WiFi型智能插座设计

V本设计中使用的微控制器是STM32F103C8T6。为了简化和简化编程，采用C语言进行编程，采用Keil软件进行编译，通过ESP8266模块与手机APP机智云物联网平台的服务器连接，来实现机智云APP对插座上用电器的远程控制[12]。插座开始工作时，首先会对STM32和ESP8266模块进行初始化，确保硬件正常运行。初始化包括RTC定时模块、温度传感器模块、继电器模块、OLED显示模块等。软件设计框图见图5-1所示。插座开始工作时，各个模块初始化，插座可以迅速连接到WiFi网络，并与远程服务器建立通信，也可以开启近距离语音控制。图5-1软件设计框图语音控制模块，主要是通过口令模式来完成，即LD3320进行处理判断，使用口令来实现语音控制插座上的继电器开关状态。当语音控制模块检测到用户唤醒口令时，检测该口令是否正确。接收检测为语音模块识别预设密码后的“识别模式”，如开灯、关灯、定时十分钟、定时一小时，则会根据指令执行相应的操作REF_Ref10093\r\h[13]。staticvoidaudio_process(void){if(audio_flag){audio_flag=0;dev_mode=AUDIO_MODE;;printf("cmd=%d\r\n",audio_cmd);switch(audio_cmd){caseDA_KAI_CHA_ZUO:currentDataPoint.valueswitch=1;RELAY1_ON();break;caseGUAN_BI_CHA_ZUO:currentDataPoint.valueswitch=0;RELAY1_OFF();break；caseDING_SHI_SHI_FEN_ZHONG:currentDataPoint.valuesw_timer=10;gizwits_time_change(currentDataPoint.valuesw_timer,&switch_time1);currentDataPoint.valueswitch=1;RELAY1_ON();break；caseDING_SHI_YI_XIAO_SHI:currentDataPoint.valuesw_timer=60;gizwits_time_change(currentDataPoint.valuesw_timer,&switch_time1);currentDataPoint.valueswitch=1;RELAY1_ON();break;}}}OLED使用的主要显示原理是在STM32内部建立一个缓存，然后每次使用时只改变STM32上的缓存，改变后将STM32上的缓存数据写入一次STM32的GRAM中。这里的OLED显示屏主要显示智能插座的英文表达，显示定时的时分秒、继电器的状态和实时显示温度。staticvoidoled_display_process(void){ if(!connected){ OLED_ShowString(16,0,"Smartsocket",16); OLED_ShowString(4,2,"S1:::",16);OLED_ShowNum(32,2,switch_time1.hours,2,16);OLED_ShowNum(64,2,switch_time1.mins,2,16);OLED_ShowNum(96,2,switch_time1.seconds,2,16); if(currentDataPoint.valueswitch)OLED_ShowString(4,4,"status:open",16); elseOLED_ShowString(4,4,"status:close",16); OLED_ShowString(4,6,"temp:C",16); OLED_ShowNum(48,6,currentDataPoint.valuetemperatur,2,16); } else { OLED_ShowString(16,0,"Smartsocket",16); OLED_ShowString(4,2,"connecting",16); OLED_ShowString(4,4,"",16); OLED_ShowString(4,6,"",16); }}定时模块主要是进行倒计时设计，倒计时的开关分为时分秒，通过设定的时间，在OLED显示屏上显示并且进行倒计时，在时间设定内，继电器为开的状态；超过设定时间，继电器自动断开。struct_timeswitch_time1={.hours=0,.mins=0,.seconds=0};staticvoidclock_process(void){time_process(&switch_time1,currentDataPoint.valueswitch);if(dev_mode==AUDIO_MODE)return; if(switch_time1.hours||switch_time1.mins||switch_time1.seconds) { if(currentDataPoint.valueswitch==0x01) { RELAY1_ON(); } else{RELAY1_OFF();} } else { RELAY1_OFF(); currentDataPoint.valueswitch=0; }}对于这一模块的处理主要分为温度检测和蜂鸣器报警。定时器一秒读一次温度值。当温度在规定范围内时，插座上的继电器正常工作，蜂鸣器关闭。当温度超过预设温度时，继电器断开，蜂鸣器鸣响。温度检测代码： if(timsvr_1000ms_time)//1000ms {clock_process()oled_display_process();temperature=DS18B20_Get_Temp();currentDataPoint.valuetemperatur=temperature/10;printf("temperature=%d\r\n",currentDataPoint.valuetemperatur);beep_alarm_process(currentDataPoint.valuetemperatur); timsvr_1000ms_time=0;if(!connected){led_flash=!led_flash;if(led_flash){LED_ON();}else{LED_OFF();}} }蜂鸣器报警代码：staticvoidbeep_alarm_process(uint32_ttemp){if(temp>ALARM_TEMPERATURE){currentDataPoint.valuealarm=true;currentDataPoint.valueswitch=false;currentDataPoint.valuesw_timer=0;gizwits_time_change(currentDataPoint.valuesw_timer,&switch_time1);BEEP_ON();}else{BEEP_OFF();currentDataPoint.valuealarm=false;}}本章是从软件的角度上，阐述了各个模块的器件型号，介绍了各个模块以及主程序的功能实现，大致分析每个模块的核心代码。方便读者更容易理解本设计功能和复杂度，为读者对本系统的优化做了充足准备。本章主要介绍了关于WiFi型智能插座设计的实物从焊接调试到功能调试到最后指标测试分析。详细的描述分析了整个实物从无到有的设计过程。准备好所有元件和烙铁，然后按照设计好的电路原理图开始用孔板进行焊接。合理安排穿孔板上所有元件的位置和接线，确保焊接过程顺利进行。用胶带暂时固定，然后用烙铁开始焊接。首先焊接STM32插排，然后分别焊接各个模块，最后按照接线图将各个模块用电缆连接起来，避免虚焊或短路。图6-1为焊接实物图。图6-1焊接实物图使用编程器将编译好的软件烧录到STM32单片机中，然后给电子设备使用220V电源。然后打开电源开关，检查OLED能否正常工作。如果显示正常，则说明显示器电路正常。然后看看其他模块是否正常，看看屏幕上是否有输出。如果显示正常，则编程完成。如果出现问题，必须找出问题所在并逐一解决。焊接测试完成后，进行功能调试。首先，打开电源，开机后，当所有模块的显示灯均亮时，表示各个模块电路正常。这时我们可以看到，OLED屏幕分为四行。依次显示智能插座的英文表达、预定时间、继电器开关状态、实时温度。下图6-2为插座上电后图。图6-2插座上电后图WiFi远程控制测试：安装并打开机智云APP，打开相应的WiFi权限；打开智能插座的开关，进行配网；此时OLED显示屏上出现“connecting”；打开APP,输入智能插座的网络“XPG-GAgent-4B1A”,输入密码：123456789；成功配网后，需断电退出配网模式，再上电；APP显示智能插座功能页面；即可开始进行远程控制插座。如图6-3所示。图6-3APP界面图定时测试：在插座完成配网后，通过手机APP对插座实行定时设置；按照自己的意愿，在APP页面上定下需要的时间，这时的继电器的绿灯会亮，智能插座OLED显示屏上开始进行倒计时；时间一到，继电器会立即断开，显示红灯。APP上显示插座关闭。温度异常报警测试：设置的温度阈值是28℃，低于28℃，OLED显示屏上会显示实时温度；在温度传感器附近营造一个大于28℃的环境，此时蜂鸣器会报警，继电器立即断开，OLED显示屏上所有的状态都归零，处于关闭状态。语音控制测试：通电后，对着智能插座说“打开插座”，继电器的绿灯会亮即打开，这时OLED显示屏上的继电器状态会显示“open”；对着智能插座说“关闭插座”，继电器红灯亮及关闭，这时OLED显示屏上的继电器状态会显示“close”；对着智能插座说“定时十分钟”“定时一个小时”继电器的灯会做出反应，OLED显示屏也会进行相应的倒计时,定时的时间一到，继电器断开。经过测试，所有的模块都能实现自身的功能，完成了本设计的最初设想方案。WiFi型智能插座在功能测试完毕后，还需要对它的指标调试结果进行分析，主要分为以下几个方面：连接稳定性：对于智能插座在连接WiFi网络上电后，插座与网络连接时间T≤3s，连接成功后，在没有断开电情况下，中途关闭插座后再打开插座，网络依旧连接，即插座稳定性正常。响应速度：智能插座对远程指令的响应速度，在远程指令下达后，插座对于定时oled显示模块、继电器模块及语音控制模块做出反应时间为T≤1s；插座能够在短时间内响应用户的控制指令，响应速度正常，控制正常。功能稳定性：在长时间上电过程中，远程控制、定时任务、设备状态反馈，语音控制正常，即插座功能稳定性正常。功耗与发热：插座在工作状态下，用电流表测试经过的电流，计算出插座功率，功率正常，即功耗正常且没有出现存在过高的发热问题。兼容性：将智能插座连接不同的网络，插座正常使用，兼容性完好。本设计完成了开题报告中的基本功能，在定时功能上直接采用了STM32内部模块，使得整个设计成本更低。在实际情况下运行情况良好，虽然与目前市面上的智能插座的功能相比是小巫见大巫，但胜在操作简单易懂、成本低以及功耗低，以此作为本设计的特色。本部分主要介绍与WiFi智能插座设计主题相关的工作，并为插座未来的功能提供建议。本次课题对于WiFi型智能插座的设计就结束了。所设计的硬件和软件都能相互配合实现设计的功能，功能指标数据也比较精准达标。智能插座已经可以实现继电器的定时设置、语音控制、WiFi远程控制，同时也可以通过温度传感器来实现继电器温度异常报警。在整个做实物设计过程中，也会遇到一些问题，如在语音控制花费的时间比较多，主要是由于查阅资料过于少，过于理想化，导致最终语音功能没能达到用两级指令进行控制用电器。虽然整个过程既有成功的喜悦，也有对问题的关心，但通过不断地找出问题、消除点，所有的问题都一一得到解决。同时，我学到了很多关于设计电路和分析电路问题的知识。并且通过这次设计，我对C编程语言有了更多的学习和巩固。很多时候我会发现自己在这个过程中学到的知识有所欠缺，需要在以后的工作中努力。Jingjing

Z,Fang

C.

Research

on

Control

System

of

Intelligent

Socket

based

on

Internet

of

Things[C]//Institute

of

Management

Science

and

Industrial

Engineering.Proceedings

of

2019

4th

International

Workshop

on

Materials

Engineering

and

Computer

Sciences(IWMECS

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Academic

Press,2019:528-533.彭勇福.WiFi智能插座在生活应用中的探讨[J].日用电器2019(3):14-17.虞刚杰,郝文嘉,董世元等.基于Wi-Fi的智能插座安全管理系统设计

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