李 苗 范国昌 石玉阳 潘昊飞 王德明

0 引言

随着信息技术和物联网技术的高速发展，智能家居作为未来家居设备的主流方向。人们对家用电器的智能化需求越来越高，传统插座相对于智能插座存在着许多弊端，人们更希望智能化的生活；智能插座能够解决目前传统插座所面临的问题，通过第三方应用对插座进行控制，即用户可利用微信小程序，通过发送指令来控制智能插座[1]，其中功能可包括：插座定时开关、查询电器能耗等等。

1 传统插座存在的不足之处

随着信息技术和物联网技术的快速发展，智能家居作为未来家居设备的主流方向，其具有广阔的前景和智能化等特点。传统插座作为家居生活中的重要组成部分，其功能单一，智能化和交互性都过于简陋，功能严重不足等特点。它是家居设备和电力系统的重要桥梁，随着人类智能化的需求越来越普及，传统插座已经无法满足现代人类的需求，智能插座作为新型的物联网技术，其具有智能化、高安全、可遥控、节能环保等特点，在当代的实际生活中具有较大的实用性。

1.1 低安全性

传统插座作为日常生活中连接着家用电器的重要组成部分，是当前人们生活重要组成部分。在日常生活中，传统插座作为家庭电路系统的主要连接体，因为传统插座的整体安全性具有一定的不确定性，插座独立于整体电路系统，时常因为插座的额定功率无法满足家用电器的额定功率而造成插座线路损坏等现象发生，严重时会造成家庭电路系统严重损坏。

1.2 单一性

传统插座仅仅具有物理特性的电器通用插孔，不具备互联功能，仅少数插座会配有一些相对于整体开关的独立开关，但是由于插座相对于供电系统是一个单独的整体，单一性表现的较为明显。传统插座的使用的过程中，一般都是通过人工手动插拔方可切断电源系统的关闭，这在一定程度上不仅仅浪费了电能，还增加了用户和插座之间的关联性，严重时长期不断开家庭电器会造成线路损坏等结果。

1.3 应用范围小

在日常生活中，家庭电器拥有许多的种类，且一般传统插座都是固定的结构，家庭电器或其他设备都具有一定的个性化插头设计，有时候不能兼顾多种电器的使用，应用范围具有一定的局限性。传统插座不能和家庭设备进行关联，整体体现出低耦合性、应用范围小、局限大等不足之处。

2 智能插座的分析与探讨

2.1 智能插座综述

随着物联网技术的快速发展，智能插座已经在我们的生活中开始出现，从方便性进行考虑，通常会选择外遥控、蓝牙遥控、GSM 技术、WiFi 技术。其中基于WIFI 技术的小程序控制或智能语音控制在目前占有主流地位。随着智能家居行业的兴起，基于微信平台的WiFi 智能插座设计占有一定的比例，其主要具有便捷性和关联性等特点，用户在使用的过程中，不再需要单独安装APP，仅仅打开微信搜索对应小程序即可进行使用，不会占用用户的手机内存使用空间，方便用户操作。

智能插座相对于插座插座具有智能化、高安全、可遥控、节能环保等特点，所以在日常的使用过程中具有一定的便捷性和高安全性[2]；智能插座也具有成本高，安装难度大、维护难度大等缺点。但是在信息技术快速发展的今天，智能插座已经成为了一种主流安装方式，其对日常生活产生了一定的积极影响。

2.2 智能插座设计

2.2.1 WiFi 智能插座硬件电路结构

虑到WiFi 型智能插座的功能需求和可扩展性[3]，经过仔细论证之后，本文设计的方案选用了基于ARM 架构的BCM2835处理器。另外包括电源转换模块、WiFi 通信模块、时钟芯片、继电器模块和电能计量模块。

2.2.2 系统总体设计

本文所设计的智能插座系统需要使用第三方服务器与插座终端通信。服务器的平台开发技术众多，在调查分析之后，选择国内最具影响力的新浪云计算服务（SAE）作为智能化插座系统的中间服务器托管商，并决定选用Dijango Web 框架作为中间服务器上的Web 应用后台。其系统设计方案如图1 所示。

图1 系统设计方案

2.2.3 微信平台

当用户通过小程序给插座发送指令后，后台便将指令post到第三方服务器上，第三方服务器再将指令传至插座，响应用户发送的消息。

2.2.4 服务器系统

当第三方服务器接收到微信公众账号传送过来的用户消息后，服务器Web 应用要对其进行相应的分析和处理。服务器的Web 程序包含有五个模块：微信服务器验证模块，微信数据解析模块，用户身份验证模块，指令请求模块，指令信息存储模块。

2.3 智能插座的创新

2.3.1 智能化

传统插座一般作为一个独立于整体供电系统的个体，用户在使用的过程中一般只能通过手动插拔开关才能实现家用电器的操作，用户在操作的时候省去一些不必要的操作，同时可以使用第三方控制软件对开关进行定时断电、定时供电、紧急关闭电源等功能，这样不仅仅方便用户对插座的直接控制，操作也更加的智能化。

2.3.2 高安全

在用户使用家庭电器的过程中，通过会遇到一些不确定的情况，例如，超过额定功率、短路、电流过大等，用户在使用电器的时候无法对以上情况进行判断，存在一定的安全隐患；智能插座直接通过内部的电路结构设计对以上情况预防，从而使用户一直处于安全使用环境。智能插座一般都配备有独立于电力系统的紧急开关功能，少数具备有温度传感器监测功能，在紧急情况下即可切断供电而不影响整体电路系统的使用。

2.3.3 节能环保

在日常家庭电器的使用过程中，存在着某些家庭电器需要常用但不需要拔出插座的电器，这样的电器一般都会配有LED二极管进行显示表示工作的状态，这在一定程度上是对电能的损耗，若经常插拔开关电流损耗大，耗费电能大，还存在一定的安全隐患；智能插座解决了不经常关闭电源的选项，直接在第三方应用上进行操作，简单快捷且节能环保。

2.4 智能插座优劣势比较

智能插座不仅是新兴物联网的技术产物[4]，还是人们对实际生活中所遇到问题的一种解决方案，作为新兴产物，要想取得公众的认可，还需要一定时间。

智能插座相对于插座插座具有智能化、高安全、可遥控、节能环保等优点，在未来一定会成为智能家居的重要组成部分；通过简化操作步骤，用户在使用上也会更加的方便，未来智能插座会对人类生活产生一定的影响。

智能插座也具有一定的缺点，成本高、设计难度大、安装难等缺点是目前市场对于智能插座的主观态度。虽然智能插座具有诸多优点，但是售卖价格属实较高于传统插座，用户对智能插座存在一定的排斥。随着物联网技术的快速发展，智能插座的造价会慢慢降低，以后一定会走进人们的日常生活中。

3 结语

本文提出的WiFi 型智能插座兼具市面上传统型插座的功能和常见的普通智能插座的智能特点，通过简单的安装，就随时随地对家中电器的控制，无线智能插座的优点众多。作为生活中必不可少并且无处不在的基础性独立元器件，市面上插座的使用场景无不是与各种家用电器的电源插头相连，为其供电。那么通过使用本文的设计方案生产的智能插座后用户就可以通过移动设备来控制插座，从而间接的实现控制家用电器的目的。智能插座具有智能化、高安全、可遥控、节能环保等优点，未来会对人们日常生活产生一定的积极影响。