基于ESP32智能模块化插座的设计研究

王晓彦

（忻州职业技术学院，山西 忻州 036000）

近年来，在我国的大力推动及支持下，新科学技术不断涌现，这也大幅度提高了我国人民的生活水平。在我国全面建成小康社会的前提背景下，我国人民向往更高层次、高水平的生活，开始追求更高科技含量及更高产品质量的用户体验。针对相关需求，我国企业研发出智能化家居系统以提高人民生活水平。总的来说，智能化家居系统为使用家庭提供了一个更加舒适、便捷、方便的信息交流平台，消费者能够将相关需求转化为机器能够读懂的指令，机器也会完全按照指令进行操作，这让消费者对家居的操作变得更加方便、快捷，这不仅能够大幅度提高人们的生活质量，还能营造更舒适的居住环境，让消费者能更加合理地安排相关时间、资源利用最大化。插座是我们日常生活中最为常见的一种电器，其功能及相关种类也大不相同。很多研究员对插座进行了各式各样的插座实验，提出了各种构想：针对利用WI-FI对家居系统进行控制；为弥补传统家居缺陷满足现代化智能家居的要求，设计出一种基于无线网络具备远程操控且可移动的智能化插座系统，具体补充了智能化插座的软件与硬件，且进行了专业测试；对比传统节电插座的方式，分析智能化节能插座的基本特征，对节能的目的及现实意义进行研究；研究基于无线通信技术插座的具体实践；研究智能化家居的现状；研究单片机在低成本小型家用电器中的应用。通过分析上面的实验记录及结果，发现这些研究虽然可以解决人们生活中的某些实际问题，但设计及制作的成本过高，且不能够很好地解决远程控制及相关问题，无法实现全面推广使用。所以，研究一款低成本、高效率、更智能的智能化插座势在必行。本文介绍一款基于ESP32芯片研究出的智能化插座，该插座通过相关无线网络进行插座的远程控制及功率限制，很好地避免了插座因长时间运作而导致的危险。即使用户没在家中，也能够借助手机APP进行插座的智能化操作，这大大减少了因不规范使用导致的电器火灾，减少用户经济损失。总的来说，基于ESP32的智能化插座既达到了设计简单、操作容易的目的，也能够最大程度满足用户需求，达到智能操作、安全生活的目的。

1 智能化插座设计方案

ESP32是由我国乐鑫公司设计研发的一款可以作为独立系统运行应用程序或是主机MCU的从设备，其将天线开关、PF balun、功率放大器、滤波器、接受低噪声放大器、电源管理模辅助等功能集一体的微控制器。这些强大兼容性使ESP32芯片只需要极少得外围设备就能够完成各种性能操作，同时有更高的安全性，具有蓝牙及WiFi连接功能，能够开发更复杂的应用。

基于ESP32设计智能化插座主要需要运用单机片、Oled、手机APP等。其工作原理为，再插座电源接通后，第一工作体单片机进行相关检测工作，检测主体包括温度、电压、电流、功率。在进行检测时会出现两种情况，第一试各项指数在正常范围，系统运行正常。这时ESP32将会将已经获取的数据像功率、电压、电流等上传至Oled上，这时候我们可以通过网络与APP进行相关的控制操作。第二种情况是，数据超过阀值，系统运行异常，这时ESP32会实现智能化保护，进行电源切断操作，在电源切断后会利用相关APP发送信息至警告手机，如果需要再度启用插座只有通过手动的方式。

1.1 进行ESP32智能化插座设计的核心元器件

进行ESP32智能化插座设计需要较多的元器件。其一便是ESP32，本次使用的是由乐鑫公司研发的一款为IOT模块的ESP32，它采用的是40nm工艺的制作方式，有着2.4GHz双模WiFi、230MHz的主频，拥有双核32位微控制单元及高达600DMIPS的计算能力。同时，它拥有更小的体积及更高的集成度，其低功耗的水平也在行业数一数二。最后，ESP32对环境的适应能力强，其最低运行温度为零下40度，最高运行温度达到125度，利用arduino设计爱你开发的ESP32极大地减少了开发周期。其二便是具有更低功耗、更好亮度、显示更加细致及160负显示效果的Oled。其采用高效率、长寿发光材料，并借利用了更先进的器件结构，这大大提高了Oled的耐久度，这为智能化插座提供更好的显示体验，延长其使用寿命。其三便是ina219，设计智能化插座电源控制模块我们采用的是ina219，因其具有更好的精确度及更小的尺寸，能够实现零漂移及双向电流的功能，并且它采用I2C通信，能够同时实现计算电源及监控分流电阻是的压降。最后，该器件采用的是低成本的SOT23的封装样式，降低了智能化插座的成本。

1.2 智能化插座需要的核心软件

除了一些必要的硬件之外，智能化插座也需要相关的软件支持。Blinker便是智能化插座常用的第一类跨平台、跨硬件的物联网解决方案，它能够提供多种终端像设备端、APP端以及服务器端等支持，其数据传输储存通过公有云服务进行，主要的运用领域微数据检测、智能家居等，具有高效率、高质量的搭建物联网项目的优势。第二是便是包括软件(Arduino IDE)及硬件(各种型号的Arduino板)的操作简单、便捷灵活地开源电子原型平台地Arduino。简单来说，Arduino是一块微型的电脑主板，能够进行智能化插座的电路图设计，且能够降低智能化插座的成本。

2 基于ESP32智能化插座设计结果

基于ESP32智能模块化插座利用ESP32本身具有的相关优势，借助Oled、ina219硬件及Binker与Arduino软件进行智能化的实现，达到了低成本、高智能的设计与实验目的，满足人们对于智能化插座的要求。通过ESP32进行电源基本操作、利用Oled进行状态显示、借助Binker及Arduino进行远程报警及数据传输，真正实现了远程操控的目的。

3 结语

总之，随着我国经济以及科学技术的发展、人们生活水平的提高，我国人们对更高品质的生活质量有了更多要求，其中智能化生活水平是衡量人们生活质量的一个重要标准。本文以智能化家居的大环境出发，具体研究基于ESP32智能模块化插座，该智能插座在ESP32芯片机相关硬软件的支持下，能够实现开关的智能化控制。这种智能化开关能够实现不同电器设备的智能化操作，让人们生活的家居更人性化、智能化。同时，该智能化插座拥有稳定性高、耐久度好、电路简单及成本低等优点，具有很大的应用推广价值。最后，基于ESP32成功应用于插座的经验，可以将其与其他模块联合，实现更多家居如电视、空调等智能化操作，实现家居的“全家智能化”模式。