基于WiFi的智能插座电路及原理分析

　　1、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、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。

　　2.1工作原理框图

　　

　　图2.1 工作原理框图

　　3、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。

　　模块参数概述

　　表3.1 硬件规格

　　

　　表3.2 无线参数

　　

　　表3.3 软件功能

　　

　　模块特性

　　表3.4 技术指标

　　

　　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 Smart Link 智能联网功能

　　8.可选内置板载或外置天线

　　9.传输距离：（≤80m）

　　3.2 5V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HA05N48 5V变压模块。

　　模块概述

　　输入电压：85~265V AC 50/60Hz

　　输出电压：5V DC 输出电流：4.8A

　　体积：25x39x22mm

　　效率：80%

　　隔离电压：3000V DC

　　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

　　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

　　模块电路

　　

　　图3.1 模块电路图

　　表3.4 元件参数及作用分析

　　

　　3.3 继电器模块

　　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。

　　电磁继电器工作原理

　　如图3.3所示，电磁式继电器由铁芯（iron core）、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

　　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

AR9331模块电路