智能插座方案

智能插座系统方案

关键词: 智能插座 节能 功率测量 智能家居 物联网

智能插座简介

伴随着移动4G网络的全面发展，以及WIFI网络的大范围覆盖，智能家居逐渐走入了人们的家庭生活中。智能插座作为智能家居里面不可缺少的辅助电器，一直受到智能家居厂家的关注。智能插座又可以称为WIFI插座，在普通插座的功能基础上延伸了许多功能，如防雷击，防短路，防过载，防漏电，配合智能手机的APP应用，可以实现远程开关控制、定时开关、随时了解家电设备的使用状况。

智能插座还能够根据使用电力的场所，推测人的动线。例如，如果浴室照明长时间开着，家庭服务器便会发出警告。如果家中只有一位老年人独居，还可根据利用电热水壶的状况，将其健康状况变动相关信息通知给居住在远处的家人。

智能插座即有节能功能，又具有智能控制功能。目前市场上用户体验较好的产品是博联Broadlink的SP2智能插座和欧瑞博的WIFI智能插座。

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智能插座主要实现的功能:

1、具有短路保护、过载保护、漏电保护、防雷击功能；

2、通过手机APP实现远程控制功能:实时开关、定时开关；

3、掌握电气设备状态:累计通电时间、即时功率、用电量；

通过与服务器间信息反馈，还可以扩展更多的功能，如电气设备监测，智能省电等功能。

智能插座系统原理框图

硬件设计

智能插座模块主要由五个小模块组成，分别为电源模块、计量模块、MCU模块、无线模块、继电器控制模块,各模块功能如下:

1、电源模块：采用AC-DC开关电源，将交流220V转化成5V，为主板提供电源；

2、计量模块：检测负载电器的电压、电流、功率,采用单颗电能计量芯片检测，计量

芯片有Cirrus logic的CS5463，ADI 的ADE7755，HLW的HLW8012都具有测量功率、

电压、电流的功能，计量芯片对负载交流电压信号和负载电流信号进行采样，经内

部DSP算法处理后，以脉冲方式输出功率值、电压有效值、和电流有效值；

a)电流采样：负载电流流经锰铜电阻，因为锰铜电阻的电阻值是固定不变的，所

以不同的负载电流，锰铜电阻两端产生的压降不一样，计量芯片通过采集锰铜

电阻两端的压降值，实现电流信号的采样。

b)电压采样：交流电零线信号经电阻分压后，输入到计量芯片的电压检测通道，

通过芯片内部集成的DSP算法实现电压信号的采样。

3、MCU模块：智能插座的智能控制部分，采集到电能数据，进行分析处理，通过无线

模块和服务器联网，发送和接收服务器的数据和指令，一般采用低功耗的MCU，如

TI的MSP430；

4、无线模块：有WIFI、Zigbee、ZWave几种主流通讯协议，由1颗无线通讯芯片和1

颗ARM芯片构成，连接服务器，进行数据传输；

5、继电器控制模块:控制负载电器电源的接入和断开；

软件设计

智能插座与传统插座的区别还在于可以通过手机APP实现智能化控制。智能插座方案软件分为上位机软件和下位机软件。上位机软件指的是手机APP应用程序，实现人机交互的功能;下位机软件是硬件底层程序，实现电能数据的采集、电器控制功能。

上位机软件设计

手机APP应用实际上取代了传统的按键，将所有的控制按钮搬到了手机屏幕上面，下图为手机端的APP应用，实现了用户登入功能、开关功能、定时功能、电量显示功能。

手机APP使用WIFI或者2.4G蓝牙和服务器或底层硬件进行通讯。

下位机软件设计

下位机的功能是实现数据信息的采集，处理数据并将数据发送到服务器，同时也能够接收到服务器的指令，执行相应的指令操作。

下图是程序设计流程图: