基于物联网技术的智能插座设计与实现
摘要：我国科技水平和我国信息技术的快速发展，物联网技术在智能插座设计中使用越来越普遍。人们对家电的节能性和安全性要求越来越高，实现对家用电器的智能控制和管理成为普遍需求。在不改变现有家用电器结构的基础上实现智能控制，最简单的办法就是在插座上实现用电设备监测和控制的智能化。移动通信和互联网的飞速发展使物联网应运而生，同时也推动了大量智能终端及相关行业的发展。然而，智能插座产品的作业都比较单一，只有监控、安保以及管控等简单功能，远远做不到数字化以及终端监控。本文设计的智能插座，不仅具备传统插座的断开和闭合功能，而且具有远程监控的功能，可以实现在手机等多终端设备上查看智能插座的状态、数据，较好地满足了人们对普通电气设备的智能化需求。
关键词：物联网技术；智能插座；远程监测
引言
传统的插板存在无法远程操控以及实时监控插板状态等缺点。本文设计的智能插座通过采用日渐成熟的物联网技术、嵌入式技术以及小程序等对传统插座进行智能化的升级从而对
传统智能插板的缺点进行弥补。该智能插座实现了用户通过小程序来实时监控房间中插板的状态并且通过小程序对插板的开关进行远程操控，从而使人们的生活更加便利，预防日常生活中因插座老化、过载等原因而导致的火灾险情，减少因火灾而导致的经济财产损失。
1智能插座的应用优势
相对于传统插座而言，智能插座的应用优势主要体现为：第一，安全性优势。智能插座的运行原理为：插座中内置的智能芯片可自动监测电流，一旦发现异常电流变化，可自动响应，断开电器，避免电器的长期通电状态引发相关安全隐患或事故。而传统插座则需要人为断开电器，当出现疏忽时，容易形成安全隐患。第二，节能化优势。智能插座无需过多人为干预。使用智能插座后，这种智能产品可自动检测电流大小及电流变化状况，根据监测结果自动进行断电。相对于传统插座而言，智能插座的使用可改善电器待机耗能的问题，其具有良好的节能化特征。第三，便捷性优势。除了上述优势外，便捷性优势也是智能插座的主要优势。使用智能插座后，电器的管理可由智能插座自动完成。这类智能产品的断电决策以电流大小、电流变化为依据，其决策较为可靠，可满足人们的便捷化使用要求。
2物联网技术的智能插座设计
2.1系统软件设计
用户控制端和服务器之间采用了B/S和Nginx不断监听相关的网络端口（如80、18083等），一旦接收到请求，就会把请求转发到相应的服务中。如果是请求静态文件，就直接到对应位置查，读取后返回数据。如果是MQTT数据，就先判断其账号和密码的正确性，然后把数据传入数据库，最后转发到订阅该主题的所有客户端。如果是Flask的请求数据，根据对应用户的数据，把模板渲染成HTML文件后返回给用户浏览器Gunicorn和Nginx，也就是本项目用来进行服务器优化的两个重要工具。Gunicorn是用来提高异步性能的，弥补Python自身异步性能的不足。灯座在上电后，首先会检查网络配置并尝试进行联网，如果联网成功就会进一步连接MQTT服务器，否则会等待用户通过AirKiss配网。待连接MQTT服务器成功后，灯座终端会订阅相关主题，然后进入一个无限循环的过程。在这个循环过程中，灯座需要不断检查是否有来自服务器的信息，如果有，就对信息的内容进行解析，根据指令来调整PWM的占空比，进而通过交流斩波模块处理后就成为了具体电压，最终供给灯泡。
2.2继电器驱动模块
手机app设计模板作为控制模块，通常继电器有如下几种功能：（1）扩大控制范围；（2）自动，遥控，监测；（3）综合信号；（4）放大。用户可以使用手机移动端通过无线WIFI向单片机芯片发送信号，从而控制继电器的工作状态。在控制电路中具有电路保护和自动调节等功能。继电器具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）二者之间的互动关系。在使用智能插座是，用户可以通过手机移动端想嵌入式MCU发送指令，使得MCU产生小电流，继而小电流通过继电器来控制插座上的大电流。继电器正是一种通过小电流来控制大电流的电控制器件，在智能插座上有着很好的体现。由于单片机输出电流的问题，还会接入三极管及续流二极管的元器件以保证对继电器模块的驱动。同时电路中加入发光二极管以显示继电器的开断状态，便于用户观测插座的状态。因而继电器在控制电路中具有转换电路、自动调节和电路保护等功能。
2.3智能插座APP方面
为了便于基于人工智能的智能插座的管理，可独立针对智能插座设置智能插座APP，便于用户通过该APP完成智能插座的基本连通、闭合等使用要求。参照上述要求，将智能插座A
PP的软件架构设计为：第一，数据访问层。允许WiFi局域网范围内，所有智能插座的相互交互；第二，业务逻辑层。承接表现层、数据访问层的所有数据交换。对于用户在智能插座APP中产生的Java类业务实体，经业务逻辑层进行响应，并为其提供相应的数据，以保障用户经智能插座APP对WiFi型智能插座的控制。第三，表现层。表现层直接对接用户的操作界面。根据WiFi型智能插座的使用要求，在设计智能插座APP时，应在合理设计表现层功能分布的基础上，参照用户的审美需求、使用便捷性要求，设计出友好的人机交互界面。
3基本思路
本文介绍的方案主要解决高校实验实训室不能全天开放的问题。因为大多数高校的实验实训室或机房考虑安全用电方面的隐患，在不能安排管理员全天管理的情况并不能做到24小时全天候开放，而大部分学生需要24小时全天候开放来进行相关的实验和练习操作。本文设计的智能插座能较好的解决该问题。基于NB-IoT模块可以实现远程的插座检测和控制；另一方面学生可以通过手机的蓝牙模块可以智能插座的上电和断掉，后台可以精确统计到插座是哪个学生在使用，监测用电量和用电安全。通过智能插座系统的远程操作，便可以
达到对实训室插座电路的实时控制与管理。本文主要分为4部分：一是把握研究现状，分析智能插座系统的研究背景、意义、现状及趋势；二是系统的硬件选型和设计，提出智能插座系统的硬件模型；三是进行系统软件设计，软件设计包括软件的后台系统设计和手机应用端的APP设计；四是系统的测试与实现。
结语
随时电网的不断发展，对负荷的调控势必更加精准，居民侧空调负荷作为海量微负荷的重要组成部分一直以来都是电网公司希望调控的部分。希望通过以上故障的分析，使我们总结经验教训，让广大居民用户在绑定使用过程中避免上述故障，用最简单高效的方式使用上智能插座，在夏季用电高峰时候可以响应居民侧负荷控制，适当调高空调温度，为电力平稳安全运行贡献力量。此外，随着人工智能技术的快速发展，还应注意不断结合该领域的研究成果，创新智能插座的研发方向，为智能插座功能的更新及进一步推广提供可靠支持。
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