基于wifi的智能插座的研究

过琦芳，孟颖，应欢雷，方彬

（苏州农业职业技术学院在，江苏苏州，215008）

1 智能插座的总体方案设计

为了提高插座的控制效果，方便人们在远距离对插座进行控制，在本智能插座系统的设计中，利用wifi电路承担用户指令的接收，实现对智能插座的开关控制，并且对接收到的用户指令进行分析处理，最后将接收到的用户指令传递给单片机进行处理，系统设计采用STM32单片机来控制插座的开关，STM32单片机自带的RTC功能，能够实现对设备用户的定时开——关控制的功能，单片机依据指令处理的结果，向控制的对应插孔发送一个低电平或者高电平，以控制整个插孔的通断。在本系统的设计中，无线控制采用的是基于88W8782芯片的无线wifi系统，利用控制软件系统实现无线指令的接收，通过wifi组网的方式完成与用户无线设备的对接，由STM32单片机对用户的信息进行处理，经过wifi电路处理用户发送的指令信息，发送的高低电平控制继电器，从能够实现对插座插孔的通断控制，而且能保证对智能插座的某一个插孔进行控制。基于wifi技术的智能插座设计与控制，吗，目的是为了提高用户日常生活的便利性，在具体的设计中，采用了用户交互性功能更强的无线控制方案，便于用户能实时对插座进行控制，具体的设计方案如图1所示。

图1 智能插座的系统控制结构

2 智能插座的硬件电路设计

结合智能插座系统智能控制的要求，采用的单片机控制，不仅要能节能降耗，在灵敏性上能满足控制的要求，根据系统设计要求，单片机采用的是STM32作为智能控制系统，便于插座的wifi模块连接在一起，总体电路设计如图2所示。

图2 硬件系统的总体电路设计

2.1 单片机最小系统设计

智能插座的硬件系统主要由wifi系统和STM32单片机控制系统共同组成，STM32单片机的性价比较高，实际应用十分广泛。wifi系统主要是用于接收与识别用户发送的无线指令，然后由STM32单片机的控制系统对指令进行分析，实现对插座插孔的通断进行控制。由于STM32单片机自带RTC功能，在对系统进行控制时，不需要额外再设计定时控制电路，只需要加上一个8MHz的晶振，作为一个时钟系统，另外再添加一个32.746KHz的晶振，用于对单片机的RTC功能进行控制。由于单片机自带RTC功能，在控制时，需要添加一定的电压进行控制，所以需要在其VBAT引脚加装一个电池，为系统的时钟供电，保证插座自身断电时系统时钟的正常运转，定时实现对插孔通断的控制，同时在插座通电时，为了保证电路中有稳定的电压，使用通过AMS1117模块，为电路传输的3.3V电压，同时在模块的两端加装两个二极管，对电路的干扰电波进行隔离，消除两种供电方式之间的干扰，提高整个单片机STM32的稳定性。

2.2 电源电路设计

wifi智能插座主要是利用单片机、wifi网络，将用户的手机、平板电脑连接在一起，利用APP软件随时随地的智能插座的插孔状态进行控制，用户只需要通过在用户端进行操作，正确识别为插座的那个插孔进行供电，同时智能插座还根据工作的需要，实时上传工作状态。对于智能插座的供电电源的设计，要求能保持电路电源的稳定，在具体设计时，电源电路采用的是LM7805芯片，对电路中的输入电压进行处理，它能稳定的对电压进行控制，使得220V的交流电在经过整流滤波处理后，传输到LM7805芯片进行处理，然后在输出端接上470UF和O.lUF滤波器，在进行处理后得到正5V的直流电压，再通过AMS1117单片机的三端稳压芯片为STM32单片机提供3.3V直流电压。设计的供电电路电路图如图3所示。

图3 单片机的电源电路设计

2.3 无线wifi电路设计

无线wifi电路的功能是实现用户与智能插座之间的无线通信，接收用户发送的指令，本智能插座系统的wifi设计采用的芯片型号为88W8782，是由Marvel公司生产的，它具有安全稳定、低功耗的特点，在具体的通信中，该芯片支持IEEE802.11b/IEEE802.11g/IEEE802.11n，该芯片性能优越，具有传输速率高，控制精准、性能稳定的优势，在智能插座设计中，具有稳定的运算与数据快速的处理功能，并实时的接收用户传输的指令，将数据处理后进行数据传递，可以为智能插座提供稳定的运算与数据传输的功能。无线wifi电路的主要功能是接收用户传输的控制数据，并将数据进行初步处理后，提交给单片机STM32进行处理，依据用户发出的指令，来完成用电设备的控制，并根据用户的需求，及时向用户提供用电设备的当前用电信息，使得用户能够在远距离内实现的对家电的控制。例如，用户还未在家时，可以利用手机对插座进行控制，提前打开热水器与空调的开关，方便用户到家时享受各种智能化的家电服务。

2.4 智能插座的电路设计

一般情况下，家庭的用电设备都使用的是交流220V的交流电，在具体的电路设计中，需要保证电路的安全，为了保证用电设备能正常用电和插座系统的正常运作，能自动的完成用户各种用电信息的控制，单片机STM32接收用户的指令，通过继电器电路完成对插座插孔的通断控制，继电器处于常开状态，当wifi电路收到用户开启智能插座用电的指令时，STM32单片机就会进行处理，向继电器发送一个低电平，此时继电器关闭，然后外部的连接电路就会导通，就会给智能插座的插孔供电，这样用户就可以正常用电，同样，用户根据自己的使用需要，也可以将插座的继电器设置为常开状态，对插座中不用的插孔进行关闭。结合智能插座电路管理与设计的要求，设计的电路图如4所示。

图4 智能插座的电路图

3 智能插座系统软件设计

智能插座的系统设计主要是采用wifi电路与用户之间建立联系，系统能够维护与管理用户，根据管理的需要，将用户分为普通用户与管理者用户两个部分，普通用户经过授权之后，可以使用智能插座的部分插孔，而插座的管理者可以根据需要，取消或者授权普通用户的权限，管理者可以使用智能插座的所有插孔。主要实现的功能如下：

（1）用户利用手持端，通过输入相应的控制数据，完成控制固态继电器完成对插座的关断控制，并能进行智能判断。

（2）用户设置智能插座警告消息的功率阈值。

（3）根据插座的使用情况设置省电模式，自动控制插座的插孔。

（4）结合插座的使用情况，复位、清除所有存储的测量数据。

在整个智能插座系统通电以后，插座系统就会自动搭建通信网络，只要用户选择信道，就可以实现控制接入，用户就可以接受终端设备发来的信息指令，然后由单片机STM32进行处理。系统在通电以后，用户就可以接入设备，选择智能插座的插孔，发送信息指令，由STM32控制继电器对整个智能插座进行控制，达到对用电设备进行控制的目的。

4 系统功能的实现

根据设计的智能插座硬件系统与软件系统，用户利用手机终端，通过wifi网络连接，就可以发送相关的指令控制，快速的对插座的插孔进行控制，对保证用户的安全用电具有十分重要的作用，系统具有如下的功能：

（1）远程开关控制。主要是负责控制智能插座的开、关状态，改功能主要是利用智能插座的继电器来实现的，包括用户利用wifi进行远程控制智能插座的插孔，并能手动利用智能插座上的开关对其上插孔进行控制。

（2）用户的权限控制。根据设计的需要，智能插座的权限分为管理用户与普通用户两种类型，而且智能插座的软件与手动操作优先级可根据实际需要进行设置，一旦用户长时间与智能插座失去联系，没有任务进行控制，则需要利用手动操作优先进行控制。

（3）数据采集功能。为了方便用户对智能插座的信息实时掌握，系统采用CSE7759芯片来实时对智能插座的电压、电流信息、插孔的使用状态等信息进行采用，并保存在本地，便于用户查询。

（4）数据传输功能。智能插座可以根据wifi网络，能够根据用户的需求，将智能插座的运行状态数据，发送到用户终端，还能将数据保存在本地系统上，便于用户随时调取数据。

（5）负载判断功能。系统能够根据智能插座的运行情况，判断插座的负载与工作状况，主要是通过电量芯片传输的数据。对智能插座的插孔用电情况进行分析，判断是否有负载接入。

（6）过载保护功能。智能插座一个重要的功能就是对电路进行保护，通过对智能插座的电压、电流超过允许值时进行设置，用户就能对设置插座的保护模式，例如自动保护、告警、阀指设置能。

（7）USB充电功能。结合插座的需要，为用户提供便捷的充电接口，利用USB接口，为手机、平板等设备提供充电的功能。