基于WiFi的智能插座 毕业论文Word下载.docx
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电源、变压器部分、控制部分、继电器部分等。
控制系统的软件,指的是它的全部程序,包括系统软件和应用软件两大类。
2.2现阶段智能插座控制方式对比
智能插座就是一个互联网时代赋予智能化的开关控制器。
根据不同的控制介质,可以分为以下几种控制方式:
1.红外遥控。
红外技术出现年代久远,技术较为成熟。
但其有方向局限性,而且家中过多的红外设备易被干扰,造成控制混乱。
2.蓝牙遥控。
一般采用手机控制。
它相较于红外技术有传输速度快、距离远、安全性高等优势,但是想要进行远程控制就难以实现了。
而且蓝牙信号容易被家中2.4Ghz的WiFi信号所干扰,影响其实际遥控范围。
3.GSM技术。
通过安装SIM卡的手机或其他通信工具向带有GSM通讯模块的插座发送指令来控制插座。
优点是可以实现远程通信,但在通讯过程中会产生流量费用或短信费用,使用过程中会带来昂贵的开支。
4.WiFi技术。
手机电脑等设备通过无线模块连接无线信号,向指定的IP地址发送指令即可控制插座。
此方式既可以实现远程控制,又不会产生额外的费用。
综上所述,WiFi技术相对其他控制方式优势明显,而且具有成本较低、整合度高、安全性强、开发方便等优点。
2.3智能WiFi插座功能简介
该智能WiFi插座通过手机APP实现远程控制,其主要功能如下:
2.3.1控制插座开关
可以远程控制两路插孔独立开关,以及一路USB插口开关,并可以查看插座的开关状态,了解家中设备实时信息。
无论是在厨房、办公室还是出差外地,只要是有网络的地方,都可以通过智能WiFi插座控制家里的任何电器。
2.3.2离线检测功能
用户若离开家门,可以自动检测并关闭插座,保障家庭用电安全。
2.3.3远程开电脑功能
利用WOL功能(主机远程唤醒,WakeonLan,是由网卡配合其他软硬件,通过给处于待机状态的网卡发送特定的数据帧,实现电脑从停机状态启动的一种技术。
)通过网线与计算机连接,可以控制电脑远程开机。
2.3.4定时功能
可以对插座设置计划任务,定时的开关插座、定时开关电脑。
2.3.4安全保护
内置10A保险丝、防雷电阻。
防雷击、防短路,保护电器以及人身安全。
2.4工作原理框图
图2.1工作原理框图
第3章智能WiFi插座硬件设计
在硬件设计过程中,较多的考虑了最终产品的体积以及性能,决定使用AR9331芯片的开发板用作主控部分,用GPIO控制继电器继而控制插座的开关。
硬件设计如下:
3.1主控部分
AR9331是高通Atheros开发的WiFi芯片,支持路由和中继功能,具有高性能低功耗的特点。
它支持多用户同时连接,可以接收手机、平板通过WIFI发送过来的控制信号,实现手机、平板的无线遥控功能。
AR9331支持USB接口摄像头,可以实现图像和音频通过WIFI传输,实现手机、平板的远程监视功能。
该模块的体积小、功耗低,是做控制器、手机遥控器、视频监视器的最佳选择。
3.1.1模块参数概述
表3.1硬件规格
处理器
AtherosAR9331
内存
32MBDDR
Flash
8MBNOR
无线速率
2.4G,1T1R最高达72Mbps
接口
1x10/100Mbps自适应WAN/LAN
1xUSB2.0
2xGPIO
表3.2无线参数
协议标准
IEEE802.11b.g.n
基本功能
无线开关
SSID广播开关
2.4G信道选择
频段带宽可选20M/40M
输出功率
IEEE802.11n
13dBm@72Mbps(OFDM模式)
IEEE802.11g
16dBm@54Mbps(OFDM模式)
IEEE802.11b
18dBm(CCK模式)
接收灵敏度
CCK11Mbps≤-82dBm
OFDM6Mbps≤-85dBm
OFDM54Mbps≤-70dBm
无线安全
无线MAC地址过滤
无线安全功能开关
64/128/152bitWEP加密
WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2安全机制
WPS快速安全设置
表3.3软件功能
实用功能
ADSL&
DHCP自动登录
支持IE、Firefox、Safari、Chrome主流浏览器
QOS(WMM,带宽控制功能)
DDNS
工作模式
AP/Router/WDS模式
网络设置
WAN连接类型支持:
PPPOE、动态IP、静态IP
MAC地址修改与克隆
3.1.2模块特性
表3.4技术指标
项目
技术指标
单位
备注
工作电压
5V±
0.1
v
额定电流
≤500
mA
最大功率输出
无线通讯
IEEE802.11b/g/n
额定功率
16
dBm
通讯协议
(UART/GPIO)
开机启动时间
≤25
s
射频端口驻波
≤1.3
数据传输最大通讯距离
≥100
m
空旷距离
图像传输最大通讯距离
≥80
产品特点:
1.支持802.11b/g/n无线标准
2.支持ios系统、android系统、支持多用户操作(10个以上)
3.完全集成的串口转Wi-Fi功能,无需加载任何外部软件
4.5V单电源供电,低功耗,适于电池供电应用
5.支持UART/GPIO数据通讯接口
6.支持STA/AP工作模式
7.支持SmartLink智能联网功能
8.可选内置板载或外置天线
9.传输距离:
(≤80m)
3.25V变压模块
5V变压模块用来给主控模块以及USB接口供电。
为减小插座成品的体积,增强5V电流输出能力,因此选用一体封装的HA05N485V变压模块。
3.2.1模块概述
输入电压:
85~265VAC50/60Hz
输出电压:
5VDC输出电流:
4.8A
体积:
25x39x22mm
效率:
80%
隔离电压:
3000VDC
工作温度:
-20℃~+85℃
空载功率小于0.1W
达到欧洲之星标准
符合RoHS标准
3.2.2模块特点
1.满足CE要求
2.超小型体积
3.全球通用电压输入(85~265VAC)
4.低纹波、低噪声
5.输出过载短路保护功能
6.效率高、功率密度大
7.产品设计满足EMC及安规测试要求
3.2.3模块电路
图3.1模块电路图
表3.4元件参数及作用分析
元件名称
作用
参数
FUSE保险丝
保护电路
10A250V
RV压敏电阻
在雷击浪涌时保护模块
14D471K
R1泄放电阻
模块掉电后,消耗电容能量
1MΩ1W
CX1-X2安规电容
抑制差模信号干扰
0.1uF275V
LCM共模电感
抑制共模信号干扰,提高设备抗干扰能力及系统可靠性
UU9.8/uf9.8mH电感
CY1-Y2电容
222M250V
CY2-Y2电容
C1
滤波
3300uF16V
LDM
5.0UH棒形电感
C2
3300uF16V
C3
10450V
3.3继电器模块
3.3.1继电器介绍
继电器是一种控制器件,它是使用小电流来控制大电流的自动开关。
按继电器的工作原理或结构特征分类可分为电磁继电器、固体继电器、温度继电器、舌簧继电器、时间继电器、高频继电器和极化继电器等。
本次选用欧姆龙电磁继电器,型号为G5LA-14的5V单刀双掷继电器。
3.3.2电磁继电器工作原理
如图3.3所示,电磁式继电器由铁芯(ironcore)、线圈(coil)、衔铁(Armature)、触点簧片(Contact)等部件组成的。
当电磁继电器的线圈通电后,线圈中的铁心构成电磁铁,形成强大的电磁力。
电磁力吸动衔铁,将触电簧片拨向常开触点。
此时,电路导通。
反之,线圈断电后,电磁力消失,触点簧片在弹簧的拉伸下回到常闭触点。
此时,电路断开。
图3.3电磁继电器内部结构
3.3.3继电器模块电路
如图3.4,两路继电器分别由AR9331主控模块的GPIO7、GPIO14控制。
当GPIO输出高电平时,经过三极管放大,LED发光,继电器开启,插孔通电;
当GPIO输出低电平时,三极管截至,LED熄灭,继电器关闭,插孔断电。
图3.4继电器模块电路图
第4章实物制作
此次实物制作选用了两块洞洞板作为电路板,根据原理图进行排布焊接。
4.1焊接前处理
1.观察检测元器件质量是否可靠,参数是否正确。
2.在电路板上刷一层松香,便于焊接时上锡。
3.对电烙铁进行预热、镀锡。
4.2进行焊接
1.将元件装在电路板上
2.用烙铁头融化一点松香,再将烙铁头与焊锡丝同时对准焊点。
3.将烙铁头与焊锡丝同时接触焊点,使焊锡丝融化。
4.等焊锡浸润焊点后,先将焊锡丝移开,再将电烙铁移开。
重复步骤,直到各个元件焊接完毕。
4.3后续处理
1.将元件过长的针脚剪掉
2.检查没有问题,装进外壳里测试。
3.调整安装位置,美化插座外壳。
最终制作的智能WiFi插座实物图如下:
图4.1插座内部整体结构
图4.2AR9331主控模块
图4.35V变压模块
图4.4双路继电器模块
图4.5插座外观展示
第5章软件系统设计
AR9331模块可以安装开源的OpenWRT系统,OpenWRT是一个基于Linux内核的嵌入式操作系统,主要应用于嵌入式设备和路由器。
它主要由Linux内核、util-linux、uClibc、musl和busybox构成。
Openwrt的所有组件都优化到足够小,以便适合塞进嵌入式设备有限的存储空间中。
用户可以使用命令行界面或者网页界面(Luci)来配置OpenWRT。
目前通过opkg软件包管理系统可以安装大于3500个可选软件包。
OpenWRT可以运行在各种类型的设备中,其中包括路由器、住宅网关、智能手机甚至是基于x86的电脑上。
OpenWRT可以使用任何支持Linux系统的硬件,例如USB接口的打印机、网卡、摄像头、声卡等。
可以支持SAMBA、NFS和FTP文件共享,内置播放器进程,提供音视频流媒体功能。
5.1搭建编译环境
首先需要在电脑上安装Ubuntu系统。
Ubuntu是基于DebianGNU/Linux,支持x86、amd64(即x64)和ppc架构,由全球化的专业开发团队打造的开源GNU/Linux操作系统。
安装调试好之后,打开应用程序-附件-终端,运行终端程序。
输入命令sudoapt-getupdate更新软件包列表
输入命令
sudoapt-getinstallgcc
sudoapt-getinstallg++
sudoapt-getinstallbinutils
sudoapt-getinstallpatch
sudoapt-getinstallbzip2
sudoapt-getinstallflex
sudoapt-getinstallbison
sudoapt-getinstallmake
sudoapt-getinstallautoconf
sudoapt-getinstallgettext
sudoapt-getinstalltexinfo
sudoapt-getinstallunzip
sudoapt-getinstallsharutils
sudoapt-getinstallsubversion
sudoapt-getinstalllibncurses5-dev
sudoapt-getinstallncurses-term
sudoapt-getinstallzlib1g-dev
sudoapt-getinstallgawk
sudoapt-getinstallasciidoc
sudoapt-getinstalllibz-dev
等待搭建编译环境完成。
图5.1搭建编译环境
5.2下载OpenWRT源码
mkdiropenwrt创建一个openwrt文件夹
cdopenwrt进入openwrt文件夹
svncosvn:
//svn.openwrt.org/openwrt/trunk下载OpenWRT源码
./scripts/feedsupdate-a更新软件包
./scripts/feedsinstall-a安装软件包
图5.2下载OpenWRT源码
5.3配置OpenWRT源码
输入makemenuconfig进入定制界面
图5.3OpenWRT定制界面
TargetSystem---AR7xxx/AR9xxx选择CPU型号
LuCI—>
Collections—–<
*>
luci添加Luci
Translations—-<
luci-i18n-chinese添加中文
Save—>
OK保存
Exit退出
5.4代码修改
5.4.1编译权限
为将来方便调试等操作,设置默认获得Root权限。
修改/trunk/include/prereq-build.mk文件,将require
non-root修改为root
defineRequire/non-root
#["
$$(shellwhoami)"
!
="
root"
]
["
noroot"
Endef
5.4.2Flash配置
本次设计使用的AR9331开发板使用的为MXIC型号为MX25L6406的8MBFlash芯片。
而默认设置芯片为4MB。
为此需要修改:
trunk/tools/firmware-utils/src/mktplinkfw中AR9331配置为8MB
.id="
AR9331"
.hw_id=AR9331,
.hw_rev=1,
.layout_id="
4Mlzma"
//改为8Mlzma
trunk/target/linux/ar71xx/image/Makefile中对应AR9331处flash大小为8MB:
AR9331,ttyATH0,115200,0x32200002,1,8Mlzma
5.4.3WiFi配置
设置WiFi的开机自启动,默认开启AP模式。
修改trunk/package/kernel/mac80211/files/lib/wifi/mac80211.sh文件:
删除掉wifi-device配置中的option
disable
1,使无线WiFi上电自启动。
对channel、hwmode、txpower修改,配置信道、功率等设置。
同样,在wifi-iface配置中可以改变wifi的mode、ssid、encryption、key等值。
5.4.4设置LAN默认IP
Openwrt固件LAN口默认ip为192.168.1.1,为防止智能WiFi插座在家用过程中与上级路由IP地址冲突,所以对LAN默认IP进行修改。
修改文件package/base-files/files/lib/functions/uci-defaults.sh
configinterface'
lan'
optionifname'
eth1'
optionforce_link'
1'
optiontype'
bridge'
optionproto'
static'
optionnetmask'
255.255.255.0'
optionip6assign'
60'
optionipaddr'
192.168.10.1'
5.4.5GPIO控制
如果想使用AR9331的一些GPIO引脚来做一些简单逻辑控制,则需要通过注册gpio设备来实现,修改target/linux/ar71xx/files/arch/mips/ath79/mach-tl-wr741nd-v4.c文件
在tl_mr3220_v2_setup函数中添加需要的GPIO管脚注册即可,如:
gpio_request_one(18,GPIOF_OUT_INIT_LOW|GPIOF_EXPORT_DIR_FIXED,"
ControlGPIO18"
);
5.4.6按键与指示灯
修改target/linux/ar71xx/files/arch/mips/ath79/mach-tl-wr741nd
-v4.c文件中对各按键及指示灯定义。
5.4.7自定义脚本的使用
Openwrt为用户预留的自定义启动脚本/package/base-files/
files/etc/rc.local来实现一些扩展功能,在这里可以添加一些命令,或者调用一个外部脚本来实现一些扩展功能。
5.5编译固件
输入命令makeV=99开始编译
成功后在bin文件夹里有编译好的固件,如图4.4所示。
图5.4编译固件完成
5.6固件写入开发板
1.将AR9331开发板与USB转TTL模块相连后插入电脑,同时也将开发板与电脑的网线接口相连。
(TTL是TimeToLive的缩写,该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。
TTL是IPv4包头的一个8bit字段)
2.右击网上邻居配置本机IP为192.168.1.2,子网掩码为255.255.255.0。
如图5.5所示。
图5.5修改IP地址
3.下载TFTP32(Tftpd32是集成了DHCP,TFTP等多种网路服务的应用程序,可以用它作为一个FTP服务器)解压后把编译后生成的固件放到tftp32文件夹内,然后打开tftp32。
图5.6打开Tftp32
4.打开PuTTY(PuTTY是一个集成了Telnet、SSH、rlogin、TCP等网络协议以及串行接口连接软件。
),类型选择串口,输入端口号,通信波特率设为115200.点击打开。
图4.7打开PuTTY
5.输入指令
setnvserverip192.168.1.2
setnvipaddr192.168.1.1
tftp0x80000000facv1.bin
等待固件刷写成功。
图5.8固件刷写成功
5.7配置OpenWRT系统
使用Putty的SSH通信功能与AR9331模块进行通信,配置该模块的SSID、开启各种功能,加载GPIO引脚,联网安装更多软件包以及其他脚本的写入。
第6章手机端应用开发
6.1Android系统简介
Android是由谷歌开发的以Linux为核心的移动操作系统,该系统主要为带有触摸屏的智能手机、平板电脑等移动设备设计。
除触摸屏设备外,Andro
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