1、北京师范大学珠海分校信息技术学院 北京师范大学珠海分校 本科生毕业论文 论文题目： 大功率智能插座的研究与开发 学 院 信息技术学院 专 业 电子信息科学与技术 学 号 学 生 姓 名 指导教师姓名 指导教师单位 信息技术学院 年 月 日 北京师范大学珠海分校信息技术学院 大功率智能插座的研究与开发 摘 要 通过对智能插座和物联网的研究，在总结国内外无线插座实现方法与思路后，对整体系统进行模块化的方案设计。具备插座的基本功能，也支持手机 端和电脑端的远程控制功能。可以进行远程监控，了解插座当前的状况。通过对控制请求使用的网络协议进行优化设计，使得整体响应 速度更加快捷。再通过进一步优化用户操作
2、界面，使得界面友好化。 在整体软件平台搭建完成后，测试分析各个模块效果，进行封装。选用大电流支持且大小合适的继电器，实现大功率电器的支持，每个插槽控制电路独立设计，实现每个插口独立控制，有两种方案，一是接入第三方云平台，通过网络远程控制；二是使用 wifi进行近场控制，无需网络也可使用。 关键词： 大功率、远程控制、插座、智能 北京师范大学珠海分校信息技术学院 Research and Development of High Power Intelligent Socket ABSTRACT Through the research of intelligent socket and Inte
3、rnet of things, after summarizing the realization method and idea of wireless socket at home and abroad, the whole system is modularized. With the basic functions of the socket, also supports mobile phone and computer-side remote control. Can be remote monitoring, to understand the current status of
4、 the outlet. Through the use of network control protocol request to optimize the design, making the overall response speed more quickly. And then by further optimizing the user interface, making the interface friendly. In the overall software platform is completed, the test analysis of the effect of
5、 each module, the package. The choice of high-current support and the right size of the relay to achieve high-power electrical support, independent design of each slot control circuit to achieve independent control of each socket, there are two options, one access to third-party cloud platform, Cont
6、rol; Second, the use of wifi near-field control, no network can be used. Key words: High-power, remote control, socket 北京师范大学珠海分校信息技术学院 目 录 ABSTRACT . 3 1. 引言 . 1 1.1、研究背景 . 1 1.2、研究意义 . 1 1.3、研究目的 . 1 1.4、研究的工作与内容 . 1 1.5、研究思路 . 1 2 系统整体设计 . 3 2.1 系统功能需求分析 . 3 2.2 核心硬件 . 3 2.3 系统搭载 . 3 2.4 核心设计 . 3
7、 2.5 云平台选用 . 4 3. 硬件设计 . 5 3.1 硬件选用 . 5 3.1.1 硬件选用 . 5 3.1.2 硬件搭载 . 5 3.2.1 方便 . 6 3.2.2 安全 . 6 3.2.3 智能 . 6 4.1 HTML 模块设计 . 8 1、 标签： . 8 2、 标签： . 8 3、 标签： . 8 4、杂项： . 9 4.2 JavaScript 脚 本编写 . 9 北京师范大学珠海分校信息技术学院 4.3 核心板响应模块编写 . 10 4.4 云平台通信模块编写 . 10 5.测试分析 .11 5.1 测试目的 .11 5.2 测试内容 .11 5.2.1 网络通信测试
8、. 12 5.2.2 控制通断测试 . 13 5.2.3 大功率测试 . 14 6.总结与展望 . 15 参考文献 . 16 致 谢 . 17 附录： . 18 1、 使用说明： . 18 2、 网页 body 部分 . 18 3、 JavaScript 部分代码 . 19 4、 CSS 样式表部分 . 20 5、 Arduino UNO 部分信息 . 21 6、 Wifi 扩展模块重要信息 . 22 北京师范大学珠海分校信息技术学院 第 1 页 共 23 页 1. 引言 1.1、研究背景 物联网这个概念在全球得到重视，正在高速发展，即通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于
9、网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如 说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新 2.0 是物联网发展的灵魂。国内外也已经有很多厂商已经在生产智能插座，比如像小米也发布了智能插座，其中小米智能插座与小 K(1 代 )设计十分相似，但也加入了 USB 接口，这两款智能插座不仅在外观设计、功能上基本相似。国内智能插座市场竞争比较激烈。但在设计上仍然存在许多缺陷。而在国外 SAM 是一款功能集成性很强的智能插座，这是一款带传感器的智能插座，可以感知外部环境的某些参数进而实现自
10、主控制。产品内置了包括温度传感器、动作传感器等在内的多个传 感器，可以检测室内温度、亮度等参数，然后自主控制空调、灯光等相关器件以调节至合适的情景，不过这款智能插座目前仅在国外有售而且价格较贵普通家庭难于承受。 1.2、研究意义 现在全球的家居都趋向智能化，能通过智能手机的客户端或其他智能的终端设备来进行功能操作，而作为一个生活中不可或缺的插座，插座直接与各种日常使用的电器接驳，如果插座能设计成智能化。那么也可能将大大便利于我们的日常生活。 1.3、研究目的 综上所述如果能通过使用价格较为低廉的芯片搭配较少的部件来设计出一款功能比较齐全，能够满足基本使用需求的 ，且价格优惠的智能插座是具有重大
11、意义的。 1.4、研究的工作与内容 从网络上寻找开源的相关资料代码，学习他人的实现方法，从而启发自己的思路，拟定核心硬件，优先考虑体积小的核心板块，再而考虑核心板块的扩展性，编写核心软件后，进行整合，最后测试并发掘问题，进行优化与调整。 1.5、研究思路 1、拟定实现方法 2、选择核心硬件 北京师范大学珠海分校信息技术学院 第 2 页 共 23 页 3、编写核心软件 4、测试与优化 北京师范大学珠海分校信息技术学院 第 3 页 共 23 页 2 系统整体设计 2.1 系统功能需求分析 整体功能需求： a.先确定整体的系统框架， 再考虑其中的系统搭载，对控制模块部分进行独立设计研发，实现和优化。
12、 b.对真实需求进行分析与整理，采用实际调查、网络查询，对功能需求进行分析总结，确立系统的功能部分。 c.对市面上的各式无线智能插座进行研究分析，分析整理其中的设计思想，设计思路以及实现方式，对其用户交互界面进行分析学习。 2.2 核心硬件 市面上有许多可供选择的开发板，比如 51系列的单片机，树莓派， stm32系列开发板等等，但综合各方面考虑决定选择 arduino进行开发， Arduino的 IDE简易轻便，很灵活，其使用的编程语言是类 C的 语言，并且有丰富的官方库，不需要过多的对底层开发，使开发者能专心于利用现有库函数实现自己想要的功能，能够快速度的开发与实现功能，并且 Arduin
13、o的原理图、电路与、IDE以及核心库都是开源的，遇到一定需要修改的地方可以自行修改需要的功能与参数， Arduino在国内有众多的开发人员与爱好者以及用户，可以较为容易的与他人交流开发经验，学习他人的开源代码，与使用第三方插件，在价格方面 Arduino也相对较便宜，且有种类繁多的模块。 2.3 系统搭载 对比各种开发板的具体参数综合考虑，决定使用 Arduino 的 UNO 版作为核心，其价格低廉，且体积小巧，有一定的拓展能力，核心计算处理能力足够，十分适合作为智能插座的开发板，为其搭载通信模块，外部控制电路，降压电路就是智能插座系统的整体模式了。 2.4 核心设计 在版本一中， Ardui
14、no 是作为响应通信处理的核心，与第三方云平台进行对接，使用云平台提供的接口进行信息交换，实现在云平台上进行操作，通过云平台发送信息至 Arduino 核心，核心进行处理分析信息，做出用户发出的操作，再将结果于插座当前状态发送至云平台进行同步，实现远程控制。 在版本二中， Arduino 作为服务 器负责输出网页，通过通讯模块的 service 模式，等待用户接入，在发现用户接入时，向用户输出 html 网页，用户通过网页上显示的操作界面进行操作，通过 javascript 编写的网页脚本获取用户在网页上进行的操作，通过 http 请求发送信息至Arduino 核心，核心处理分析信息，做出用户
15、请求的操作，再修改保存于本地 html 的插座状态北京师范大学珠海分校信息技术学院 第 4 页 共 23 页 信息实现同步。 2.5 云平台选用 第三方平台较流行的有 yeelink与乐联网，综合考虑决定使用 国内的乐联网，其优点 是有 全中文 的开发 手册，及官方入门指南， 并且国内使用爱好者较多，有大 量的文章可以学习，只需注册账号就免费提供一个无限期的网关供开发者使用 ， 能够自由的测试与学习 ，功能丰富， 支持 tcp长连接 ， 最重要的是 提供微信公众号 进行 操作。 北京师范大学珠海分校信息技术学院 第 5 页 共 23 页 3. 硬件设计 3.1 硬件选用 3.1.1 硬件选用
16、1、 核心板：选用 Arduino 因为其硬件设计规范，有完整的手册支持，扩展能力强，软件模块化设计完善，支持多平台开发，只需用 USB就能够直接烧录， IDE友好简洁，并且Arduino是开源的， 能够去库函数修改较为底层的代码 ，无需考虑太多关于电路上的设计 。 2、无线扩展模块： 因为 Arduino支持多种模块扩展，所以 综合考虑 选用了串口转 wifi模块来实现 Arduino的无线通信，价格比起官方推荐的 WifiShield要便宜很多，且必须的功能齐全。 3、继电器：综合多种继电器的优缺点考虑下，选 用 了三洋的小型电磁继电器，因为其体积比起其他种类的继电器都比较小，且也能够承受一定量的电流， 考虑到需要支持大功率的电器且必须封装在比较小体积的外壳内部，所以选用了足够承受大功率电器工作时电流的小型电磁继电器， 理论最大功率支持 2200W。 4、降压模块：因为 Arduino 核心板最低要求稳定的 5V 直流 供电，所以还需一个降压模块将 220V 交流 电转为 5V 直流电 为核心板供电，选择了 hi-link 的超小型降压模块，低纹波低噪声，具备过载短路保护功能，防止核心板在工作测试时烧毁。 3.1.1.1 电路原理图 3.1.2 硬件搭载
