基于WiFi的智能插座系统设计

引 言

经济水平的提升促使家用电器的种类和数量不断增多， 同时从安全性和便捷性角度考虑，对插座的整体性能要求也越来越高。传统的手工按钮无法实现远程操作，除此之外， 传统插座按钮开关频繁闭合对插座各个接点在性能和安全性上提出了更高要求。因此，结合 STC89C51 单片机在数据处理方面的能力，依托 WiFi 无线传输协议实现容易、覆盖范围适中的优势，运用现有技术，开发出一套基于 WiFi 的可远程操作且具有较好安全保护性能的智能插座十分必要。

1 系统总体设计

本文智能插座系统根据家用电器实际使用情况，结合具体实现功能，借助WiFi 数据传输，通过人机操作界面实现插座上特定插孔通/ 断电，进而实现对家用电器的控制。硬件系统主要由以STC89C51 单片机为核心的中央控制系统、智能插座远程数据接收系统、漏电保护电路、通/ 断电控制电路以及低压直流变换装置组成。系统整体框图如图 1 所示。

基于 WiFi 的智能插座系统主要包括用户控制系统和智能 插座主控两部分。用户操作界面通过 WiFi 将用户自定义指令 以无线信号的形式发送至智能插座系统。由图 1 可知，借助无 线 WiFi 模块可接收来自用户操作界面发送的用户指令，并将 其传送至中央处理器 STC89C51 单片机进行数据处理 [1]。智能插座接收系统由低压直流变换装置提供 5 V 直流电压，经数据处理后输出至通/ 断电控制电路，控制插线板上单一插孔开关的断开与闭合，实现指定插孔的通电和断电，进而控制整个插座的通电和断电[2]。

2 系统硬件设计

2.1 智能插座接收系统

用户操作界面通过 Socket 协议实现特定用户控制系统和智能插座数据接收系统通信。借助WiFi 通信实现数据 透传 ，通过智能插座系统电路上的UART 串口将数据传送给以STC89C51 单片机为核心的中央处理器[3]。

2.2 低压直流变换装置

智能插座系统中的低压直流变换装置如图 2 所示。该装置主要为智能插座接收系统即 WiFi 模块、STC89C51 单片机核心系统提供 5 V 直流驱动电压，为通/ 断电控制电路提供12 V 直流驱动电压。

2.3 通/断电控制电路

通/ 断电控制电路如图 3 所示。从系统整体性能和电路本身功能出发，该电路在电阻部分主要考虑防止误触发的触发限流和增强电路抗干扰能力的门极电阻，同时为了建立对双向可控硅的过压保护机制，将电容器和特定电阻组成阻容吸收电路。

因此，本控制电路主要由4 个电阻、1个电容器、1个二极管、1 个双向可控硅和 1 个光电耦合器构成，共同完成通/ 断电控制电路功能。

2.4 漏电保护电路

智能插座系统中的漏电保护电路如图 4 所示。为了实现家用电器漏电声光提醒，切实保护家用电器使用者的安全，本插座系统从具体功能、稳定性和结构等方面出发，结合现有成熟技术，设计了通过底线漏电整流电路、光电耦合器和可控振荡器组成的漏电保护电路。

当检测到插在该智能插座上的家用电器有漏电情况时， 该电路的相应回路闭合，漏电电流便会由插座 CZ 的地线孔经 二极管 D1，电阻 R9 与零线构成相应的漏电保护闭合回路，使 发光二极管发出漏电光信号，同时同步响应报警信号，保护家 用电器使用者的安全 [4]。

3 系统软件设计

3.1 用户操作界面设计

用户操作界面主要由用户登录界面和功能操作界面两部 分组成，如图 5、图 6 所示。为了有效检验操作用户的合法性， 在系统开发过程中，利用操作设备所具有的唯一性标识来记录 用户身份。

图 5 用户操作登录界面

功能操作界面主要包括插孔通电状态描述、插孔通电状 态灯指示和通 / 断电按钮三部分。插孔通电状态描述主要描 述插线板上各插孔的通 / 断电状态。当插孔通电时，指示灯为 红色，如图6 插孔 3所示；断电时指示灯为灰色，如图6 插孔1，2， 4 所示）。通 / 断电按钮分别控制对应插孔的通 / 断电，当对应 插孔通电时，通电按钮为灰色，不可操作，断电按钮正常，可 操作 ；反之则通电按钮可操作，断电按钮不可操作。

3.2 STC89C51中央处理模块

从系统功能、实用性、成本考虑，结合现有技术成熟 性以及电路结构稳定性等方面，本系统中央核心处理器选用 STC89C51 单片机。该单片机作为中央处理模块，主要完成 对智能插座数据接收系统所接收的用户指令数据的处理工作， 并将处理器处理后的数据输出至通 / 断电控制电路的输入端， 控制对应插孔通 / 断电状态 [5]，整体流程如图 7 所示。

4 系统测试与分析

正确连接各设计模块后，进行基于 WiFi 的智能插座系 统的测试和验证。接通电源，同时在操作设备上正确登录智 能插座系统用户操作界面，正确登录后进入功能操作界面。 针对插孔 3，单击通电按钮，通过 WiFi 向智能插座数据接收 系统发送插孔 3 通电指令，插孔 3 指示灯由灰变红，同时插 孔状态描述为“插孔 3 正处于通电状态”，通电按钮不可编辑， 且断电按钮可编辑。同理，其他插孔通断电的操作与上述步 骤一致。通过上述测试，最终实现了基于 WiFi 的智能插座系 统对插线板的控制。

5 结 语

本文设计的基于 WiFi 的智能插座系统集远程控制、漏电 保护及智能提醒机制于一体，与传统现有插座相比，具有设计合理、使用方便等优点。此外，通过对特定插孔上家用电器 通 / 断电的有效控制，不仅节约了能源，而且有助于提高用电 安全性，延长家用电器设备的使用寿命。