基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程控制智能插座設計

【摘 要】 傳統(tǒng)電子技術完成的是本地數(shù)據(jù)的采集、保存、以及實現(xiàn)本地的控制，無法滿足遠程網(wǎng)絡控制。本系統(tǒng)結合了物聯(lián)網(wǎng)技術、網(wǎng)絡技術、電子技術、傳感技術，設計了一款可以通過物聯(lián)網(wǎng)進行遠程控制的智能插座系統(tǒng)。可以應用于各種需要實現(xiàn)遠程控制的系統(tǒng)，具有很強的實用性。

【關鍵詞】 物聯(lián)網(wǎng) WiFi 遠程控制 插座 ESP8266

引 言

近年來，隨著人民生活水平的日益提高以及科技的高速發(fā)展，傳統(tǒng)接觸式或者短距離遙控式控制電器的方法已經滿足不了人民對于高品質生活的追求。人們需要更加智能以及方便的方法對電器進行控制。本系統(tǒng)結合物聯(lián)網(wǎng)技術、網(wǎng)絡技術、電子技術實現(xiàn)一套，通過手機APP遠程控制智能插座開關，不需要對原有電器設備進行改造，只需要把待控制的設備插到這個插座上即可。只要在有網(wǎng)絡的環(huán)境下，在地球上任何一個地方都可以實現(xiàn)對電器的開關控制。

1 總體設計

本系統(tǒng)由三大部分構成：第一部分是智能插座，內置一個ESP8266WiFi模塊，該模塊通過WiFi接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)插座實時功率值的上傳，以及接收到云端的控制指令之后執(zhí)行對應的控制動作。第二部分是云端，通過云端實現(xiàn)，只要在有網(wǎng)絡的地方都可以實現(xiàn)對插座的控制，對智能插座采集到的數(shù)據(jù)進行轉發(fā)到手機客戶端，以及轉發(fā)從手機APP發(fā)過來的控制指令到智能插座，實現(xiàn)遠程控制智能插座。第三部分是手機APP，通過手機APP對智能插座進行配網(wǎng)，智能插座聯(lián)網(wǎng)成功之后，就可以通過手機APP發(fā)送控制命令到智能插座，智能插座的實時功率也可以顯示到手機APP上，方便用戶在地球任何地方對智能插座進行控制。

2 插座硬件設計

智能插座硬件部分的核心部分使用了安信可公司生產的ESP8266-12F WiFi模塊，該在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領先的Tensilica L106超低功耗32位微型 MCU，帶有16位精簡模式，主頻支持80 MHz和160 MHz，支持 RTOS，集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA，板載天線。內置TCP/IP協(xié)議棧，支持 STA/AP/STA+AP 工作模式，支持 Smart Config 功能并且支持多種不同的接口[1]。該模塊引出了18個接口，在本系統(tǒng)當中只使用到電源接口，工作模式切換引腳，下載串口引腳，使用兩個引腳控制外部繼電器實現(xiàn)對插座進行開關。

3 智能插座軟件以及云端設計

云端我們采用的是機智云平臺，機智云平臺為開發(fā)者提供了自助式智能硬件開發(fā)工具與開放的云端服務。通過傻瓜化的自助工具、完善的SDK與API服務能力最大限度降低了物聯(lián)網(wǎng)硬件開發(fā)的技術門檻，降低開發(fā)者的研發(fā)成本，提升開發(fā)者的產品投產速度，幫助開發(fā)者進行硬件智能化升級，更好的連接、服務最終消費者[2]。在該平臺上我們首先創(chuàng)建一個新產品，關鍵需要設置好我們選擇的技術方案，在本系統(tǒng)當中我們不需要使用到其他的MCU，直接使用的是ESP8266作為主控芯片通過WiFi的方式直連到云端。然后設置數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點可以理解為我們所需要定義的變量名稱，例如在本系統(tǒng)當中，需要定義的變量有三個，一個是需要上傳的功率值，還有兩個是對應兩個插座的開關變量。定義好之后就可以直接生成ESP8266的基本代碼工程和手機APP代碼工程。

智能插座軟件部分的設計，是基于機智云平臺生成的MCU代碼工程進行修改。機智云平臺生成的代碼已經包含了MCU與平臺之間通訊的協(xié)議以及Product Key和Product Secret，只需要在gizwitsEventProcess處理函數(shù)里面實現(xiàn)要實現(xiàn)的控制方法即可，該函數(shù)是當MCU接收到云端下發(fā)的指令之后所需要執(zhí)行的動作。當有數(shù)據(jù)需要上傳的時候，需要修改userHandle函數(shù)，該函數(shù)是在MCU里面啟動一個定時器，定時將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。通過簡單修改這兩個地方即可完成項目代碼的修改。如果還需要添加更多功能需要先理解整個工程的工作流程，然后進行修改，總體來說機智云已經把大部分的功能都已經做好，我們只需要根據(jù)自己的需要做一些小的修改即可。

4 手機APP控制軟件設計

手機APP也可以通過機智云平臺生成對應的代碼工程，這個工程是一個通用的APP工程，包含一些基本的操作。比如我們用的智能插座使用的是WiFi模塊，一般家庭WiFi都有設置密碼，我們需要先讓智能插座連接指定的WiFi和對應的密碼才能使智能插座的WiFi聯(lián)網(wǎng)。但是由于智能插座上沒有顯示模塊和輸入的鍵盤，我們需要使用一種叫做SmartConfig的技術。通過手機APP輸入了WiFi名和密碼之后廣播到手機附近的區(qū)域，智能插座監(jiān)聽到這個廣播之后，利用收到的WiFi名和密碼進行聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)成功之后，手機APP就可以顯示該智能插座設備，并且進入該設備可以看到設備的信息和對應的控制開關。就可以通過手機APP對設備進行控制。

結 語

該系統(tǒng)方案簡單易用，可以很方便將傳統(tǒng)的家電設備，改造為物聯(lián)網(wǎng)平臺下的遠程智能控制設備，以滿足各種不同場合的應用下對電器設備的遠程控制，可以應用在智能家居、智慧農業(yè)、智能路燈、智能停車場等不同的場合，具有很高的實用價值。

【參考文獻】

[1] esp32-s2_technical_reference_manual_cn.pdf

[2] 機智云平臺概述

作者簡介：謝劍明（1987—），男，漢族，廣東省深圳市人，講師，工學學士，單位：深圳技師學院 信息與通信學院，研究方向：嵌入式電子技術、物聯(lián)網(wǎng)技術。