zigbee的无线智能插座的设计
【KEY WORD】: gateway Arduino ZigBe intelligent socket 目录
引言 1
（一）设计背景 1
（二）智能插座的发展现状 1
（三）设计的主要内容 2
一、智能插座的设计方案 3
（一）智能插座的硬件组成 3
（二）智能插座的功能要求 3
二、无线通信方案选择与ZigBee技术介绍 4
（一）无线通信方案选择 4
（二）ZigBee技术概述 5
（三）ZigBee 网络架构 6
（四）ZigBee 技术特点 7
三、主要元器件介绍 8
（一）继电器 8
（二）TP-linkWR703N 介绍 8
（三）220V转5V降压模块 9
（四）CC2530Z单片机 10
四、系统硬件设计 13
（一）RF天线电路设计 13
（二）晶体振荡器电路设计 14
（三）继电器控制电路设计 15
（四）电源电路设计 16
（五）复位电路设计 17
五、智能插座网关设计与实现 17
（一）智能插座网关硬件设计 17
（二）智能插座网关的配置 21
六、系统软件设计 24
（一）编程软件介绍 24
（二）程序设计 26
七、硬件安装与调试 29
（一）元器件的焊接 29
（二）智能插座改造 30
（三）硬件调试 31
（四）无线数据传输模块调试 31
结束语 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
/> 参考文献 33
致谢 34
附录一 电路原理图 35
附录二 元器件清单 38
附录三 源程序 40
引言
（一）设计背景
随着物联网技术的出现以及不断发展，物联网在越来越多的场合都有了更加广泛应用。尤其是在我们的家庭里，一个新的名词“智能家居”出现在我们生活中。智能家居，更通俗的理解就是将家里的电器设备、照明安防等传统家用电器通过网关实现信息化自动化，打破了原来对家用电器实时监测、控制的距离限制。现在我们可以更加方便的对电子设备进行集中的控制和管理。而在智能家居的组成中，传统插座变身为智能插座，通过智能插座我们可以对家用电器进行远程监控，这也使得我们的居住环境更高效、舒适、安全、节能。
之所以要对传统插重新设计，是由插座的本身属性决定的。插座这一我们日产生活中使用最广泛的一类电器设备，它的作用是方便家用电器联入家庭电网。因此一直以来插座的安全性非常重要，家庭发生火灾的大部分原因，都是因为电路的短路或是电器超负荷运转，导致插座超高温引起的。如果能够对家用插座时时动态监测，在一定程度上能够降低此类火灾的发生。另一方面当今社会的能源浪费也相当严重的，尤其是我们国家的电能的浪费，目前的浪费已经达到每年12亿千瓦时。日常生活中，热水器、饮水机等家用电器24小时不切断电源长期处于待机状态。人们还不重视的话，每年浪费电将在12亿千瓦时以上。这不仅是对能源的浪费，更是对环境极大破坏。所以从环保节能的角度来看，对电器用电状态进行实时监控的意义也就变的十分的重要了。
综上所述，智能插座在我们的日常生活中提供方便的，同时能够更进一步的减少能源的浪费，减少家庭火灾的发生。另外随着科技不断的快速发展，智能家居的不断普及，智能插座也必然会来越好、越来越完善将会频繁出现在我们身边。
（二）智能插座的发展现状
我们传统的电源插座功能比较单一仅能做到帮助电器联入电网，经过对比之后我们很容易就知道智能插座在本身的功能外还有更强大的，除了最基本的功能外，还拥有智能化的特点。另外从外观上也能很快的区分，如图所示智能化插座和传统插座实物图。
图1 智能插座与普通插座实物图
目前市场上出现的智能插座有很多很多，根据它们功能的不同，我们大概可以分为遥控型、保护型、主路控制型等，以下是详细介绍。
1.遥控型。这类插座属于无线遥控型插座，插座里的每一个插口都可以用蓝牙遥控器或者是红外遥控器来进行远程控制。因此这一类型的插座都必须配备一个遥控器，遥控的通信方式一般为蓝牙或红外。
2.定时型。这种插座具有时钟功能，同时我们能够对电源插座的每一个插口进行编程控制，实现电源定时通断。这种类型的插座主要供给需要在不同时段用电的用户使用。例如夜间就把电热水器等用不到的电器关掉。另外我们也可以通过定时实现提前开空调、开电饭煲等等工作，可以做到节约电费、和定时开关作用。
3.计量型。这类插座就好比是一个家用电表，通过内部的微处理器芯片芯片可以测量出插在它上面的电器的电流、电压、平均功率等。在根据输入的本地用电价格进而算出电器设备一段时间内的用电费用。因此这一类插座一般配有显示屏和按键，另外计量芯片也可以将数据上传计算机上，以便对插座采集到的数据进行长期保存和分析。
4.漏电保护型。这种插座一当发现插座电路中电流吗没有和零线构成回路时，就会判定为插座漏电同时会断开供电。另外在插座中如果发现用电负荷异常、电压过高时也会可切断电源，拥有超限断电和漏电保护等功能以起到保护电器的作用。
5.主从路可控型。这种插座的构成一般为，插座中的一个插口为主路其他的插口为从路。应用比较广的就是台式电脑，当电脑主机所在的主路插口断电后，其他从路插口就会自动断开。因此当电脑主机关机后，有源音箱、显示屏也都会断电起到提高用电安全和减待机功耗的作用。
通过对前市场上已经出现的多种不同功能的智能插座的了解分析可以知道，智能插座大部分情况都需要在插座内部集成微处理器芯片，可以进行不同程度的数据处理和控制。功能虽然非常丰富但是还是比较单一，更重要的是大多的智能插座还是难以控制、监测或者以保护为主要功能。很难做到超远程控制和信息化，不能完全符合智能家居的系统要求。
（三）设计的主要内容
智能插座未来的发展是应该是成为智能家居的核心，插座会具备自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术。将各种家电设备通过与智能插座的连接实现自动化和信息化，例如家居安防系统、家用电器设备、家庭照明系统等。
我们设计的智能插座主要利用基于OpenWrt系统的智能网关、ZigBee开关模块、继电器模块、降压稳压模块等。配合WEB服务器加之arduino单片机的开源性，ZigBee优秀的无线数据传输性。能够更加容易的开发我们的项目。不仅可以做到传统的过载保护，供电定时预约还可以利用微信平台与家用电器实现交互控制，实现远程遥控。是一款功能齐全的智能插座。
引言 1
（一）设计背景 1
（二）智能插座的发展现状 1
（三）设计的主要内容 2
一、智能插座的设计方案 3
（一）智能插座的硬件组成 3
（二）智能插座的功能要求 3
二、无线通信方案选择与ZigBee技术介绍 4
（一）无线通信方案选择 4
（二）ZigBee技术概述 5
（三）ZigBee 网络架构 6
（四）ZigBee 技术特点 7
三、主要元器件介绍 8
（一）继电器 8
（二）TP-linkWR703N 介绍 8
（三）220V转5V降压模块 9
（四）CC2530Z单片机 10
四、系统硬件设计 13
（一）RF天线电路设计 13
（二）晶体振荡器电路设计 14
（三）继电器控制电路设计 15
（四）电源电路设计 16
（五）复位电路设计 17
五、智能插座网关设计与实现 17
（一）智能插座网关硬件设计 17
（二）智能插座网关的配置 21
六、系统软件设计 24
（一）编程软件介绍 24
（二）程序设计 26
七、硬件安装与调试 29
（一）元器件的焊接 29
（二）智能插座改造 30
（三）硬件调试 31
（四）无线数据传输模块调试 31
结束语 31
/> 参考文献 33
致谢 34
附录一 电路原理图 35
附录二 元器件清单 38
附录三 源程序 40
引言
（一）设计背景
随着物联网技术的出现以及不断发展，物联网在越来越多的场合都有了更加广泛应用。尤其是在我们的家庭里，一个新的名词“智能家居”出现在我们生活中。智能家居，更通俗的理解就是将家里的电器设备、照明安防等传统家用电器通过网关实现信息化自动化，打破了原来对家用电器实时监测、控制的距离限制。现在我们可以更加方便的对电子设备进行集中的控制和管理。而在智能家居的组成中，传统插座变身为智能插座，通过智能插座我们可以对家用电器进行远程监控，这也使得我们的居住环境更高效、舒适、安全、节能。
之所以要对传统插重新设计，是由插座的本身属性决定的。插座这一我们日产生活中使用最广泛的一类电器设备，它的作用是方便家用电器联入家庭电网。因此一直以来插座的安全性非常重要，家庭发生火灾的大部分原因，都是因为电路的短路或是电器超负荷运转，导致插座超高温引起的。如果能够对家用插座时时动态监测，在一定程度上能够降低此类火灾的发生。另一方面当今社会的能源浪费也相当严重的，尤其是我们国家的电能的浪费，目前的浪费已经达到每年12亿千瓦时。日常生活中，热水器、饮水机等家用电器24小时不切断电源长期处于待机状态。人们还不重视的话，每年浪费电将在12亿千瓦时以上。这不仅是对能源的浪费，更是对环境极大破坏。所以从环保节能的角度来看，对电器用电状态进行实时监控的意义也就变的十分的重要了。
综上所述，智能插座在我们的日常生活中提供方便的，同时能够更进一步的减少能源的浪费，减少家庭火灾的发生。另外随着科技不断的快速发展，智能家居的不断普及，智能插座也必然会来越好、越来越完善将会频繁出现在我们身边。
（二）智能插座的发展现状
我们传统的电源插座功能比较单一仅能做到帮助电器联入电网，经过对比之后我们很容易就知道智能插座在本身的功能外还有更强大的，除了最基本的功能外，还拥有智能化的特点。另外从外观上也能很快的区分，如图所示智能化插座和传统插座实物图。
图1 智能插座与普通插座实物图
目前市场上出现的智能插座有很多很多，根据它们功能的不同，我们大概可以分为遥控型、保护型、主路控制型等，以下是详细介绍。
1.遥控型。这类插座属于无线遥控型插座，插座里的每一个插口都可以用蓝牙遥控器或者是红外遥控器来进行远程控制。因此这一类型的插座都必须配备一个遥控器，遥控的通信方式一般为蓝牙或红外。
2.定时型。这种插座具有时钟功能，同时我们能够对电源插座的每一个插口进行编程控制，实现电源定时通断。这种类型的插座主要供给需要在不同时段用电的用户使用。例如夜间就把电热水器等用不到的电器关掉。另外我们也可以通过定时实现提前开空调、开电饭煲等等工作，可以做到节约电费、和定时开关作用。
3.计量型。这类插座就好比是一个家用电表，通过内部的微处理器芯片芯片可以测量出插在它上面的电器的电流、电压、平均功率等。在根据输入的本地用电价格进而算出电器设备一段时间内的用电费用。因此这一类插座一般配有显示屏和按键，另外计量芯片也可以将数据上传计算机上，以便对插座采集到的数据进行长期保存和分析。
4.漏电保护型。这种插座一当发现插座电路中电流吗没有和零线构成回路时，就会判定为插座漏电同时会断开供电。另外在插座中如果发现用电负荷异常、电压过高时也会可切断电源，拥有超限断电和漏电保护等功能以起到保护电器的作用。
5.主从路可控型。这种插座的构成一般为，插座中的一个插口为主路其他的插口为从路。应用比较广的就是台式电脑，当电脑主机所在的主路插口断电后，其他从路插口就会自动断开。因此当电脑主机关机后，有源音箱、显示屏也都会断电起到提高用电安全和减待机功耗的作用。
通过对前市场上已经出现的多种不同功能的智能插座的了解分析可以知道，智能插座大部分情况都需要在插座内部集成微处理器芯片，可以进行不同程度的数据处理和控制。功能虽然非常丰富但是还是比较单一，更重要的是大多的智能插座还是难以控制、监测或者以保护为主要功能。很难做到超远程控制和信息化，不能完全符合智能家居的系统要求。
（三）设计的主要内容
智能插座未来的发展是应该是成为智能家居的核心，插座会具备自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术。将各种家电设备通过与智能插座的连接实现自动化和信息化，例如家居安防系统、家用电器设备、家庭照明系统等。
我们设计的智能插座主要利用基于OpenWrt系统的智能网关、ZigBee开关模块、继电器模块、降压稳压模块等。配合WEB服务器加之arduino单片机的开源性，ZigBee优秀的无线数据传输性。能够更加容易的开发我们的项目。不仅可以做到传统的过载保护，供电定时预约还可以利用微信平台与家用电器实现交互控制，实现远程遥控。是一款功能齐全的智能插座。
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