基于WiFi的智能插座毕业论文.docx
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基于WiFi的智能插座毕业论文
基于WiFi的智能插座-毕业论文
摘要
生活中插座的应用极其普遍,家用电器待机损耗,造成了电能的浪费。
此论文论述和分析了当今社会中插座的发展历史、现状,比较当前普通的插座的不足,提出新的设计方案和解决方法——基于WiFi的智能电源插座设计。
过去,插座只是普通的连接器件,如今转变成为了拥有独立操作系统的新型智能设备。
以往出门在外无法掌控家里的电器工作,如今可以通过手机APP控制WiFi智能插座让家电独立完成工作,给生活带来了许多的便利。
关键词:
WiFi;智能插座;远程控制
第1章绪论
1.1研究意义
WiFi智能插座是一款新兴的智能化产品,它利用WiFi网络建立起与手机的通信,用户通过手机App操作就能打开或者关闭指定的电器。
因为可以做到随时随地对家电的控制,使待机功率较大的电器可以做到完全断电、随用随开,同时也能省下电费,达到节能减排、绿色环保的目的。
随着人们生活质量的提高,借着互联网+、物联网概念的东风,智能家居概念越来越深入人心。
而采用全套智能化家居系统的费用很高,而且技术更新快,产品容易过时,对于已经交付使用的住房来说,改造起来更为复杂。
而利用智能WiFi插座,不需要破坏当前家庭装饰,不需要家庭网关,就可以把原本不智能的家用电器智能化,体验到智能家居的便利。
1.2发展趋势
“物联网”、“智能家居”是近几年大火的几个词语。
物联网和智能家居是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。
据预测,2020年物联网设备数量将达到250亿件,在2016年物联网产业就会达到近5000亿元的规模。
基于物联网技术的智能家居正逐步走向千家万户。
如今,智能家居更是国内创业者、各大互联网巨头和家电厂商关注的焦点。
各种智能家居产品层出不穷,智能家居市场一片繁荣。
而智能插座作为智能家居中重要的一种形式,必将成为人们日常生活中必不可少的必需品,将会广泛用于个人家庭以及一些公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
同时会为节能减排做出不小的贡献。
1.3本设计的市场前景
目前市场上排插的功能单一,只能通过手机APP控制插座通断,以及提供一个小电流的USB接口。
而本设计不仅可以单独控制两路插座开关,还具有定时通断功能,同时提供最大4.8A的USB电流输出,还带有网线接口,可实现路由功能、远程开电脑功能等。
第2章系统方案设计及分析
2.1智能WiFi插座的设计方案
智能WiFI插座设计包括硬件和软件两部分。
硬件是电路的物质基础。
它在软件的协调配合下运行,实现系统功能控制,完成控制任务。
硬件包括:
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
m
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
222M250V
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.
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