基于WIFI通讯的智能插座设计

基于WIFI通讯的智能插座设计

刘长清，余雄，吁凌洋，莫小灵

新余学院中兴通讯信息学院，江西 新余 338000

摘要：电源插座是人们生活中不可缺少的家用设备，其在全球已经广泛应用。特别是21世纪的今天随着用电需求不断增大，人们越来越离不开电源。但是电源的安全问题也随之而来。出门断电是已成为一种安全习惯。然而有很多人经常忘记关电源，从而导致自身的财产来安全隐患。通过远程控制电源插座，是一种有效安全的方法。为了实现插座的远程控制，为节约电能和降低火灾事故的发生，设计了一种基于WIFI远程操控的智能插座。

关键词：WIFI；智能插座；STM32

0 引言

据统计全国平均每天发生火灾358起，其中电器火灾占30%以上，其主要原因是插座的超负荷、短路、电弧等。大多数情况下并不是我们不去关闭电源，而是忘记了切断电源。综合以上原因考虑，我们急需要一款智能插座。此插座能够实现远程开关插座，在工作时间之外可以控制插座，这样就能解决电器的待机损耗问题，达到节约用电的目的，还能消除安全隐患，最终使我们的生活更加方便化、智能化。

1 工作原理

STM32监测插座以及其他继电器的状态，并将状态数据打包至WIFI模块并通过WIFI模块发送给手机APP，再由手机去控制STM32，STM32上面的引脚去控制继电器，继电器与开关形成回路。定时模块是通过软件进行延时的开关，这样一部手机就可以控制家用插座，非常的简单方便。

2 总体设计

2.1 主体硬件说明

本文选用STM32单片机作为主控芯片，它是由意法半导体集团推出的具有高性能、低成本、低功耗的嵌入式单片机,完全符合设计要求。WIFI模块采用ESP8266作为模块的核心，因其内部自带固件所以操作简单。选用ESP8266作为核心元件，需要的外围元器件有1个无源晶振、10个电阻电容电感和1个Flash，电路结构非常简洁。ESP8266模块核心处理器在较小尺寸内便封装集成了业界领先的TENSILICAL106，是一款超低功耗的32位微型MCU，带有16位的精简模式，支持80MHz和160MHz两种主频频率，支持RTOS，集成了WIFI MAC/BB/RF/PA/LNA，板内载天线，相比于其他WIFI模块，具有应用方便、成本低和重量轻等特点。

2.2 硬件电路设计

硬件电路主要包括单片机最小系统设计、电源模块(其中需要5V电源、3.3V稳压电源)、主控制模块、无线WIFI模块和继电器模块。ESP8266模块是基于串口通讯的WIFI无线网络模块，能够实现用户串口数据到无线网络之间的数据交换。通过串口无线WIFI模块，可以将串口设备直接接入无线网络。该模块使用ASCII码可以与手机直接进行通信，首先手机将编码变为ASCII码并进行发射，UART-WIFI模块接收ASCII码并产生中断给单片机。此外，该WIFI模块可以像普通路由器一样，通过终端设置和修改密码，也可以通过配置软件进行修改和设置，安全性较高。由于ESP8266无线模块的工作电源是3.3V，而供电接口供电为5V，所以采用电源转换芯片将5v转换为3.3V，使得ESP8266无线模块能够正常运行。原理图如图所示。

5v转3.3v原理图

3 软件部分

3.1手机软件用户操作界面设计

用户操作界面系统主要包含用户登录界面和功能操作界面两部分。为了分析操作用户的行为是否合法,在开发系统时，可以根据操作设备的唯一性标识，详细地记录用户的身份.并展开跟踪。功能操作界面主要包含插孔通电状态描述，插孔通电状态指示灯，通、断电按钮，延时四部分。其中，插孔通电状态描述主要描述插线板上各插孔的通、断电状态，如果插孔正常通电，指示灯的颜色为黄色;在断电状态，指示灯的颜色为灰色。使用通、断电按钮可以分别控制插孔的通、断电，在通电状态下，通电按钮的颜色会变成灰色，在这种情况下不能进行通电操作，而如果通电按钮可以操作的话，则断电按钮不能操作。当其中一个开关打开这时可以加延时断开指令等到了所延时的时间，开关就会自动断开。

3.2 STM32中央处理方式

考虑到系统的功能以及可靠性，智能插座系统的中央处理器选用了STM32 单片机。STM32单片机是系统的中央处理模块，可以处理智能插座数据接收系统所

接收的各种数据。

4 结束语

本文设计了一种基于WIFI无线通讯的智能插座，用STM32单片机对控制继电器进行控制，从而实现对插座的远程通断操作。采用高性能的STM32系列单片机，从而增强了插座的稳定性。通过串口WIFI模块，传统的串口设备就能接入无线网络。此WIFI模块可以通过终端像普通路由器一样设置和修改密码，也可以通过配置软件进行修改和设置，安全性较高通过手机APP发送指令，操作简单、便捷。硬件电路具有设计简单、布线合理、实物可操作性强的特点，并能达到实现所需功能的需求。在本设计实现的基础上通过改进设计及软件，就可以拓展定时通断电量使用情况统计、电压或电流异常检测报警等新功能。

参考文献：

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[4] 胡长鹏,马海霞,林思敏,等.一种基于WiFi无线通讯的智能插座设计与实现[J].机电工程技术,2021,50(8):70-73.
作者简介：刘长清，男，2002年3月，汉族，黑龙江省绥化市肇东市，本科在读，研究方向：通信工程

 本文来源于省级大学生创新创业训练计划项目，项目名称：智能插座，项目编号：S202211508026