摘 要

如今社会经济快速发展，无线网络技术不断更新，信息技术随之对智能家居发展产生了极其巨大的影响。智能家居的重要组成部分之一，智能插座，毫无疑义地成为了智能家居的一个重要的研究课题。经过对Wi-Fi智能插座控制研究调查，我发现，当下市场是的绝大多数的产品存在系统安全性欠缺、技术标准不统一、交互性不强和通信不稳定等问题。本设计利用Wi-Fi无线通信技术，设计了一个智能插座，能够在局域网环境下，通过手机APP完成对智能插座的定时控制，从而能够为不管是公司还是家庭提供功能齐全和通信稳定的智能插座系统。本设计中的智能插座控制系统包括两个部分：手机APP和智能插座硬件，完成了以下工作：

首先，设计了插座的硬件与开发与插座相关的软件开发。插座选取ESP8266芯片作为Wi-Fi模块，并将变压器和继电器等模块连接到外围电路中，组装好外壳制作出本设计的插座的成品。另外，软件方面编写程序使插座连接到阿里云物联网平台，并利用手机APP，实现对智能家居系统的远程管理。用户能够通过手机APP上的按键完成智能插座的开关、在手机APP里设置定时等操作。本文还对智能插座的每个所提及到的功能模块做了功能测试。功能测试的结果显示，设计的智能插座能够非常稳定地接收数据，其完成了系统的预期设计目的，达到了用户的使用要求。

关键词：插座；智能家居；Wi-Fi；系统测试

Abstract

Nowadays, with the rapid development of social economy and the continuous updating of wireless network technology, information technology has a tremendous impact on the development of smart home. Intelligent socket, one of the important components of smart home, has undoubtedly become an important research topic of smart home. After investigating the control of Wi-Fi smart sockets, I found that most of the products in the current market have problems such as lack of system security, inconsistent technical standards, weak interaction and unstable communication. This design uses Wi-Fi wireless communication technology to design an intelligent socket, which can complete the timing control of the intelligent socket through mobile APP in LAN environment, thus providing a fully functional and stable intelligent socket system for both companies and families. The smart socket control system in this design includes two parts: mobile phone APP and smart socket hardware. The following work has been accomplished:

Firstly, the hardware of the socket and the software development related to the socket are designed. ESP8266 chip is selected as the Wi-Fi module of the socket. Transformer and relay modules are connected to the peripheral circuit, and the shell is assembled to make the final product of the socket. In addition, the software is programmed to connect the socket to the Aliyun Internet of Things platform, and the remote management of smart home system is realized by using mobile APP. Users can complete the switch of smart socket and set timing in mobile app by keys on mobile app. This paper also tests the function of each function module mentioned in the intelligent socket. The result of function test shows that the designed intelligent socket can receive data very stably, and it achieves the expected design purpose of the system and the user's requirements.

Key Words：Socket; Smart Home; Wi-Fi; System Testing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 智能插座简介 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文篇幅安排 2

第2章 智能插座技术 4

2.1 ESP8266简介 4

2.1.1 什么是esp8266 4

2.1.2 什么是ESP-12F 5

2.2 阿里云物联网平台简介 5

第3章 系统的硬件设计与实现 8

3.1 智能插座的原理图设计 8

3.1.1 Wi-Fi模块 9

3.1.2 电压转换模块 9

3.1.2.1 220V转5V模块 9

3.1.2.2 5V转3.3V模块 10

3.1.3 继电器模块 10

3.2 PCB板的制作 11

3.3 插座的组装 15

3.3.1 安装电源模块 15

3.3.2 组装插座外壳 15

3.3.2.1 线的处理 15

3.3.2.2接线 16

3.3.2.3 将外壳封装 17

第4章 系统的软件设计与实现 18

4.1 连接阿里云 18

4.1.1 获取认证三元组 18

4.1.1.1 开通平台 18

4.1.1.2 创建产品和设备 18

4.1.1.3 获取认证三元组 19

4.1.2 下载官方SDK并在IDE中编译 19

4.2 通过手机APP控制插座开关 20

4.3 加入定时器中断 21

4.3.1 加入硬件定时器 21

4.3.2 走时 21

4.4 加入系统任务 22

4.5 加入网络授时 23

4.5.1 初始设置 23

4.5.2 每次上电瞬间授时一次 23

4.5.3 每天0点授时一次 23

4.6 加入定时功能 24

第5章 系统测试与分析 26

5.1 连接阿里云物联网平台 26

5.2 通过手机APP控制插座开关 27

5.3 加入定时器中断 28

5.4 加入系统任务 28

5.5 加入网络授时 28

5.6 加入定时功能 29

第6章 总结与展望 31

参考文献 32

致谢 34

附录 35

2. 绪论
   1. 智能插座简介

当今社会，物联网，信息技术综合应用的代名词——物联网，带来了信息产业的第三次腾飞，绝大多数国家视其为未来发展的关键领域。显然，它将影响政治、军事、经济和环境的各个方面，并将极大地改变人们未来的生活。

如今科学技术飞速进步，经高速发展，人们物质生活水平极具提高，与之相伴的是人们对家庭环境的要求越来越高。家庭智能的核心部分——智能家居控制系统，毫无疑问地变得越来越重要。^【1】国民经济未来发展的必然趋势是对智能家居控制的发展和建设。智能家居控制器使家居控制更加方便和高效。

Wi-Fi无线网络全覆盖已经基本实现，当前物联网技术应用的研究热点是怎么样充分利用Wi-Fi无线网络实现智能控制。采用通用的Wi-Fi芯片ESP8266实现了远程无线控制功能呢，使控制各类家居更加高效和方便。

Wi-Fi智能插座作为一种创意产物，它利用了家庭中的Wi-Fi，让智能手机或平板等设备在联网条件下，能通过手机App完成启用或者关闭指定设备的操作。而且由于智能插座可以将设备断电，用智能插座控制后就能使电热水器、电视机等大待机功率的电器随用随开，每年就能节省相当多的电费。

插座，在过去只是作为普通的电器连接器，如今却变成了智能化产品，还拥有独立操作系统。^【2】从前不在家时不能完成的家务事，通过智能插座在让设备独立完成，让用户的生活更加便利。有了Wi-Fi智能插座，旅游外出，晚上可以远程打开家中灯光，让窃贼远离你的家。有了Wi-Fi智能插座，鱼儿再也不用累得24小时拼命游泳健身，因为家里的鱼缸可以实现定时换气。有了Wi-Fi智能插座，再也不用担心“熊孩子”在家偷着玩电脑，不好好学习。智能插座不仅仅带来贴心的功能，还有智能家居设计思路的变革，真正给用户带来简单方便.

• 1. 国内外研究现状

智能插座是智能家居的一部分，在这个领域可以称得上是重要分支，因而不可避免地深深受到智能家居发展所影响。智能家居普遍被定义为:将住宅作为平台，运用综合布线技术，自动控制技术，安全防范技术，网络通信技术，视频技术等多种技术将家居生活有关的各个设备与互联网互联互通。^【3】