基于物联网的智能插座设计于物联网的智能插座设计.doc

基于物联网的智能插座设计 随着技术的发展和人类生活水平的提高，越来越多的人开始追求高科技和高质量的生活。智能电子设备的发展给人类生活提供了很大的便利。近年来，智能移动设备，智能家居设备，智能可穿戴设备发展迅速。智能家居作为其中一个重要的方面，极大方便了人们对家庭电子设备和电气设备的管理和使用。 物联网是一个基于互联网、传统电信网等讯息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网通过互联网，将物体与物体之间建立通信连接。智能家居建立在物联网基础之上，将家用电器和智能网关、个人电脑、手机等电子设备连接，以实现统一的和自动化的管理，为居民的生活提供便利。 家用电器作为普遍存在的家居设备，缺乏统一的智能化方案和接口，因此要实现家电总体的智能化绝非朝夕之功。但插座作为家用电器连接电源必须使用的设备，若能实现智能化管理，则会在很大程度上借助对插座的管理实现对家电的智能化管理。本文提出一种智能插座设计方案，实现了简单的功能设计，并进行了样机设计和测试。在本文提出的硬件方案的基础上可以进行更加专用和更加复杂的功能设计和实现。 模块设计 控制器 控制器使用 AVR ATmega16，它具有 16K 字节的系统内可编程闪存，512 字节 EEPROM，1K 字节片上内存，32个通用输入输出接口和寄存器，通用同步/异步串行接收/发送器（USART），10位精度的模数转换器，可通过编程配置外接晶体振荡器提供时钟信号。 通信模块 无线通信使用 WIFI 实现。WIFI 对比蓝牙、ZigBee等其他无线通信方式，有较多的优点。 WIFI已经有着极其广泛的应用。WIFI形成一种工业化的标准，目前市面上的智能手机、平板电脑和笔记本电脑、无线路由器等都支持WIFI通信。很多家庭都有WIFI 设备。可以说，WIFI 设备更容易被广大用户接受。 图1? ATmega16引脚示意图 2. 通 信 距 离 长， 一 个 遵 循 IEEE802.11b 或IEEE802.11g标准的无线路由器在使用外置天线时可能有一个长达32m的室内传输距离，这比蓝牙等技术有明显的优势。 3.传输速度快，WIFI的传输速度相对蓝牙和ZigBee 要快很多——遵从 IEEE802.11b 标准的可高达11Mbps，遵从 IEEE802.11a 和 IEEE802.11g 标准的可高达 54Mbps。 4.WIFI芯片的价格便宜，有完善的标准、电器特性说明，和技术文档。 WIFI模块是实现了TCP/IP协议栈的WIFI解决方案。在具体选择WIFI设备时，我们使用USR－WIFI232模块。USR －WIFI232 是一款 USART 接口的WIFI 模块（以下简称WIFI模块），一端可以通过USART与单片机连接，接收单片机的指令，另一端可以通过WIFI与其他无线终端或路由器直接连接。通过简单的操作，可以在第一次连接的时候配置并保存网络信息。此模块内置轻型TCP/IP协议栈（LWIP），它的运用实现了数据的透明传输和安全传输，使得系统其它功能的设计可以更加灵活。USR－WIFI232模块支持通过串口和通过无线连接，进行参数配置。 1. 通过串口配置参数：WIFI232 模块的 USART 与ATmega16 的 USART 接口直接连接，可以通过 WIFI模块设置的接口函数，由单片机发送AT命令直接修改WIFI 模块的各种参数。 2.通过无线连接配置参数：用户第一次与智能插座连接时，插座端以AP方式启动，用户可以通过带无线网卡的电脑或智能手机连接智能插座，并修改智能插座的串口配置和网络配置等配置参数。 电器工作状态检测模块 由于本插座设计时的直接需求是机房的安全监测和远程控制家电设备的电源通断，因此暂时没有进行详细的功率检测方面的设计。我们将电器的工作状态划分为运行和关闭两种状态。在监测用电器工作状态功能的实现方案上，可选择较简单的光电原件传感的方式。但我们设计用电流互感—电流采样—AD转换的方案，因为这种方案使我们的设备可以直接升级成为功能更强的、可以进行功率检测的智能插座，即可扩展性强。 当电器不在运行时，负载电流为接近零的微小值。当电器运转时，负载电流为较大值。我们设定最小工作电流阈值，当连续测得的电流，转换为有效值后小于此阈值时，可认为电流为零，电器处于关闭状态。当测得电流大于此阈值时，可认为电流不为零，电器处于运行状态。 ATmega16单片机自带具有10位精度的AD转换器（ADC），输入电压可测量的范围在0－Vcc内。因此ATmega16单片机的片上ADC完全可以满足负载电流检测的需要。此10位的ADC可将GND与参考电压Vref 之间的输入电压转换为 2^10 个不同的数字量。转换后