【基于单片机的智能插座系统设计11000字】

基于单片机的智能插座系统设计伴随着科技的快速发展，传统的家居行业面临着巨大的挑战。消费者对于家居环境需求越来越高,这也导致传统家居产品行业越发地呈现出其成本高、运营方式复杂、智能化水平程度低的特征,因此本文在对国内外关于智能家居技术研究现状问题进行分析梳理的基础上,设计出一款智能插座系统,用户可以直接通过自己的智能手机来控制智能插座，使用简单、部署方便、并且可随地移动,能够很好地便利于我们的日常生活、推动智能家居的推广与普及。本文设计了基于ESP8266的智能化远距离控制插座体系，实现了可以在手机端控制插座并获取温湿度的功能。关键词：ESP8266；插座；物联网目录TOC\o"1-3"\h\u29098前言 513266第一章绪论 797741.1课题研究背景与意义 7231811.2国内外研究现状 7146681.2.1物联网技术国内外研究现状 738231.2.2智能家居国内外研究现状 8184511.3本文主要内容及章节安排 1032617第二章系统整体框架设计 12159542.1物联网技术 12274622.2无线通信技术 1376982.3本章小结 1613483第三章智能插座软硬件设计 1741203.1智能插座硬件设计 17234473.1.1ESP8266模块 17280193.1.2温湿度检测设计模块 19291243.2智能插座软件设计 20128843.2.1ESP8266软件开发 20221613.2.2ESP8266组网 2432643.2.3温湿度信息读取软件设计 27172613.2.4手机端设计 2935633.3本章小结 3013393第四章实验结果与分析 31315374.1简介 31218334.2测试结果与分析 32256094.2.1开关测试 3295104.2.2温湿度测试 3531764.3本章小结 3516069第五章总结与展望 36305765.1总结 3614315.2展望 365956参考文献 40前言物联网作为一种新兴的信息技术产业，已经成为当下的重要技术热点之一。详细说来，物联网就是通过借助各种信息传感设备，利用信息传输处理和传感的技术，将物品连接上网络后达到互连通信的效果，及时精准地传递出数据信息，从而实现能够智能化地定位、感知、识别、监控、管理物品等目的。物联网在多个领域都有着广泛的用途。例如在人们的日常生活中，智能家居、智能照明或者是交通管制等等，物联网技术都在其中发挥着不可或缺的作用。因此，物联网也让人们的日常生活变得更加便利和智能化，提高了人们的生活质量。目前智能家居已经融入各个领域中，市场发展空间巨大REF_Ref8924\r\h[1],包括了很多较为复杂的例如安全监控、家庭娱乐设备等系统,然而由于这些系统布置的过程难度较大、所必需的成本也比较高、因此对其普及化的程度也比较低。因此，智能家居领域中的一种单一品类的智能化器件正逐渐变得流行起来。例如智能窗帘、智能灯等等类似的智能化家居单品。它们不仅能够达到具有现代传统家电产品的功能的目的,还更具创新性，在当下年轻人中非常流行。其中电源插座开关是作为一种用于基础性多路控制电源的控制元件,与各类家用电器的控制电源插头进行连接,可以直接通过无线控制电源插座的开关功能从而间接地完成实现控制家用电器的主要使用目的。所以本文就专门提出了基于接入互联网的一个智能电源插座系统设计方案,用户在接入互联网上就已经可以直接通过智能手机来自行操纵一个智能电源插座。使用简单、部署方便、并且可随时随地随意移动,能够很好地有效便利现代人们的的日常生活、推动现代智能家居的广泛推广与应用普及。当前，已经有较多专家学者针对智能插座设计，其中，文献[2]对于节能型无线遥控智能插座的功率分配系统问题进行了深入的研究，主要是设计了系统中的接口电路，以保证接口电路中的信号不受强干扰的影响，并且采用单片机作为系统的控制核心，减少智能插座工作时造成的能耗REF_Ref9107\r\h[2];李新等研究了基于Wi-Fi感应的智能电源管理系统，该智能管理系统主要是通过无线路由器、电源插座和不需要安装额外APP的智能移动终端手机组成，主要是通过第三方app的方式来加上实时监测手机Wi-Fi的连接状态，根据这些连接状态来准确判断室内环境中是否存在有人，以对电源插座发送进行控制信号REF_Ref9052\r\h[3]。第一章绪论1.1课题研究背景与意义现如今，我国处于居民消费升级以及信息化、城镇化等等融合发展阶段REF_Ref8924\r\h[1]，人民群众对于日常生活居住环境的要求也在不断地提升，逐渐从满足基本需求向智能化人性化等方面发展。而随着现代物联网技术的发展进步，物联网已经给我们的生活带来了巨大的改变。不论是我们每一个人的学习、工作和家庭生活，还是在工业商业等各个领域，其相关的应用越来越广泛。因此智能家居在我国拥有巨大的潜力和市场发展空间。1.2国内外研究现状1.2.1物联网国内外研究现状1985年，美国计算机专家LEWISPT率先提出了“物联网”的概念REF_Ref8849\r\h[4]。物联网（InternetOfThings，IOT），即一种将物与物之间实现连接的互联网技术，是根据互联网技术发展过来的。物联网技术的处理信息功能较为强大，可以分为获取信息、传递信息、处理信息和施效信息四个阶段。在获取信息的阶段，物联网主要是用来承载信息的感知，将身边的事物状态和变化情况进行识别并且表述出来。而传递信息的阶段，物联网技术需要将信息进行流通传递并同时保证其价值，是有效传递的，这个阶段也就是我们日常生活中的通信过程。在处理信息阶段，需要对接收到的信息加工处理，使其产生新的信息并给出决策。最后的施效信息阶段，也是物联网技术发挥价值的阶段，是发挥最后处理完信息的价值的过程。在经济全球化的今天，物联网的相关应用拥有巨大的市场潜能，物联网的时代正在到来。根据统计，国内物联网连接数超过17亿，到2025年将达到90亿，市场规模达到4万亿元REF_Ref8582\r\h[5]。美国身为最早提出和研究物联网技术的国家，凭借自身发展较为成熟的互联网技术以及广阔的市场REF_Ref8725\r\h[6]，使得物联网技术应用于各类行业领域中。其09年提出的“智慧地球”计划就是以物联网技术为核心，在各个行业充分运用互联网技术，达到万物互联的目的。欧盟也制定有关物联网行业的相关制度政策，统一行业规范，现已经形成非常全面的物联网战略实施计划。日本在二十世纪九十年代开始大规模的信息化建设，积极推进“e-Japan”“u-Japan”等计划，推动物联网技术的发展。韩国也出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策REF_Ref8657\r\h[7],希望实现经济新增长。近年来与国外相比，我国的物联网技术也取得了重大进展。首先物联网的应用越来越广泛，在环保、物流、交通、医疗、家具、石化、安防、电力开始通过试点示范物联网规模应用REF_Ref8582\r\h[5]，让人民群众的生活更加便利，也同时促进了传统行业的升级转型。同时形成较为完善的物联网产业链，为物联网相关应用提供了资源保障。工业和信息化部发布《“5G+工业互联网”512工程推进方案》，明确将工业互联网作为未来5G技术落地的重要应用场景之一REF_Ref8523\r\h[8]，推动了工业互联网市场的扩大，促进互联网市场的发展。1.2.2智能家居国内外研究现状“智能家居”这一概念虽然起源比较早，但是很一段时间都没能具体地实施。而随着物联网技术的发展，各行业与物联网相互融合，智能家居才得以进一步的发展。二十世纪八十年代,世界第一幢智能建筑在美国建成,这标志着智能家居系统在全球的开启REF_Ref8343\r\h[9]。而在这几十年里，智能家居的发展迅猛。例如新加坡发布的智能家居系统——“未来之家”，它是一套功能非常完善的综合型系统，目前为止新加坡有将近五千户的家庭采用了该智能家居系统。而美国推出的一款面向单体别墅的智能系统也成为美国市场的主流，获得越来越多居民的认可。智能家居其实就是一个具有先进的智能化技术的日常生活环境，它们连接可编程设备使用网络控制实现家庭功能，按照居民的要求来进行操作和响应，来改善人们的生活质量与更多便利。智能家居的特点是“绿色”、“环保”和“节能”REF_Ref8213\r\h[10],有助于促进人类社会的和谐与发展。十多年来,智能化的系统一直是我们人类的日常生活中一个很重要的角色。随着现代科学信息技术、智能传感器等等的广泛应用,智能家居系统已经拥有了娱乐、家居控制、家居监测、家居安全监视等功能。同时它还具有人工智能的特点，可以相互之间进行联系和沟通，覆盖整个居住空间，帮助人们实现家居环境的智能化REF_Ref5701\r[11]。当前,智能家居的市场,特别是移动互联网的市场,一直在持续不断地增长,而且随着现有信息技术的快速进步和发展,有望使我们实现更加丰富和广泛的功能。现如今,众多公司都开始涉足智能家居行业。例如小米爱奇艺等互联网企业，还有三星海尔等传统家电制造业，都开始推出自己的各类智能家居。这也表明智能家居的发展前景广阔。最开始，建设智能化家居是为了改善一些生活不便的人的生活质量。现在，无线智能家居系统由于其良好的灵活性,便携式使用功能以及低成本降低了安装费用,在现代人类的生活中扮演着至关重要的角色,并且越来越广泛地得到了普及。它能够控制灯光的照明，或者控制窗帘,让窗帘在室外达到一定亮度时便自动开启窗帘。也可以为我们提供家庭安全的服务,例如空气泄漏和报警等服务,提醒我们未知的危险，这对于老年人和身边的残疾人以及不经常在家的人来说是非常有利的。智能家居在我国尚处于起步发展阶段，还处在孵化期，发展的速度较慢。2010年左右，智能家居开始出现于中国的市场,由于技术标准缺失，智能家具市场中还未出现与“智能家居”系统相融合的产品REF_Ref9297\r\h[12]，然而随着物联网技术的不断进步与发展，智能家居功能也变得多样化，更加丰富多样。然而因为之前的开发技术不够成熟，所以直到今天智能家居仍未能实现大规模的普及。本次设计的是智能插座。早期，市场上的智能插座功能多样，有的具有定时开关功能，有的具备计算功率功能，甚至有的可以进行无线通信。它们通讯方式大体上分为以下几种：ZigBee通信技术、蓝牙技术、SMS通信技术、WiFi通信技术。根据这四种通信技术的标准，国内外有很多品牌的智能插座，但它们的功能相对单一，受到当时技术的限制，难以实现网络化和智能化，因此受众范围很小，此类智能产品在国内市场也占比很小。1.3本文主要内容及章节安排本文主要基于物联网技术，对插座进行智能化设计，实现智能手机作为控制终端，来控制智能插座的打开和关断，同时可以从移动手机端查看检测到的温湿度。全文一共划分为五章，第一章是绪论，着重阐述了智能插座的相关研究背景和意义、国内外相关研究的现状；第二章是系统的整体框架设计，对插座设计过程中所涉及的相关技术做了介绍，第三章主要讨论研究本次设计所采用的理论方法以及软硬件分析，第四章以此为基础进行测试并进行试验结果分析，得出结论。最后一章对本文进行总结，针对其中存在的不足和问题进行分析，并对后续可能继续的研究部分进行了展望。第二章系统整体框架设计2.1物联网技术物联网（InternetofThings），拥有很多的应用领域，例如物流运输、农业种植、医疗保健、能源生产和分销[13]。物联网技术，就是通过物体上的传感器设备对周围的环境进行感知，然后利用通信技术对数据进行传输，实现信息交互，并通过虚拟网络中的关联，来联系现实中的设备和物体[14]。物联网技术的发展改变了人们的生活方式，有许多与互联网技术密切相关例如智能家居的新兴应用。物联网已经不仅仅只是概念里的情景，它渗透了诸多领域，例如城市管理领域，有着智能交通、智能建筑、数据图书馆等的应用；日常生活中，有采用RFID技术取代传统的条形码，使物品扫描识别更容易，还可以实现无人超市等应用；物流运输方面，通过在物品上植入芯片，可以有效掌握在生产运输等多环节的信息。还有诸如定位导航、数字医疗等众多方面的涉及。从技术架构和功能来看，物联网的基本架构参考模型由三层组成：应用层、网络层和感知层[15]：感知层是负责信息的采集和物与物之间的信息传输，是物联网架构的底层；网络层则是利用有线和无线网络对数据信息进行传输，是中间层；应用层也被称为处理层，是用来解决信息处理和人机界面的相关问题，是物联网架构的顶层。如图2-1所示：图2-1物联网三层架构三层架构是物联网技术的基础，已经运用到多种系统设计中。现如今当代社会已经逐渐和物联网技术紧密结合，也正迎来物联网的时代。在物联网的架构中，每一层都是由自身的功能以及该层涉及的网络硬件设备来定义。对于体系架构有很多人持不同的观点，主要还是以三层架构的观点居多。（1）感知层感知层主要是用来采集情境中所发生的物理事件和数据。运用传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术来获取信息，之后将获取的信息数据上传到网络层。同时，该层对本地与短距离通信网络中的物联网终端节点间进行协调工作[16]。（2）网络层网络层是将传感器网络和移动通信技术和互联网技术相结合，将感知的信息进行无障碍、可靠、安全地进行传输。它是物联网中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分。在网络层，主要有无线通信等相关技术。在物联网之间，网络层网关起到协调器的作用，并对来自不同物联网的数据进行集合、过滤和传递的功能[17]。（3）应用层应用层主要包含了应用支撑平台层和应用服务层，本层提供了丰富的应用，将需求与物联网技术相结合，使应用更加智能化。2.2无线通信技术在早期阶段，智能家居通常是用有线技术来进行通信，有线技术虽然有稳定等多种优势，然而必须在布置前就进行规划设计，此方式比较死板，实施起来比较困难。如果想更新升级则更麻烦，难于实现设备新增更换等多种需求。因此，在有线阶段，智能家居并不受市场的欢迎。随着科技发展，现如今智能家居已经逐渐过渡为无线方式。本次设计是为智能插座，因此成本不宜过高，又要方便、可操作性高。因此在通信方案规划时必须结合智能插座本身特点，选取一种低成本、适用度广的通信方式。在本次插座设计中，对于数据传输的要求不太高，也需要对通信的功耗有要求，需要功耗较低的通信方式。因此适用于智能插座的通信方案一般来说都具有通用性、低功耗、内存占率低、低成本、短距离等特点。下面对一些常见的短距无线通信协议来分析，并比较其在智能插座应用中的优缺点。

（1）蓝牙蓝牙是由五大公司于1998年5月联合推出的一种开放性无线通信新技术。它能满足低成本的近距离连接，在设备间实现方便快捷和低功耗的数据通信[18]。目前几乎所有的电子产品都配备了蓝牙功能。蓝牙技术适用范围特别广，在全球范围内都适用，并且可以传输数据和语音。它能够在移动电话、笔记本电脑、蓝牙耳机等多种设备之间传输信息，组成点对点的通信连接。抗干扰能力也较强，蓝牙采用调频方式扩展频谱，将频段分成多个频点。并且蓝牙设备体积较小，集成很方便。但是由于蓝牙技术实现距离非常短，在室内如果较远距离可能无法连接，因此不能满足智能插座的设计需求。

（2）红外通信红外通信技术（IrDA）是在二十世纪九十年代才出现的一项技术，到现在红外的传输速率已经达到16Mb/s。具有低成本和免申请频率使用权的特点，因此其在进行运用的过程中具有简单、体积小、低功耗的特点[19]。在数据传输的过程中，红外通信技术主要是点对点的方式。在现如今的技术发展中，红外应用也较为广泛，例如空调、电视机、儿童玩具等等。但是在两个正在进行红外通信的设备之间不能有任何其他的物体，因此红外的抗干扰性很低，使用时要求较高，所以红外通信并不能满足本次设计的要求。

（3）RFID射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)，是一种把无线射频技术与嵌入式技术相结合的综合集成技术[20],可以通过无线信号来识别读写相关数据。RFID技术的应用目前也很广，例如公交卡、图书借记卡、门禁系统、智能购物等等。但是RFID抗干扰能力差，容易受外界干扰，并且受到网络的限制，可靠性低，因此不符合此次设计的要求。（4）ZigBeeZigBee技术是由ZigBee联盟创建的基于低功耗无线IEEE802.15.4网络标准[20]，是一种短距离、低速率、高容量的无线通信技术。ZigBee的传输距离比较远，可达几十米，同时安全可靠性高，广泛应用于物联网场景。（5）WiFi技术WiFi是将电子设备连接到无线局域网的一种技术。近年来由于WiFi技术的进步发展，覆盖范围增加，因此WiFi技术非常普及，关于WiFi技的应用也十分广泛。现在WiFi的传播速率非常的快，已经能够达到300Mbps。并且与另外的无线通信方式相比较，WiFi操作起来更加方便，应用范围比较广，因此选用WiFi技术来作为本次设计的方案。并且随着行业发展，许多商家生产出物美价廉的WiFi芯片，例如乐鑫科技公司生产的一系列ESP8266的芯片，也降低了成本。表2-2几种通信方式比较蓝牙红外ZigBeeWiFi功耗较低低低一般成本低低低低通信速率1Mbps16Mbps20-250Kbps300Mbps传输距离小于10m0-1m5-100m100m

2.3本章小结本章主要对智能插座涉及到的物联网技术和无线通信技术做了相关介绍。首先对物联网体系架构进行了概述，随后介绍了对当前的短距无线通信技术分别进行分析，并比较其在智能家居应用中的优缺点，阐明选择WiFi技术的原因。了解本章所述知识更有利于对智能化插座进行理论设计。第三章智能插座软硬件设计3.1智能插座硬件设计本章小节将依据智能插座的设计需求和性能指标，对每个硬件模块的功能结构进行详细的分析介绍。实验设计含串口WIFI模块的硬件设备作为家庭网关；通过改变继电器高低电平对智能插座的开关控制；传感器采集室内温湿度数据，手机端可以读取该数据并对智能插座做出相应控制。。ESP8266模块ESP8266模块由上海乐鑫公司研发的一款低功耗的高稳定性SoC，它采用的紧凑结构设计，拥有完善的WIFI网络功能，它拥有较少的引脚接口，既可以独立使用，同时又可以配合其他的MCU来进行使用，它的结构中内置了高速缓存器，提高系统的运行效率[21]。该模块的优点在于芯片虽小但在其上集成了包括天线开关、射频balun、功耗放大器、低噪放大器、过滤器和电源管理等功能模块，它应用的是32-bit内核处理器，并自带SRAM，通过串口与MCU进行通信。芯片引脚如图3-1所示。ESP8266的特点在于：支持802.11b/g/n；２个WiFi接口，支持工作站（Station）模式／SoftAP模式切换；支持CCMP（CBC-MAC、计数器模式）、TKIP（MIC、RC4）、WAPI（SMS4）、WSP（RC4）、CRC的硬件加速器；支持802.11ｎ（2.4GHz）通信协议；支持休眠模式和唤醒模式，低功耗工作。图3-1ESP8266芯片引脚为了方便设计，减少其他的不必要连线，我们这里选用ESP8266NodeMCU开发板。下图图3-2即NodeMCU开发板的引脚示意图。NodeMCU是一个开源的物联网平台，该平台的硬件是ESP8266WiFi无线通讯模块，它是一款消耗功率很低的UART-WiFi透传模块REF_Ref17160\r\h[22]，并且有很多的硬件接口，可以支持多种接口，实现多种功能。图3-2ESP8266-NodeMCU引脚功能温湿度检测设计模块本文在智能插座设计的时候，利用简单的传感器获取环境的温湿度参数。由于需要同时获取温度和湿度这两个参数，并且实验器材有限，因此选取了DHT11数字温湿度传感器来进行数据采集。DHT11温湿度传感器具有高精度的特点，其内部有电阻式感温元件和NTC测温元件，同时具有工作稳定、快速响应和抗干扰能力等特征。DHT11模块实物图如图3-3所示。图3-3DHT11温湿度传感器模块（1）参数说明：工作电压VCC：3.3V-5V工作电流：＜2.5mA湿度测量范围：20%-95%（0℃-50℃）湿度测量误差：±5%引脚名称及引脚说明:pin名称注释1VCC供电3－5.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC悬空4GND地电源，外接GND智能插座软件设计ESP8266软件开发据了解ESP8266软件的开发模式有许多种。一、方案一：采用基于芯片的SDK程序开发方案。SDK的基础平台分为两种NON-OSSDK和RTOSSDK。其中NON-OSSDK是不基于操作系统的，它提供支持IOT_Demo和AT的编译，它是通过回调变量和定时器的方法来实现对于不同功能函数的嵌套，从而实现不同条件触发不同功能的目的,通过ESPconn接口来对网络进行操作，并进行相应的软件开发[23]。而RTOSSDK基于FreeRTOS系统，比NON-OSSDK时间晚，但它的功能比NON-OSSDK多，近年来的使用次数也比较多。下面先介绍ESP82666开发所需要的环境和相关步骤。首先搭建一体化开发环境[24]，乐鑫官方提供的一体化环境为ESP_ide，界面如图3-4所示；然后安装乐鑫官方所提供的Flash下载工具，其界面如图3-5所示。在开发环境中编写代码，然后进行编译，生成bin文件。最后通过烧录软件ESP8266DOWNLOADTOOL将固件下载。图3-4Eclipse界面图3-5Flash下载工具二、方案二：方案二采用基于Arduino的开发环境。此类开发方式也是基于SDK的开发原理，不需要Arduino硬件，利用Arduino软件平台编译ESP8266的源码[25]。而在开发ESP8266程序时，要搭建开发环境即下载Arduinoide，并且根据自己的需要添加相关库。在编写程序时采用Arduino语言，直接在Arduino进行程序编写。Arduino界面如图3-6所示。本次设计运用Arduinoide。该界面有开放的源代码，可以进行下载使用。图3-6Arduino界面三、两种方案对比可以对比上述两种方案发现，上面介绍的两种方案都是比较简单基础的，比较而言既有相似的地方又有不同的地方。两个方案均采用相同的开发板即NodeMCU开发板，基本的原理和功能也大体上相同，最后实现的功能都是用手机控制智能插座。而两种方案最大的不同则是软件不同，在芯片开发过程中，第一种方案直接采用安信可科技提供的官方SDK开发方案，比较常用，在Eclipse环境下编写程序，还要自行下载官方Flash工具，而第二种方案，无需下载烧录工具，直接在Arduino环境下编程并上传到模块中；在手机App开发方面，两种方案用两种不同的物联网平台，这两种物联网平台都可以直接作为服务器，为此设计带来了很大的方便；在程序设计方面，方案一由于可以直接通过烧录官方固件实现模块的WiFi功能，所以程序设计比较简单，只需某个特定模块或调用函数即可，而方案二则需要用户自己编写Arduino语言的程序代码;在开发板引脚功能方面，方案一直接烧录固件，而固件默认的工作I/O口不好改动，方案二在这一方面却很方便，只需改动程序中定义动作的I/O口即可；接入服务器的方式也是不同的，方案一是通过烧录固件开发出开发板的WiFi功能，通过手机App与路由器直接连接，确保手机与模块之间的通信，而方案二是通过改变烧录到模块里的程序使手机App和模块连接到同一网络，从而控制手机与模块的通信。ESP8266组网ESP8266有三种工作模式，分别是AP模式、STA模式和AP+STA模式。AP(AccessPoint)模式接入点模式。Esp8266作为热点，手机电脑都可连接从而实现和8266进行局域网的无线通信。主要函数有如下几个：ArduinoEclipseSTA(station)模式作为接收器，接收来自无线路由器发出的信号，实现通过接收路由器信号连接互联网。在本模式下ESP8266模块可以通过路由器与互联网直接相连，手机再联网进而完成远程控制。其主要函数如下：ArduinoEclipseAP+station模式既可以通过路由器连接到互联网，也可以作为WiFi热点，使其他设备连接到这个模块。本模式下首先配置station模式，接着配置AP模式。about_8266_send_cmd（"AT+CWMODE=3","OK"）；//设置AP+STA模式

about_8266_send_cmd（p,"WIFI

GOT

IP",1000）；//连接路由器并获得IP

while(about_8266_send_cmd("AT+CIFSR","STAIP",));//检测是否获得STAIP

while(about_8266_send_cmd("AT+CIFSR","APIP",));//检测是否获得AP

about_8266_get_ip(15,65)；//STA+AP模式获取IP,并显示图3-7WiFi组网流程图温湿度信息读取软件设计在ESP8266中，首先开辟出温度、湿度、读取频率的数据缓存区域，用于保持当前的温湿度数据以及读取时间间隔参数。读取温湿度数据时，ESP8266通过数据接口来读取数据。经处理后对读取的数据进行校验，若校验通过，则更新数据到缓存区，等待中央处理单元访问数据，并且根据设定好的时间间隔周期性读取数据。读取数据的流程图如图3-8所示。图3-8温湿度数据采集流程图手机端设计智能插座系统手机端的注册登录流程框图如图3-9所示。首先是要连接服务器，用户需要输入自己的用户名账号以及密码，然后根据自己输入的账号和密码进行比较验证，通过验证后进入主控界面。图3-9登录界面流程图3.3本章小结本章主要阐介绍了智能插座的硬件设计和软件设计。首先阐述了系统方案，硬件主要介绍了ESP8266模块以及温湿度检测模块，软件则提出两种方案并进行比较，而方案具体如何还需要进行实验操作。下一章进行实验部分。第四章实验结果与分析4.1简介基于互联网的智能插座系统在经过软硬件的设计和开发后，可以对其进行正常的操作和运行，在调试和检测的过程中，如果因为应用程序出现错误导致整个系统的设计不能达到预期的效果，那么就需要我们去进行调试和检查。在顺利完成了对硬件电路和外部结构等方面的设计之后，结合手机APP点灯APP智能控制软件与插座之间进行调试，完成对整个智能插座的软硬件测试。本文已经完成了对各个模块功能的测试，该系统的调试可以分为插座开关控制测试与温湿度信息显示调试两大测试。智能插座系统设计的实物图4-1如下。都是通过手机点灯APP来控制插座继电器的开关闭合来实现的。图4-1智能插座实物图4.2测试结果与分析4.2.1开关测试首先是打开手机APP客户端点灯APP，并进行登录，连接一个无线网络，输入自己的账号和密码，为了让整个测试操作起来更加简单方便，这里采用连接自己手机热点的方式来对插座进行连接。然后将插座连接上电源。图4-2智能插座测试图图4-3手机端页面显示（此时为离线状态）当手机端点击开的按钮时，插座内部有闭合的声音，可以看见插座底端透出亮光，即插座已经被打开，此时插上一个台灯，台灯点亮，插座打开。当手机按下关的按钮，插座内部有打开的声音，此时插在插座上的台灯熄灭，即插座已经关闭。4.2.2温湿度测试温湿度精度测试前，计划采用高精度温湿度计对智能插座的温湿度传感器模块进行校准，来消除系统误差。计划是将高精度温湿度计与带有温湿度传感器模块的插座放入房间的同一位置，但是由于实验器材有限，只能通过空调将房间温度分别控制到20℃、23℃、26℃，待房间温度稳定后进行读数，来进行预估。测试结果如表4-4所示。表4-4不同温度下的显示数据序号空调温度显示温度120℃21.6℃223℃23.3℃326℃26.8℃根据表中数据可知，温度不太准确，仅作为参考，所以温度的精准度还有待提高。由于湿度无法较精确地控制来对比，因此显示的湿度不进行比较测试，仅通过查询天气预报显示来进行判断，湿度较为准确，可以作为平时的参考。4.3本章小结本章通过对智能插座系统两大功能模块进行了测试，全面覆盖了硬件及软件设计的各个模块。根据本次的测试结果我们可以得知，系统的各个功能模块都已经达到了预期的设计要求。温湿度采集精度等性能指标也满足设计要求，同时本次设计也有良好的可拓展空间。

总结与展望5.1总结本次设计从实际的需求入手，结合物联网技术，设计了一款智能化插座。本方案利用无线网络控制设备，通过控制继电器高低电平来控制插座的打开关断，并且在手机端显示出当时的温度和湿度。本文主要完成了以下工作：针对物联网技术和智能家居的国内外现状进行了调查研究并作充分分析。通过比较几种无线通信技术的优缺点，根据插座的设计需求来确定本次设计使用的无线通信技术。接着针对基于移动互联网的智能插座主要进行软硬件的探讨和研究,并且进行了一些基础性功能的开发和设计,目前本方案仅仅实现了基础性的功能,例如对插座进行远程控制开关,实时自动监测周围环境温湿度等,这仅仅只完成了一小部分的功能,而在市场上还有一些更多功能如语音控制等的智能插座。因此本次设计的插座还有很多不足之处，还不能满足大多数人的需求，有许多用户所需要有什么功能值得我们进行更深入的研究。需要解决的问题有如下几点：

（1）功能的拓展。本文所要设计的这些智能插座功能远远不够我们今天的日常生活中所必须具备,比如,对于灯光进行定时启动等等尚未实现,这些功能都已经成为了我们日常工作中所需要的,所以在这些功能方面我们还是需要花费更多时间和精力来进行研究。（2）和现实的差距。由于受客观条件限制,因此本次的设计仅仅是由于继电器进行控制开关,这与我们在日常生活中使用的其他电器设备可能会有较大的不同。另一方面,目前智能家居系统的总体性能并没有真正得到充分体现,在这个问题上,我们仍然需要在未来对整个系统的设计进行升级和完善。5.2展望随着现代信息科技的发展,以智能化插座为主要代表的新型智能家居控制系统可以对家里空气中的温度、湿率、空气质量、有害物品进行监控检测，然后与物联网实现智能家居控制技术，这是个人移动终端和可穿戴设备无法取代[20]。并且家居系统其实包含了用户的个人信息，因此安全性也需要被列入考虑范围之内。智能家居系统必须拥有非常严格的网络安全措施。早期的一些智能家居系统存在明显的安全漏洞，说明当时设计考虑不够周全。因此，智能家居的安全性也急需加强。参考文献李锐,崔倩倩,张宇,王红,刘萌萌.探析智能家居产业的机遇与挑战[J].居舍,2021(11):21-22.马艳.节能型无线遥控智能插座的功率分配系统研究[J].现代电子技术,2018,41(09):142-146.李新,徐成武,张建国,程鹏.基于WiFi感应的智能电源管理系统[J].太原理工大学学报,2019,50(01):113-118.崔凯.基于物联网的智能家居控制系统设计探讨[J].河南教育学院学报(自然科学版),2020,29(02):38-43.蔡凤翔,李群,李英浩.物联网技术发展现状浅析[J].信息系统工程,2021(01):25-26.叶宁.大数据背景下物联网技术在智能家居中的运用[J].佳木