固件烧写进ESP8266中。烧写固件时需要购买USB转TLL转接器，USB转TLL转接器与ESP8266 WiFi的连接关系为：3.3V电源连接ESP8266的REST、CH_PD和VCC，串口TTL的RXD、TXD连接ESP8266的TXD、RXD，串口TTL的GND接地。GPIO0默认高电平为工作模式（不接线悬空）。利用ESP8266flash.exe软件对ESP8266串口WiFi刷固件，如果GPIO0管脚接了低电平就是下载模式，下载模式用于给ESP8266 WiFi模块刷固件。ESP8266 WiFi模块其余的管脚可以不接。利用串口助手软件和AT指令调试ESP8266的WiFi功能，使ESP8266利用用户名和账号联网，联网时波特率设置为115200。

3.3 温度传感器模块

本次所设计的智能插座的温度传感器采用的是LM35温度传感器。LM35是一种广泛使用的温度传感器，采用内部补偿，精度高，可以达到±0.5℃，节能环保，芯片自身几乎没有散热问题，工作电压为4～30V。温度传感器需要一个管脚接5V高电位，一个管脚接地，一个管脚接Arduino的模拟接口，关键技术在于如何将读取的模拟值转换为实际温度。本次设计将读取到的模拟值va*0.0048828125*100就得到实际温度。根据温度的高低，判断周围环境是否存在危险，是否存在火灾。当火灾发生时，PHP使用PHPMailer邮件类发送邮件给用户。

3.4 继电器模块

本文设计的智能插座的继电器模块使用5V电源控制220V高压开关，高电平触发，继电器模块和Arduino电路板连接的关系是：继电器的VCC、GND连接Arduino的8管脚和GND，继电器的IN1、IN2连接插座。继电器实际上只是电动开关，Arduino控制继电器，继电器控制插座。本次设计使用的继电器模块在断开和打开时都有LED指示灯指示，当用户点击网页上的关闭按钮关闭智能插座时，PHP将网络将信号传递给Arduino，Arduino接收到需要关闭智能插座的信号后，使8管脚处于低电平，继电器就会关闭，此时智能插座不会通电;同样，当用户点击网页上的打开按钮打开智能插座时，PHP将信号传递给Arduino，Arduino使8管脚处于高电平，智能插座通电。

4 软件系统

4.1 数据库

该系统的数据库采用MySQL数据库，admin数据库管理员表如表1所示。其中Id为Int类型，自动增加，Usename、Pwd用来储存管理员账号与密码。

4.2 系统管理模块

当以管理员的身份输入正确的账号、密码、验证码进入后台管理系统时，系统将弹出如图2所示的页面。管理员可以对系统的数据进行备份、还原操作，也可以对自己的密码进行修改，也可以点击退出系统超链接，安全退出系统，系统会使管理员登录的session置空[3]。

当点击修改管理员密码超链接时，弹出的界面如图2所示，页面列出了两个已经添加的管理员账号。页面中包含密码列表和添加密码两个超链接，同时还包含翻页功能，包含总记录数、当前页和总页数、首页、上一页、下一页、尾页、页码跳转框。点击删除超链接时，可以删除当前的管理员密码，点击修改超链接时，可以修改对应的管理员密码[4]。

4.3 系统显示模块

系统显示页面如图3所示。图3显示了智能插座开关状态、当前周围环境温度。用户可通过在网页上输入通电的时间远程控制家用电器的通电时间，如手机充电一定时间后由单片机控制继电器自动关闭智能插座;用户也可以通过点击开、关超链接即时控制智能插座的通电状态[5]。

5 结语

本文系统介绍了基于ESP8266串口WiFi的智能插座关键技术的实现，重点介绍了系统的设计思路、及其软、硬件系统。

参考文献：

[1]刘奥川，詹琳.智能插座的设计[J].电脑知识与技术，2016（6）：177-178.

[2]薛灵芝.基于WIFI的智能插座[J].传播力研究，2018（29）：252.

[3]李文彬.基于WiFi的智能插座系统设计[J].物联网技术，2018（5）：70-74.

[4]郭剑鹏，仲志丹，丁英杰，等.基于Arduino单片机的智能小车避障设计[J].科学技术创新，2018（13）：61-62.

[5]许鹏，刘昕瑀，包武.基于Arduino的智能家居灯控系统设计[J].电子制作，2018（1）：29-32.