基于物聯網的智能家居插座群監控系統設計

吳翠娟

摘要：該文設計了一個基于物聯網的智能家居插座群監控系統，采用單片機控制系統和無線網絡通信技術構建監控系統，可實現對插座群中的每個插座的定時通斷控制，并監控插座的用電狀態，無用電設備工作時，自動切斷插座供電。本監控系統可用于智能家居、智慧校園系統中實現對插座群的實時通斷和節電控制。

關鍵詞：物聯網；智能家居；插座群；無線通信；定時通斷；節電控制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0272-02

Abstract： In this paper， is designed.This paper designs an intelligent home socket group monitoring system Based on Internet of things ， the monitoring system is constructed by using single chip microcomputer control system and wireless network communication technology， through each socket socket on the timing of the realization of the control group， and the electricity status monitoring socket， useless electric equipment， automatically cut off the power supply socket. The monitoring system can be used in smart home and intelligent campus system to realize the real-time on-off and power-saving control of the socket group.

Key words： internet of things； intelligent home； socket group； wireless communication； timing on-off； power-saving control

1 概述

物聯網顧名思義就是物物相連的互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展網絡，是新一代信息技術的重要組成部分。物聯網是通過射頻識別、紅外感應器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

智能家居是物聯網技術應用的體現之一。智能家居通過物聯網技術將家中的各種用電設備連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節約資金。在智能家居平臺中，各種用電設備的控制，可通過對家居系統中插座群控來實現。智能家居設計最基本的目標是為人們提供一個舒適、安全、方便和高效的生活環境，具有實用性、便捷性、易用性、人性化、節能等特點。

本系統設計可對智能家居中的插座群，按照不同人群、不同時間的個性化要求，提前設定好插座電源的接通和斷開時間，實現各用電設備的智能化開通和關閉，可滿足實用性、便捷性和人性化要求。

日常生活中，人們習慣在關閉用電設備后，設備電源插座仍然插在供電插座上。經實際測量，長時間使關閉的用地設備連在供電插座上，積累起來也會造成可觀的電能浪費。本系統在檢測到插座持續保持低功耗狀態（待機或關閉）時，會自動斷開插座電源，達到節約電能的目的。

2 監控系統結構

本智能家居插座群監控系統是基于物聯網技術的應用開發，系統采用單片機控制系統和無線收發器件構成無線傳感器網絡，采用無線網絡通信技術，實現智能家居系統中的插座群進行監控。監控系統分為主機和從機兩大部分，從機安裝在插座上，測量和監控每個插座的用電信息，將采集的電量信息通過無線通信模塊傳送給主機，并接收主機發送的插座通斷控制命令；主機接收從機發送的信號，并通過無線收發設備將定時接通或關閉插座電源的命令發送給從機。

監控系統結構如圖1所示。

3 主機系統

主機系統接收從機發送的電量數據，并對接收的數據進行處理，發出相應的控制命令到相應從機上，控制該插座的繼電器實現用電設備的接通或關閉。當到達開關電源的定時時間是，同樣發送控制命令到相應插座對應的從機系統中。

3.1 主機系統的硬件電路

主機系統硬件電路由主機控制器、無線收發模塊、時鐘模塊、顯示模塊、通斷時間設置電路等組成。

主機控制器選用STC12C5A60S2單片機實現，通斷時間設置電路由獨立按鍵構成，顯示電路由12864液晶顯示芯片實現。

無線收發模塊采用Si4432無線通信模塊，其具有無線收發功能，它可以工作在433M免費頻段，接收靈敏度達到-120 dB。每個插座的實時參數可通過無線模塊發送到液晶上，實現遠程顯示多個插座的實時用電信息。

無線收發模塊電路如圖2所示。

時鐘模塊用DS1302實時時鐘芯片實現。DS1302通過簡單的串行接口與單片機進行通信，產生實時時間信息。單片機比對實時時間和設置好的定時通斷時間，當達到定時時間時，發出控制命令到相應從機，控制用電設備的定時通斷。

時鐘模塊電路如圖3所示。

3.2 主機系統軟件

主機系統軟件完成系統初始化，控制無線通信模塊的收發數據，讀取時鐘芯片的實時時間，并比對設定的定時通斷時間，時間到時，發送控制命令到相應的插座，控制用電設備插座電源的接通或斷開。endprint

主機系統軟件流程圖如圖4所示。

系統上電后， 首先進行系統初始化；然后建立與從機的無線通信網絡連接，分配從機地址，監聽信道中有無從機發送數據，有數據時，匹配從機對應插座的地址，進行數據接收；最后進行數據處理，對插座的工作狀態做出判斷，并發送插座通斷控制命令給從機。

4 從機系統

從機系統用于采集智能家居中各插座的電量信息，并將采集的信息通過無線通信模塊傳送給主機，并接收響應主機發送的控制命令，從機對插座執行相應控制，實現定時通斷及節能控制。

4.1 從機系統硬件

從機系統硬件電路由從機控制器、無線收發模塊、電量采集模塊、通斷控制模塊等組成。為便于與主機直接實現便捷通信，從機控制器也采用STC12C5A60S2單片機實現。無線收發模塊電路結構與主機系統基本相同，通斷控制模塊由繼電器構成，實現用電設備的插座的接通及斷開功能。

電量采集模塊采用V9401 電量計量芯片，V9401是一款低功耗高性能單相計量SOC芯片，集成模擬前端、電能計量模塊、增強型8052MCU、RTC、Flash和LCD驅動等功能。電量計量芯片V9401 結構如圖5所示。

4.2 從機系統軟件

從機系統軟件完成從機系統的初始化，控制電量計量模塊測量插座群的用電信息，并將數據封裝打包，通過無線通信模塊發送給主機，并接收主機發送的插座定時通斷和節電控制命令，控制繼電器實現用電設備的接通與關閉。

從機系統軟件流程圖如圖6所示。

從機上電后，首先進行初始化，與主機進行無線通信連接；將讀取到的插座的電量數據發送給主機，并接收主機的控制命令，控制繼電器工作。

5 結論

本插座群監控系統可以應用于智能小區的智能家居系統中，具有實用便利，可靠性高，綠色節電等優勢，可在智能家居系統中推廣應用。

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