物联网的智能插座设计与制作
摘 要 随着生活水平与信息化程度的进步，越来越多的人了解、接触到了“物联网”产业。通过“物联网”，我们可以让物品与信息技术相结合，从而为我们的生活增加便利。所有电器家具都离不开插座供电，将物联网技术运用于插座中，便可方便，自由的运用移动终端控制家电开关，从而达到省电，便捷等一系列好处。本设计成本低廉，使用方便，选用STC89C52单片机作为主控芯片，结合ESP8266 WIFI模块等作为智能插座的硬件设计，利用Eclipse、ADT、SDK进行Android的APP软件开发，利用Keil对单片机程序设计，从而实现遥控开关功能。利用手机APP便可实现插座的开关，使用简单方便。
目 录
一、 引言 1
（一）设计由来 1
（二）国内智能插座研究现状 1
（三）本文主要设计任务 1
二、 方案论证及选择 2
（一）系统方案选择 2
（二）总体设计方案 3
1.整机系统 3
2.整机工作原理 4
三、硬件系统设计 4
（一）ESP8266WIFI模块 4
（二）STC89C52RC单片机 6
（三）继电器驱动模块 9
（四）3.3V降/稳压模块 9
四、软件系统设计 10
(一) 软件程序开发设计 10
1. Android的APP程序的设计 10
2.单片机控制程序设计 11
（二）程序流程图 11
五、系统软件调试 12
（一）WIFI模块的调试 12
（二）单片机的调试 15
（三）整机的调试 16
总 结 17
致 谢 18
参考文献 19
附录一 原题图 20
附录二 元件清单 21
附录三 单片机程序 22
附录四 AT指令集 24
附录五 实物图 25
一、 引言
（一）设计由来
随着科技的日益进步，“物联网”科技已经变得不再那么稀
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
奇。从巨大的智慧交通网络到小巧的RFID标签技术，物联网在如今的生活中可谓是无处不在。为了人们更好的生活体验，物联网技术也逐渐出现于家居之中，各种智能窗帘，智能电器也随之大量涌现。不过所有的智能家居都离不开供电系统，利用WIFI传输速率快、稳定等优势设计智能插座，将物联网技术融于插座，将万物回归于“根本”便是我这次设计的初衷。
（二）国内智能插座研究现状
节约用电量是智能插座最大的特征之一，不过仅仅是节能的话并不算得上是智能插座。早在很久之前，节能插座便已经投入市场使用，随着科技进步，节能插座的种类与款式也越来越丰富。但是因为技术单一，节能插座还有很大的发展空间。观察现在市面上比较流行的几种节能型插座产品，计量插座、定时插座、遥控插座。它们的确能很好的解决部分节能问题，不过同时也存在自己相应的缺陷。比如计量插座虽然可以直接显示出插座上的电器电流，电压，运行功率等信息，但是仅仅将信息表现出来不足以解决实际用电问题，如果不具备一定电气知识，还是无法找到、解决电器异常用电等问题。现如今将智能插座设计的较理想的，小米插座算是其中一员。从外观上来看，小米插座体积十分小巧，设计外观简单明了。外观没有螺丝，而是采用卡扣结构，内部元件基本采用贴片式元件，最大化减少空间。小米插座利用了现在较为流行的双层电路板构造内部电源部分，运用镀银工艺以及加大铜箔面积从而减少了线路中的电阻，增加了电流。为了增加继电器的使用寿命，它利用了机械继电器来控制电源输出插口。利用旁路电容减小电流不断刺激机械继电器的触点。利用美满科技的Marvell EZConnect无线物联网平台结合了88MC200NAP2高集成微控芯片，让使用者简单快速的入手，减少开支。
如果说不足，可能仅仅是小米插座成本及软件上还少许存在一点缺陷吧。也正是因为小米插座的风靡，使得智能插座市场越来越受投资商关注，越来越多优秀的智能插座产品涌现。
（三）本文主要设计任务
1.制定初步设计方案，进行方案论证与选择，同时画出原理框图。
2.完成系统硬件电路设计，根据学术理论及相关知识，分部设计出ESP8266WIFI模块、STC89C52RC单片机控制模块、继电器驱动模块、3.3v降/稳压模块、5V供电模块等有关电路的原理图及实物，完成系统整体电路设计。
3.完成系统软件设计，利用Eclipse和SDK对Android APP进行开发设计，利用Keil对单片机程序进行设计，及主程序流程图设计。所设计出的智能插座可以通过手机发送数据给WIFI模块，从而完成插座电源的通断功能。
二、 方案论证及选择
（一）系统方案选择
方案1：自学相关电路及程序设计知识原理，了解并运用WIFI模块知识，单片机控制电路知识，通过WIFI模块指令、单片机软件程序等，动手设计出一套带有WIFI模块的单片机开发板，调试好WIFI模块和单片机的硬件、软件，设计出适合的Android手机APP，然后用手机等终端设备发送指令给带有WIFI模块的单片机开发板，驱动插座中继电器工作，从而实现插座的通断。如图21所示。
图21 方案1设计图
方案2：首先自学相关设计原理及知识，了解WIFI传输通信的指令和52单片机串口数据的传输方式，然后设计出WIFI模块及单片机驱动模块等实物，接着利用市面上的普通插座，在普通插座上断开电源线并添加一个相关模块组建的智能插座控制板来进行改装，最后设计并编写Android手机APP程序、单片机和WIFI模块之间串口通信的程序。利用这种方案来实现手机终端通过局域网无线传输的方式控制单片机，从而控制继电器工作，完成插座的通断指令。如图22所示。
图22 方案2设计图
方案选择：方案1和方案2对专业知识量的要求基本差不多，简单地说就是两种不一样的思路及所需材料不同而已。综合考虑制作成本以及制作难度，我决定选择采用方案2。利用市面上普通的多空排线插座，对插座实施一定的改装，在普通插座上断开电源线加个WIFI模块等相关模块，最终调试时利用3节AA电池通过升压模块对“智能”系统进行供电。完成手机等终端设备经过局域网无线信号控制继电器从而令插座“智能”工作。选择方案2，我认为可以让我充分巩固课堂上所学过的专业知识，还能涉及一些Android软件App开发方面的知识及相关WIFI专业知识，同时锻炼了动手能力，提高专业综合素质。
（二）总体设计方案
基于物联网的智能插座需先根据学术理论及相关知识，分部设计出ESP8266WIFI模块电路、STC89C52RC单片机控制模块电路、继电器驱动模块电路、3.3v降/稳压模块电路及5V供电模块电路等有关电路的原理图及实物，外加一些次要的辅助设备，如市面上的普通插座，供电电池盒，电源LED灯等。
目 录
一、 引言 1
（一）设计由来 1
（二）国内智能插座研究现状 1
（三）本文主要设计任务 1
二、 方案论证及选择 2
（一）系统方案选择 2
（二）总体设计方案 3
1.整机系统 3
2.整机工作原理 4
三、硬件系统设计 4
（一）ESP8266WIFI模块 4
（二）STC89C52RC单片机 6
（三）继电器驱动模块 9
（四）3.3V降/稳压模块 9
四、软件系统设计 10
(一) 软件程序开发设计 10
1. Android的APP程序的设计 10
2.单片机控制程序设计 11
（二）程序流程图 11
五、系统软件调试 12
（一）WIFI模块的调试 12
（二）单片机的调试 15
（三）整机的调试 16
总 结 17
致 谢 18
参考文献 19
附录一 原题图 20
附录二 元件清单 21
附录三 单片机程序 22
附录四 AT指令集 24
附录五 实物图 25
一、 引言
（一）设计由来
随着科技的日益进步，“物联网”科技已经变得不再那么稀
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
奇。从巨大的智慧交通网络到小巧的RFID标签技术，物联网在如今的生活中可谓是无处不在。为了人们更好的生活体验，物联网技术也逐渐出现于家居之中，各种智能窗帘，智能电器也随之大量涌现。不过所有的智能家居都离不开供电系统，利用WIFI传输速率快、稳定等优势设计智能插座，将物联网技术融于插座，将万物回归于“根本”便是我这次设计的初衷。
（二）国内智能插座研究现状
节约用电量是智能插座最大的特征之一，不过仅仅是节能的话并不算得上是智能插座。早在很久之前，节能插座便已经投入市场使用，随着科技进步，节能插座的种类与款式也越来越丰富。但是因为技术单一，节能插座还有很大的发展空间。观察现在市面上比较流行的几种节能型插座产品，计量插座、定时插座、遥控插座。它们的确能很好的解决部分节能问题，不过同时也存在自己相应的缺陷。比如计量插座虽然可以直接显示出插座上的电器电流，电压，运行功率等信息，但是仅仅将信息表现出来不足以解决实际用电问题，如果不具备一定电气知识，还是无法找到、解决电器异常用电等问题。现如今将智能插座设计的较理想的，小米插座算是其中一员。从外观上来看，小米插座体积十分小巧，设计外观简单明了。外观没有螺丝，而是采用卡扣结构，内部元件基本采用贴片式元件，最大化减少空间。小米插座利用了现在较为流行的双层电路板构造内部电源部分，运用镀银工艺以及加大铜箔面积从而减少了线路中的电阻，增加了电流。为了增加继电器的使用寿命，它利用了机械继电器来控制电源输出插口。利用旁路电容减小电流不断刺激机械继电器的触点。利用美满科技的Marvell EZConnect无线物联网平台结合了88MC200NAP2高集成微控芯片，让使用者简单快速的入手，减少开支。
如果说不足，可能仅仅是小米插座成本及软件上还少许存在一点缺陷吧。也正是因为小米插座的风靡，使得智能插座市场越来越受投资商关注，越来越多优秀的智能插座产品涌现。
（三）本文主要设计任务
1.制定初步设计方案，进行方案论证与选择，同时画出原理框图。
2.完成系统硬件电路设计，根据学术理论及相关知识，分部设计出ESP8266WIFI模块、STC89C52RC单片机控制模块、继电器驱动模块、3.3v降/稳压模块、5V供电模块等有关电路的原理图及实物，完成系统整体电路设计。
3.完成系统软件设计，利用Eclipse和SDK对Android APP进行开发设计，利用Keil对单片机程序进行设计，及主程序流程图设计。所设计出的智能插座可以通过手机发送数据给WIFI模块，从而完成插座电源的通断功能。
二、 方案论证及选择
（一）系统方案选择
方案1：自学相关电路及程序设计知识原理，了解并运用WIFI模块知识，单片机控制电路知识，通过WIFI模块指令、单片机软件程序等，动手设计出一套带有WIFI模块的单片机开发板，调试好WIFI模块和单片机的硬件、软件，设计出适合的Android手机APP，然后用手机等终端设备发送指令给带有WIFI模块的单片机开发板，驱动插座中继电器工作，从而实现插座的通断。如图21所示。
图21 方案1设计图
方案2：首先自学相关设计原理及知识，了解WIFI传输通信的指令和52单片机串口数据的传输方式，然后设计出WIFI模块及单片机驱动模块等实物，接着利用市面上的普通插座，在普通插座上断开电源线并添加一个相关模块组建的智能插座控制板来进行改装，最后设计并编写Android手机APP程序、单片机和WIFI模块之间串口通信的程序。利用这种方案来实现手机终端通过局域网无线传输的方式控制单片机，从而控制继电器工作，完成插座的通断指令。如图22所示。
图22 方案2设计图
方案选择：方案1和方案2对专业知识量的要求基本差不多，简单地说就是两种不一样的思路及所需材料不同而已。综合考虑制作成本以及制作难度，我决定选择采用方案2。利用市面上普通的多空排线插座，对插座实施一定的改装，在普通插座上断开电源线加个WIFI模块等相关模块，最终调试时利用3节AA电池通过升压模块对“智能”系统进行供电。完成手机等终端设备经过局域网无线信号控制继电器从而令插座“智能”工作。选择方案2，我认为可以让我充分巩固课堂上所学过的专业知识，还能涉及一些Android软件App开发方面的知识及相关WIFI专业知识，同时锻炼了动手能力，提高专业综合素质。
（二）总体设计方案
基于物联网的智能插座需先根据学术理论及相关知识，分部设计出ESP8266WIFI模块电路、STC89C52RC单片机控制模块电路、继电器驱动模块电路、3.3v降/稳压模块电路及5V供电模块电路等有关电路的原理图及实物，外加一些次要的辅助设备，如市面上的普通插座，供电电池盒，电源LED灯等。
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