基于Android应用的智能计量插座设计研究
Research on design of intelligent metering socket based on Android application
摘要：随着科技的进步，人们逐渐开始重视生活质量，对家居的要求也不断提高，因此近几年我国大力支持智能家居的开发与生产，为改善人民生活做出巨大努力。智能计量插座能对家庭中的用电量进行监控，并且与WIFI技术相结合，实现了远距离控制插座的功能，这种插座既实现了家居智能化水平，又可以降低家电的耗电水平，十分实用。本文通过对智能计量插座的概念分析，研究了基于Android应用的智能插座功能与硬件设计，并且针对插座进行了实验，验证了智能插座的实用性。
关键词：Android应用；智能计量插座；设计研究
当今社会发展日新月异，人们的压力越来越大，工作压力繁重，为了提高人们的生活质量，在生活中更加便捷，市场中逐渐涌现出了很多适合家居使用的智能化电气，在智能家居的研究领域也结合了我国很多新型技术，比如电子学、自动控制技术、电气工程技术、人工智能技术、计算机技术等，这些新型技术可以促进我国智能家居的发展，本文就基于Android应用的智能插座的实用性展开分析。
1 智能计量插座概念分析
计量插座可自动将设备用电量按当地电价换算成电费，让您轻松获知电费开支设备运行了多少时间、用了多少电、多功能计量插座可以在显示设备运行时间的同时，同步显示电器的用电量适于世界各国各种形状插头的电器设备接插电源三孔万能插座－适于世界各国各种形状插头的电器设备接插电源插座领域的革命[1]。随着人们生活质量的提高，人们在生活中，更加注重生活环境的安全，因此安全的智能家居控制系统逐渐得到了人们的青睐。从1984年全球第一个智能楼宇建成之后，智能家居就在全球内得到了极大的发展。其中的自动控制系统却是智能家居之中的最重要的一部分部分。它有序地控制着整个家居的运行情况。智能家居的自动控制系统能够对房屋里面的用电器件进行一个远程的自动控制和以及相应的管理，通过自动控制系统能够实现房屋内里面的设备的低功耗模式以及电气设备的相应状态，并且能够对智能家居里面的设备进行统一的一个管理。智能计量插座既节能又安全，已经成为智能家居的一部分，深受人们的喜爱。
2 基于Android应用的智能插座的功能设计
基于Android应用的智能计量插座是一种拥有不错创意的产品，它利用了现有家庭中的WIFI网络，计量技术等，使人们通过智能手机或平板电脑等智能化终端设备在联网条件下，能通过App操作打开或者关闭指定的电器。而且由于智能计量插座能够做到让电器完全断电，对于电视机、电热水器等待机功率较大的电器，用智能插座控制后就能做到随用随开，每个月也能省下可观的电费。插座从过去只是普通的电器连接器变成了拥有独立操作系统的智能化产品。
2.1 语音控制设计
智能计量插座具有语音控制和用户使用习惯记录功能。为了更方便快捷的控制家用电器等，用户可以通过语音对智能插座进行通断控制、定时控制等，一句话轻松搞定所有用电器。用户使用习惯记录功能可以对经常使用的用电器进行记忆，方便对经常使用的用电器同时开启或关闭。
2.2 插座电量计量设计
智能计量插座的最主要功能是计量家用电器的用电情况，在安装方面十分便捷。智能插座没有复杂的安装流程，即插即用。用户在安装时，只需要通过智能手机，下载Androi应用程序，将手机与智能计量插座连接到统一WIFI网络中，就可以实现本地、远程自由控制。在远程控制的同时，智能计量插座还能够记录各接口的用电量，使用户清楚了解自己每一个设备的用电情况，在明白数据的基础上去尽可能的节省电量。
2.3 控制设计
智能计量插座可以通过用户手机的Android应用，通过WIFI连接后，就能远程控制智能计量插座的每一个插口，智能设备充电完毕后，手机就能远程操控断电，不用自己专门去拔掉插头，对于要经常出差的人，最烦的就是要带一堆如手机、笔记本、平板等必不可少工作设备，然而更烦的，有些酒店没有适配充电插头的话，还要带上笨重冗长的排插。现在智能插座就轻松解决一切智能设备的充电问题。
3 基于Android应用的智能插座硬件设计
3.1 智能插座的WIFI模块
无线WIFI模块作为微处理器和互联网之间的通信的桥梁，在整个智能插座计量系统中至关重要，智能计量插座主要是依托WIFI实现智能化的，智能计量插座能够显示用电量等信息，也是依靠WIFI系统显示的[2]。本系统选用了嵌入式WIFI模块中的汉枫HL-P100，它能把接受到的数据使用串口的形式发送到单片机。而且该模块集成了机智云协议，能根据特定指令连接上机智云服务器，大大减低开发难度。图1 WIFI模块电路图所示。
图1 HF_LP100电路图
3.2 双向晶闸管模块
在智能计量插座的设计中，插座能够通过智能控制，控制家用电器是否通电，这一技术主要原理是在双向晶闸管模块中实现的。智能计量插座系统使用双向晶闸管作为系统的执行指令部分，通过使用光耦MOC3083搭建双向晶闸管控制电路。控制信号为高时，光耦控制端不导通，双向晶闸管控制电路断开，负载开路，插孔不通电；控制信号为低时，光耦控制端导通，双向晶闸管控制电路工作，插孔通电。我们使用了关断速度快，无触点的双向晶闸管Q4035NH5，工作电压为2V，允许重复作用在器件上的最大电压为400V，最大承受电流为35A，触发电路IGT≤50mA。可以快速的反应且具备更高的安全性[3]。光耦合双向晶闸管驱动器电路图如图2所示。
图2 光耦合双向晶闸管驱动器电路图
3.3 烟雾浓度测量模块
随着人们生活水平的提高，人们对生活环境的安全也提出了新的要求，因此市场中燃气报警器、烟感报警器应运而生，这些设计的目的，是为了使人们生活的环境更加安全、智能。智能计量插座，不仅可以实现电量的显示，还能够保障生活中的用电安全。本系统的烟雾浓度测量模块选用MQ-2。MQ-2是电压输出型传感器，它的输出电压会随着测量烟雾浓度增大而增大。MQ-2测量烟雾浓度的电路图如图3图中R1、R2与MQ2构成传感器的测量电路，对得到的电压信号进行处理，得到最终输入单片机的模拟量[4]。
图3 烟雾浓度测量电路图
3.4 电气参数测量模块
智能计量插座可以优化人们的用电生活，在日常生活中，由于不良用电引发的火灾有很多，其中插座的过量使用占据很大比例。每个插座都有额定的功率，用电器的使用一旦超出额定的规律，就会给生活带来隐患，智能计量插座就在一定程度上改善了这一问题，使我们的生活质量得到了提高。
插座过载而引起的火灾是家用电器隐藏的威胁，其原因是插座通过的电流超出其承受的最大值，电线产生大量热能，从而引起电线绝缘层燃烧。所以随时监测电器的电流大小及时切断电源可以很好的防止过载而引起的火灾。本系统采用电流互感器检测，能很好地检测出交流电流强度，其测量电路如图4所示：该电路有结构简单可靠，寿命较长，便于维护。价格较低的优点。
图4 电流测量电路图
4 基于Android应用的智能插座的实用性研究
21世纪人们对生活中的事物开始有了新要求，对生活水平的要求也逐渐的增加，高科技的芯片和技术层出不穷，不胜枚举，随着时代的进步与发展，智能家居的研究也与新技术相结合，将家居的研究领域提高了一个水平。为了智能插座能够在新领域为人类社会做出贡献，并且验证Android应用在智能插座领域切实可行，本文最后将基于Android应用的智能插座在实验室进行验证，通过仿真模拟实验，研究了当前设计的基于Android应用的智能插座[5]。
本次设计是根据当前智能家居控制系统现状提出一种基于WIFI技术的，可以及时、准确远距离传输的智能家居控制系统，应用了STM32单片机、手机APP、语音识别模块、WIFI模块、光照传感器、红外传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、液晶12864和以及GSM通信模块等。
通过手机APP与WIFI智能插座的结合，可以设置情景模式，用户通过手机APP设置情景中的电视开关，灯光照明，音乐播放，热水器关断以及插座的定时关断等各项电子设备的应用情况，设置保存完毕之后，需要使用时，只需一键应用即可，高效又快捷。当红外传感器检测到有人入侵或者可燃气体浓度超标时GSM模块将会第一时间发送短信给用户。用户在家时可以只通过一个手机APP就能控制家中各个电器，安全又环保。系统还具备语音识别功能，用户可以直接用语音控制各类电器的开关。
5 总 结
综上所述，通过Android应用、WIFI等技术与插座相结合的研究，使我们生活中使用的插座更加便捷，通过智能家居的应用，使我们的生活水平不断提高。本文基于Android应用的智能插座的研究，经过试验证明，确实有比较高的实用性，并且具有节能的特点。随着科技的进步，我们不断研究新的技术，通过新技术的应用提高人们的生活质量。智能计量插座因其可以有效监控用电量，已成为智能家居的重要组成部分，家庭中，通过智能计量插座的应用，可以提高用电的安全性。
参考文献：
[1]孙翠华,葛年明,李圳.基于Android应用的智能计量插座设计[J].微型机与应用,2015(2):37-39.
[2]陆兴华,吴恩燊,黄冠华.基于Android的智能家居控制系统软件设计研究[J]. 物联网技术,2015,5(11):14-16.
[3]邬昆鹏.基于android的智能家居系统终端软件设计研究[J].电脑知识与技术,2016,12(14):65-67.
[4]侯金华.基于ZigBee通信技术的电能计量插座设计[J].现代建筑电气,2017, 8(7):15-18.
[5]唐俊,张忠明,谭永东,等.智能计量与开关控制插座的控制设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013,13(11):46-49.
基金项目：嘉兴市科技局公益应用技术研究项目（项目编号：2017AY33085）
作者简介：吴荣森，1973，男浙江庆元，硕士，讲师，主要研究方向计算机技术应用。
