基于WiFi技术的智能插座系统研究与设计

摘要

随着物联网技术、云计算技术、社交网络平台技术的深入发展，智能家居产品逐步向工作生活全维度的渗透，未来产品和产品之间，产品和人之间的互联互通越来越重要。因此作为智能家居“敲门砖”的智能插座应该向智能化全面发展，但目前市场上的智能插座大多不能通过智能设备远程控制，且对于需要红外控制的电器只能暴力断电，所以研究一款功能更加丰富的智能插座，具有十分重要的意义。
　　针对这种情况，本文研究一款基于WiFi技术的智能插座系统。其不但能够充当用电设备的充电器，对电压、电流、功率等参数进行计量与显示，还能够通过WiFi技术组建网络，进行智能定时改变用电器的通断电状态，对于需要红外控制的电器能够发送开关机指令实现合理断电。
　　本文主要工作如下：
　　（1）详细阐述了智能插座系统的硬件设计过程，包括ESP8266无线射频芯片为核心的WiFi模块硬件电路和ATT7037单片机为核心的智能插座硬件电路。WiFi模块采用串口方与ATT7037连接实现WiFi通信。智能插座硬件电路中，采样电路用来对电参数进行采集；继电器控制电路可以改变电源的通断状态；红外通信电路可以对不同的遥控器指令学习，并能够发送配套的红外遥控指令。
　　（2）针对智能插座系统的硬件结构，设计了对应的软件程序，包括WiFi网络软件程序、智能插座软件程序以及安卓APP客户端。在进行WiFi网络软件设计时通过AT指令集实现WiFi模块的TCP/UDP无线数据传输，进而实现智能插座本地通讯模式以及远程通讯模式下的WiFi网络通信；通过对标准的Modbus协议进行扩展，实现单片机与WiFi模块信息的传递。在进行智能插座软件设计时，采用模块化设计，对各部分程序进行了详细分析。最后在Android Studio环境下，开发了安卓APP客户端的各个界面。
　　（3）运用上位机测试软件和串口调试助手对智能插座系统进行整机测试，对实验数据进行分析。测试结果表明本文设计的智能插座能够实现预期的功能。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 WiFi技术发展现状和趋势

1.3 智能家居在国内外的发展现状和趋势

1.4 本论文的内容安排

2 WiFi无线网络介绍

2.1 WiFi技术介绍

2.2 WiFi无线网络设备类型及拓扑结构

2.3 WiFi协议体系

2.4 IEEE 802.11系列标准

2.5 本章小结

3 智能插座系统总体设计方案

3.1 智能插座系统设计要求

3.2 系统总体设计

3.3 智能插座系统的性能指标

3.4 本章小结

4 系统硬件电路设计

4.1 WiFi模块硬件电路设计

4.2 智能插座硬件电路设计

4.3 PCB布线的抗干扰设计

4.4 本章小结

5 系统软件设计

5.1 WiFi网络软件设计

5.2 智能插座软件设计

5.3 安卓APP软件设计

5.4 本章小结

6 系统调试

6.1 WiFi模块通信功能测试

6.2 系统整体功能测试

6.3 系统EMC性能测试

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录

致谢

作者从事科学研究与学习经历简介

攻读硕士学位期间的主要成果