蓝牙智能电能计量插座

论文总字数：20080字

目 录

1绪论 1

1.1引言 1

1.2项目背景及意义 1

1.3国内外发展现状 2

1.3.1智能家居标准的发展现状 2

1.3.2智能家居发展现状 3

1.3.3智能插座的发展现状 3

1.4本文的主要内容 4

2总体方案设计及相关技术介绍 4

2.1蓝牙智能插座功能介绍 4

2.2蓝牙智能插座方案介绍 5

2.3关键技术介绍 6

2.3.1蓝牙技术介绍 6

2.3.2Android系统介绍 6

3蓝牙型智能插座的设计与实现 7

3.1中央处理器 7

3.2电源转换模块 8

3.3蓝牙通信模块 9

3.4实时时钟模块 10

3.5电能计量模块 11

3.5.1功率计量部分 12

3.5.2电流采样和电压采样 13

3.6继电器模块 14

3.7蜂鸣器报警模块 15

3.8数码管显示模块 15

3.9存储器模块 16

3.10通信功能设计（软件） 17

3.11印刷电路板设计 18

4系统调试 19

4.1手机蓝牙串口客户端和蓝牙模块间的通迅测试 19

4.2远程控制插座开关测试 20

4.3定时通断设置 20

4.4智能插座的时间显示测试 21

4.5实物测试 22

5论文总结与展望 22

5.1论文工作总结 22

5.2论文工作展望 23

参考文献 24

致谢 25

附件1：电路原理图 26

附件2：PCB设计图 27

一种智能蓝牙电能插座设计

严越

,China

Abstract:This paper mainly introduces the design of a smart Bluetooth power socket on Android smartphones. The smart socket solution mainly contains two parts, socket hardware and socket software. in addition,Android APP is also a part of the design. We can use an APP that in the Android smartphone to control the socket via Bluetooth communication technology. And we can set timer clocks for socket, display time, check the power and find the accidents instantly by the design. As a small part of smarthome, this design provides a solution for smart socket, also provides reference for the exploration of other smarthome designs.

Keywords: smarthome; Smart power socket; Bluetooth; Android smartphone

1绪论

1.1引言

伴随着科技的持续发展和不断进步，品式各样的先进家居产品愈加频繁的应用到我们的生活中，人们对方便快捷的家居产品的需求也日益提高，从而逐渐产生了智能家居这个新兴概念。最初智能家居的定义为：通过家庭总线技术（HBS）连接智能家居系统，对家中各种和信息有关的家用电器、通信设备和安防设备实行统一的控制、功能管理和监控，以此来使我们的居所环境越发安全、和谐与便利^[1]。自上个世纪八十年代智能家居的概念提出以来，越来越多的研究者投入了智能家居的行业，各种各样的产品相继被研发出来，广泛应用于家庭日常生活，比如家用设备控制、家庭安全管理等多个方面。近年来通信自由化和业务量的迅速发展和飞速增长，广大用户对居家和工作环境的要求也日益提高，尤其对以后智能家居产品的安全性、可靠性和舒适性等方面提出新的挑战。并且在技术方面^[2]，物联网技术、无线通讯技术、自动控制技术和智能终端技术的不断发展，也促进了智能家居的产生和快速发展。

目前国内市场上大多的智能插座功能有限，比较单一。相比较于市场上的智能插座，本设计加入了电能计量功能，并且可以通过智能手机进行实时控制。本系统的操作十分简单，具体功能实现是：无需对主机作任何设置，插入市电插座即可开始使用，用户只需使用安卓手机进行蓝牙连接；在安卓客户端点击相应按钮即可实现插座即时开断，定时打开关闭，时间同步查看及设置，当日功率查看及当月记录导出，修改蓝牙参数，过功率阈值设置甚至闹钟功能；整机用户只需远距离手机操作，方便快捷，蓝牙数据传输均采用校验和算法处理，误码误操作严格控制，可靠性高；具有自动过功率检测断电功能，安全性高。

1.2项目背景及意义

随着手机的智能化和移动互联网技术的迅猛发展，人们对于智能化的产品越来越期待，这也间接加快了人民大众对智能家居产品的需求。2007年，乔布斯手中的iphone掀起了智能手机的时代浪潮，苹果公司自此踏上了火箭式的发展。而谷歌公司也不甘示弱，迅速进军智能手机市场，推出了可以与苹果IOS系统相抗衡的Android操作系统。从现在来看，90%以上的智能手机市场已经被这两家公司占据，苹果公司也凭借其产品的优势，一跃成为世界上市值最高的公司之一。这些功能强大，应用丰富的智能手机不仅便利了人们的通信沟通方式，而且迅速的融入了日常大众的生活中，多方面的改变了人们的传统生活方式。

智能家居（Smart Home）的概念^[3]最早是由美国住宅建筑商协会NAHB（National Association of Home Builders）下属的研究中心NRC（National Research Center）于上个世纪八十年代初提出的。在八十年代末智能家居传入中国，但是这么多年来一直没有什么突破性的发展。其中一个主要原因就是系统工程庞大繁杂，并且价格高昂、用户部署安装成本很高（需要对房间进行重新布线安装，破坏原本装修）。另外，扩展难度大、交互性能不高而且操作比较繁琐，无论是红外、GSM还是web方式都很麻烦，普通家庭用户很难得以运用。但是，随着智能手机的普及和移动互联网技术的飞速发展，广大民众很快习惯了智能手机的使用方式，这大大降低了人们对相似电子产品的使用学习成本。

现在国内外都相继推出了各种智能家居解决方案^[4]，包括家庭照明、电器控制、家庭监控和家庭娱乐等多个方面。但是这些方案都普遍大而全、部署成本高、改造困难、普及率非常低，并且大多数用户接受度不高。所以价格低廉、使用方便的单一独立型智能硬件更受人们的欢迎，此类小型智能家居正在智能家居领域掀起新的研发潮流。好比说阿里巴巴旗下的智能打扫机器人，小米公司的智能WiFi插座等。另外，新兴物联网技术的应用越来越广泛，在人们的生活中扮演着越来越重要的作用。因此，这种单一独立型终端设备拥有广阔的市场，相较于传统设备具备巨大的优势。传统产品只需要通过简单的智能化改造，就可以使其不但具备传统设备的功能，而且具还拥有了全新的创新作用，使人们的传统生活方式更加便捷有效。其中插座作为这些传统设备中很普通的一员，但是他却在生活中起到了不可或缺的作用。它主要起到电源分配的作用，所以通过连接各种家用电器插头，我们可以通过对插座进行智能改造来控制所用电器的用电情况。然而，过于依赖互联网的物联网终端在相当一部分移动互联网并不完善的区域（例如无WLAN覆盖及其他相应环境）其应用大大受限，无法发挥功用，因此，基于小范围随机互联技术的终端设备在这些地方长时间内将扮演不可或缺的角色。所以本文提出了基于蓝牙的智能插座方案，本设计采用通用小范围蓝牙通信技术作为主体，实现了只要手中有一台具备蓝牙通信功能的安卓手机即可完美使用，无需WLAN及蜂窝网络覆盖，成本相较更为低廉。并且，此设计使用简单、可随处移动、部署方便,能给人们的日常生活带来极大的便利、促进智能家居的普及和推广。

智能家居是科技发展必然的趋势，因为它相比于一般家居有以下六个优点^[5]：（1）高度的安全性，对于火灾、犯罪等高危性的事件，它能实时监控，防犯于未然；（2）合理根据用户的需求对家庭电器设备进行灵活地智能化改造，设备会实现相应自适应调节更好的便利生活；（3）通过智能家居用户能够对家庭坏境和物业等进行智能管理，可以实时监控水、电、气使用情况、网络状况以及家庭设备等；（4）实现通信的随机自动化，远程教育、会议、工作、医疗等不再受到设备的限制；（5）家庭设备之间能够进行协调联动工作，娱乐生活相结合使人们的生活更加便捷；（6）智能家居能够对能耗进行精密掌控，所以可以更加节能环保，对于绿色低碳生活具有巨大的促进作用，实时调节温湿度等，使人们在舒适的居住环境中生活。

1.3国内外发展现状

1.3.1智能家居标准的发展现状

1984年，在美国建成了世界上第一栋智能家居建筑^[6]，随后日本、新加坡等国家和欧盟等地区也相继提出了各种各样适合本地的智能家居方案。尽管智能家居包含了各种各样的电路设计，集成了各种创新实用的功能，但是这些都只是表面的东西，真正的核心技术是通信协议和接口标准，它们才是内部负责连接交互不同终端智能设备的灵魂。在上游各个智能家居的开发者联合制定了智能家居的通信协议和标准之后，行业下游各大厂商都必须以上游的协议和标准为基础进行设备的开发生产。

现在智能家居行业也产生了相应的标准组织和联盟，好比说有ITU-T、DLNA、ECHONET、OSGi、KNX、闪联、e家佳、广联等^[7]。每个标准都偏向于不同的应用方面，其中DLNA标准偏向于家庭娱乐方面的，比如说视频音乐等；ITU-T一般偏向于家庭网络安全方面的，比如说电信业务等；ECHONET标准偏向于家庭安防方面，比如说监控、预警等；OSGi主要偏向于泛网络设备的远程服务管理，KNX偏向于房屋和建筑方面，比如说楼宇控制等；而闪联和e家佳都普遍偏向于家庭电器方面，比如说家电网络化等；广联则偏向于数字网络系统。

1.3.2智能家居发展现状

尽管智能家居才兴起十几年，还处于刚刚起步发展的阶段，而且也是一个比较新颖的概念^[8]，但是它巨大的发展潜力和市场价值已经被许多大型科技公司看好，比如英特尔、IBM、微软、索尼等世界知名科技公司早已抢先涉足智能家居领域，它们都相继成立了专门研发该领域产品的子公司。并投入了大量的资金支持支持智能家居产品的开发和设计，希望最先推出自己的产品以抢占市场，在激烈的市场竞争中获得先机。一直活跃在科技界前沿的硅谷也加入了智能家居的行业，它已经把信息服务技术应用到家居生活作为当前技术发展的首要方向。

在美国，智能家居的研发应用比较领先，诸多公司推动着智能家居的开发生产。好比说霍尼韦尔公司^[9]，它一直探索着自动控制领域和智能家居的最先进技术。就拿它推出的诸多智能家居系统产品线而言，设计全面，考虑细致。像单户型智能家居系统、社区型智能家居系统、智能控制面板系列和智能指纹锁系列等新颖的产品都是这样。另外，霍尼韦尔也大力拓展中国市场，它的智能家居体验中心先后中国东部沿海地区广州等20多个城市建立。但是这些大型系统方案面向对象主要是高端豪华住宅，因此一般民众认可度和接受度都不是很高，所以霍尼韦尔的推广度也不是很高。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20080字

相关图片展示：