智能无线插座的设计

智能无线插座的设计
作者：田浩东彭远芳邓敏
来源：《山东工业技术》2017年第12期
摘要：新兴的智能住宅采用一系列高新技术，实现服务、信息和系统资源的高度共享，为住户提供一种更加安全、舒适、方便的智能化、信息化生活空间，而目前住宅中很多的电器设备都不具有遥控的功能，这样给智能化控制带来了很大的障碍。

智能无线插座可以弥补日常生活中的诸多不足，通过无线传输实现插座的通断并可实时监测记录插座的输出功率。

智能无线插座以单片机为核心元件，与功率测量模块、显示模块、无线传输模块、电源及按键等构成智能无线插座系统。

在智能无线插座上插入用电设备之后，显示屏即刻显示此时该用电设备的用电功率和插座内部温度，当人们无法立刻手动将用电器断电的时候，可以对插座进行控制，从而能够安全用电。

这样一款智能插座运用于人们的生活中将会更加方便、安全、环保。

关键词：单片机；智能插座；C语言
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.146
随着科学技术的飞速发展，高新技术的应用尤其是电子信息技术的快速发展，家居安全以及能源危机、节能减排等的要求不断提升，能源产业的发展机制提上日程。

对于今后智能家居应用的一个大项分支，以及智能控制领域，无线智能插座的硬件基础与无线智能控制的结合符合客观技术发展的要求。

鉴于此，本文主要基于单片机建立一种可操作性高的智能无线插座系统，以实现家居用电环境的安全便捷，可对接入智能插座的家庭电器的用电情况进行实时监测，当用电器用电总功率达到最大设定功率，插座可自动断电并报警。

插座自带显示器可实时显示用电情况及各独立插口的状态，并将用电情况和插口状态发送至外置上位机，上位机可远程发送各种命令，并在其液晶显示器上显示。

1 智能无线插座的硬件设计
智能无线插座下位机以单片机STC89C52RC为核心，外围电路包括电源电路、继电器控制电路、按键电路、显示电路、无线通信模块等组成，结构框图如图1所示。

本设计采用STC89C52RC单片机，单片机最小系统是单片机连接电路中最基本的部分，它的周围电路主要由电源电路、复位电路、时钟震荡电路三部分组成。

本设计的液晶显示器采用Nokia5110，Nokia5110对每个文字进行单独取模，在把文字转化为图像的处理方法上有所不同，具体来说是如果要横向取模的话则把输入的文字纵向排列成图像，而纵向取模的话则把输入的文字横向排列成图像。

本设计的控制主要通过继电器控制电路实现，当需要切断插座的供电时，单片机相关端口变为低电平，经过光耦和三极管控制继电器线圈，从而控制继电器开关动作，达到控制插座的目的。

本设计的无线通信采用XL01-232AP1模块，XL01-232AP1是UART接口半双工无线传输模块，可以工作在433MHz/868MHz/915MHz公用频段。

符合欧洲 ETSI（EN300-220-1和
EN301-439-3）及FCC 15.247/15.249认证规格，满足无线管制要求，无需申请频率使用许可证。

该模块采用高性能基频晶振，符合工业环境的使用要求。

XL01-232AP1采用串口调试软件可以设置输出功率（0-25dBm）、串口速率（1.2KBPS-38.4KBPS）、RF速率（1.2KBPS-25KBPS）、串口格式（8N1，8O1）、工作频率、产品ID等等。

本设计的电量采集模块采用PZEM-004T（V1.0），该模块是100A大功率带互感器交流表通讯模块，能够完成交流电压、交流电流、功率的测量，同时还能进行串口通信，方便与上位机进行数据传输。

PZEM-004T（V1.0）通过串口与单片机相连。

本设计中无线通信电路和电量采集电路都是通过串口与单片机连接，为了能区分两个模块，本设计采用模拟开关连进行两个模块与单片机的连接。

2 智能无线插座的软件设计
本设计软件工作流程如下：系统通电运行后，首先进行系统初始化，然后进入工作状态。

下位机首先检测上位机是否向其发送指令，如果有相关指令，则执行相关指令，如果没有相关指令，则开始读取功率测量模块的数据，获得插座的相关功率数据，读取功率数据后，将该数据发送给上位机，同时下位机本身也显示出相关功率数据；下位机还会进行功率是否超限的判断，经过判断如果功率没有超限，则开始下一个工作循环；如果判断出功率超限，则下位机对插座的通断进行控制，从而控制插座输出功率。

3 结论
本项目提出一种具有安全监测功能的智能插座的设计方案。

主要在普通插座供电的基础上同时完成电流控制、数据采集和数据传输等功能。

该插座可应用于用电情况的远程监控系统中，可以通过外设按键对电源进行定时开或关，查看每个电源当前的状况以及电力的消耗情况。

在一定程度上满足了用电需求，同时也能对用电安全进行实时检测，具有一定使用价值。

参考文献：
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[2]郑娴，姚铭.智能家庭网络的研究现状与发展趋势.智能建筑与城市信息，2006（08）：109-112.
[3]徐伟，姜元，建王斌.智能插座在智能家居系统中的设计和应用.中国仪器仪表，2010（10）：45-47.。