CN103840328A - 一种基于wsn网络和无线通信的智能插座控制*** - Google Patents

一种基于wsn网络和无线通信的智能插座控制*** Download PDF

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本发明公开了一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，它包括控制终端，智能插座模块（1）与信息交换模块（2）通过无线传感器网络（WSN）连接，信息交换模块（2）与控制终端（3）WIFI或3G网络连接，智能插座模块（1）直接插在传统插座插孔上，用电设备插在智能插座模块（1）上；本发明能对单个或多个用电设备进行实时监测，控制功能齐全，智能化程度高，特别适用于智能家居或物联网***，而且，本发明结构简单合理，成本低廉，安装方便，无需改变原有生活习惯，使用效果十分理想，解决了现有技术的插座不能适应物联网的发展需求，不能通过自动识别、接入和实时监测控制单个用电设备将其变成智能家居中的物联网设备等问题。

Description

一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***
技术领域
本发明属于智能家居技术领域，尤其涉及一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***。
背景技术
随着物联网产业的不断发展，智能家居的概念也逐渐深入人心，人们对于智能家居的智能化要求也与日俱增；要实现用电设备的智能化控制，必须对电器设备增加智能控制模块，如何实现传统没有集成智能控制模块电器设备的控制，对插座进行直接控制是一个很好的选择。然而，现有技术的插座不能适应物联网的发展需求，不能通过自动识别、接入和实时监测单个用电设备将其变成智能家居中的物联网设备，因此也就无法让用户真切体会到物联网技术给生活带来的便利。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，以解决现有技术的插座不能适应物联网的发展需求，不能通过自动识别、接入和实时监测控制单个用电设备将其变成智能家居中的物联网设备等问题。
本发明技术方案：
一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，它包括控制终端，智能插座模块与信息交换模块通过无线传感器网络WSN连接，信息交换模块与控制终端WIFI或3G网络连接，智能插座模块直接插在传统插座插孔上，用电设备插在智能插座模块上。
智能插座模块包括插孔和插针，智能插座模块的插针直接插到传统插座插孔上，智能插座模块的插孔插用电设备，智能插座模块的插孔和插针与电路通断控制模块导线连接，电路通断控制模块与第一MCU微处理器和信号测量模块导线连接，第一MUC微处理器与第一射频模块和信号测量模块导线连接，第一电源模块与电路通断控制模块和第一MCU微处理器导线连接。
信息交换模块包括第二射频模块，第二射频模块与第二MCU微处理器导线连接，第二MCU微处理器与3G模块和WIFI模块导线连接，第二电源模块与第二MCU微处理器导线连接。
控制终端包括移动终端和PC终端，移动终端通过3G模块与信息交换模块连接，PC终端通过WIFI模块与信息交换模块连接。
第一MCU微处理器为电路***的核心，负责整个智能插座模块的实时测量、控制、通信和管理。
第一电源模块，提供220V转5V、3.3V电源，该模块将220V的交流电压进行交流-直流AC-DC变换，输出智能插座模块需要的+5V 、+3.3V直流电压。
电路通断控制模块由5V继电器及相关***电路构成，第一MCU微处理器控制该模块内继电器的开合，来改变连接的电气设备的供电，继电器的容量高于所连接电气设备的最大功率，继电器的回路有二极管和电容器件，用于吸收开合瞬间的反向电流和高压，防止对内部电路造成冲击。
智能插座模块输入的电压、电流强电信号通过分压电阻、锰铜片等转换为弱电信号，再输入给专用的信号测量芯片，完成多路电压电流有效值、功率等计算，生成的计算数据由第一MCU微处理器抄取后处理。
第一射频模块用于智能插座模块与信息交换模块组成无线传感器网络WSN，通过WSN网络进行数据交互。
本发明有益效果：
与现有技术相比，本发明采用在现有技术插座基础上根据需要增加一个或几个智能插座模块，各智能插座模块通过射频模块与信息交换模块形成无线传感器网络（WSN），信息交换模块通过3G网络或WIFI网络与移动终端或PC终端相互通信，从而实现了基于物联网技术的无线传感器网络（WSN）智能插座控制***，通过移动终端或PC终端即可随时了解用电设备工作情况，以及实时控制连接在智能插座模块上的电器设备；本发明能对单个或多个用电设备进行实时监测，控制功能齐全，智能化程度高，特别适用于智能家居或物联网***，而且，本发明结构简单合理，成本低廉，安装方便，无需改变原有生活习惯，使用效果十分理想，解决了现有技术的插座不能适应物联网的发展需求，不能通过自动识别、接入和实时监测控制单个用电设备将其变成智能家居中的物联网设备等问题。
附图说明：
图1 为本发明***结构示意图；
图2为本发明智能插座模块结构示意图；
图3为本发明信息交换模块结构示意图。
具体实施方式：
一种智能插座控制***，它包括（见图1）控制终端3，智能插座模块1与信息交换模块2通过射频信号形成的无线传感器网络WSN连接，信息交换模块2与控制终端3通过3G无线网络或WIFI无线网络连接，智能插座模块1直接插在传统插座插孔上，用电设备插在智能插座模块1上，用电设备包括电视机、空调和洗衣机等家用电器。
智能插座模块包括（见图2）插孔和插针，智能插座模块的插针直接插到传统插座插孔上，智能模块的插孔插用电设备，智能插座模块的插孔和插针与电路通断控制模块导线连接，电路通断控制模块与第一MCU微处理器和信号测量模块导线连接，第一MUC微处理器与第一射频模块和信号测量模块导线连接，第一电源模块与电路通断控制模块和第一MCU微处理器模块导线连接，第一电源模块提供电源转换功能，将市电转换为直流5V和3.3V。
信息交换模块（见图3）包括第二射频模块，第二射频模块与第二MCU微处理器导线连接，第二MCU微处理器与3G模块和WIFI模块导线连接，第二电源模块提供信息交换模块工作所需的电源。
控制终端包括移动终端和PC终端，移动终端通过3G模块与信息交换模块连接，PC终端通过WIFI模块与信息交换模块连接，移动终端为智能手机或平板电脑。
第一MCU微处理器为智能插座模块的核心，负责整个智能插座模块的实时测量、控制、通信和管理，本发明实施例第一MCU微处理器采用STC89C52RC微控制器，STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在***可编程Flash存储器，在智能插座控制***中，STC89C52RC完全符合要求，并且节能、廉价。
射频模块用于智能插座模块与信息交换模块组成无线传感器网络WSN，通过WSN网络进行数据交互，本发明实施例第一射频模块和第二射频模块采用NRF905无线收发器，该无线收发器由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器等组成，具有自动处理字头和CRC（循环冗余码校验）以及由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码的功能，与现有的ZigBee、蓝牙等无线技术相比，NRF905射频无线通信有协议栈简单、底层硬件驱动、整体性能突出等优势。
电路通断控制模块用于控制智能插座模块交流电路通断，由第一MCU微处理器控制该模块内继电器的开合，来改变连接的电气设备的供电，继电器的容量要高于所连接电气设备的最大功率，继电器的回路有二极管和电容器件，用于吸收开合瞬间的反向电流和高压，防止对内部电路造成冲击。
信号测量模块用于测量当前电压电流有效值及功率大小，其过程为输入智能插座模块的电压、电流强电信号先通过分压电阻、锰铜片等转换为弱电信号，再输入给专用的信号测量芯片，如ATT7022B ，其内部具有A/D 转换、数字运算电路，可自动完成多路电压电流有效值、功率等计算，生成的数据由第一MCU微处理器获取后处理。
第二MCU微处理器是信息交换模块的核心，负责整个信息交换模块信息的处理及调度。本发明实施例中第二MCU微控制器采用TI公司的MSP430F149芯片，它拥有16位RISC架构，具有125ns的高速运算能力，拥有3个振荡器，通过切换可以实现5种功耗模式，电源电压采用1.8～3.6V，可低电流运行，还有丰富的功能模块。
WIFI模块采用TI公司的CC3000MOD芯片，它支持IEEE 802.11 b/g 协议，同时内置了IPv4 TCP/IP协议栈，能够与低速、低成本和低功耗的MCU组成非常理想的无线网络。
3G模块采用华为3G通信模块EM770W，它支持TCP/IP协议栈，具有强大的信息传输功能。在具体实现中，WIFI模块和3G模块采用软件切换的方式时分复用MSP430F149芯片的同一个串口。
本发明实施例中，没有专门体积的组成模块均可采用具有其相应功能的市售产品。
智能插座模块和信息交换模块上电初始化后，家庭区域内连接有用电设备的智能插座模块通过NRF905无线收发器与信息交换模块形成无线传感器网络WSN，实现智能插座模块和信息交换模块之间的信息交互；移动/PC终端通过3G/WIFI与信息交换模块建立TCP/IP连接，经过信息交换模块的信息中转，向各个智能插座模块发送TDMA同步信号，并在规定的时帧内接收各智能插座模块发来的数据，将数据输入信息交换模块缓存，等待2s后以TCP/IP报文数据发送到移动/PC终端。当信息交换模块有检测到移动/PC终端发送来的TCP/IP报文时，将数据下载到NRF905无线模块的发送缓冲区，随TDMA同步信号发送至各智能插座模块执行相应的操作，实现对连接在智能插座模块上用电设备的控制。
移动/PC终端运行在Android或Windows平台上，用户通过终端上安装的插座控制管理软件实现对智能插座模块远程互动式操作。具体流程为：1、终端插座软件运行后移动/PC终端与信息交换模块建立连接；2、将用户的服务请求编成队列发送至信息交换模块解码分析；3、信息交换模块根据解析获得用户需要操作的智能插座模块地址，并将用户服务请求信息中转至对应的智能插座模块；4、当信息交换模块收到智能插座模块处理用户请求信息结果后回传至移动/PC终端插座控制管理软件；5、插座控制管理软件更新当前用电设备状态信息界面展示给用户。
若用户想开/关连接在1号智能插座模块上的用电设备时，直接点击插座控制管理软件上的1号“开/关”按钮，对应的用户请求信息将通过信息交换模块中转至1号智能插座模块，第一MCU微处理器解析用户“开/关”请求后调用电路通断控制模块，通过控制电路通断控制模块中的继电器来实现对用电设备的开/关控制。 
若用户想了解连接在2号智能插座模块上的用电设备当前状态信息时，直接点击插座控制管理软件上的2号“当前状态”按钮，对应的用户请求信息将通过信息交换模块中转至2号智能插座模块，经2号智能插座模块的第一MCU微处理器解析后，调用信号测量模块，获取测量值后将结果返回至信息交换模块，经中转后到达用户终端，并显示在用户终端插座控制管理软件界面上。

Claims (4)

1.一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，它包括控制终端，其特征在于：智能插座模块（1）与信息交换模块（2）通过无线传感器网络（WSN）连接，信息交换模块（2）与控制终端（3）WIFI或3G网络连接，智能插座模块（1）直接插在传统插座插孔上，用电设备插在智能插座模块（1）上。
2.根据权利要求1所述的一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，其特征在于：智能插座模块（1）包括插孔和插针，智能插座模块（1）的插针直接插到传统插座插孔上，智能插座模块（1）的插孔插用电设备，智能插座模块（1）的插孔和插针与电路通断控制模块导线连接，电路通断控制模块与第一MCU微处理器和信号测量模块导线连接，第一MUC微处理器与第一射频模块和信号测量模块导线连接，第一电源模块与电路通断控制模块和第一MCU微处理器导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，其特征在于：信息交换模块（2）包括第二射频模块，第二射频模块与第二MCU微处理器导线连接，第二MCU微处理器与3G模块和WIFI模块导线连接，第二电源模块与第二MCU微处理器导线连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于WSN网络和无线通信的智能插座控制***，其特征在于：控制终端（3）包括移动终端和PC终端，移动终端通过3G模块与信息交换模块连接，PC终端通过WIFI模块与信息交换模块连接。 
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