浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 溫作銳

基于WiFi控制的智能繼電器模塊設(shè)計(jì)

浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 溫作銳

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使用手機(jī)軟件控制電器工作越來(lái)越普遍。設(shè)計(jì)一款全新的智能電器控制系統(tǒng)難度大、耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。本文設(shè)計(jì)一款基于WiFi控制的智能繼電器模塊，通過(guò)改裝電器，通過(guò)手機(jī)軟件控制智能繼電器模塊的通斷實(shí)現(xiàn)電器的通斷電功能，達(dá)到智能化的效果。

STM8；WiFi；繼電器

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使用手機(jī)APP控制電器工作越來(lái)越普遍。為了達(dá)到電器智能化，降低成本，設(shè)計(jì)一款基于WiFi控制的智能繼電器模塊十分有必要，通過(guò)繼電器的通斷控制電器的上電與斷電，達(dá)到智能控制的效果。

1 設(shè)計(jì)方案

本文采用STM8微控制器作為核心控制模塊，通過(guò)esp8266 WiFi模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，設(shè)計(jì)手機(jī)軟件APP發(fā)送數(shù)據(jù)，控制器接收信息后經(jīng)過(guò)處理控制繼電器模塊通斷并返回處理信息至手機(jī)APP進(jìn)行顯示。在原有的用電設(shè)備上加裝智能繼電器模塊，通過(guò)手機(jī)控制繼電器的通斷達(dá)到用電設(shè)備的通斷電，實(shí)現(xiàn)智能化的效果。系統(tǒng)的方案示意圖如圖1所示。

圖1 智能系統(tǒng)方案示意圖

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能繼電器模塊需要體積小、集成度高、方便嵌入等特點(diǎn)，根據(jù)各芯片的功能特點(diǎn)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)最小控制模塊、WiFi通訊模塊和繼電器控制模塊。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案圖

2.1 單片機(jī)最小控制模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用STM8單片機(jī)作為主控制芯片。STM8系列單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位的單片機(jī)，具有處理速度快、功耗低、外部資源豐富等特點(diǎn)。根據(jù)芯片手冊(cè)以及功能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)了單片機(jī)的復(fù)位電路、電源電路、晶振電路，并引出部分I/O口資源，方便功能的擴(kuò)展。

2.2 WiFi通訊模塊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的通訊模塊為樂(lè)鑫ESP8266，是一個(gè)完整且自成體系的 WiFi 網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨(dú)立運(yùn)行，也可以作為 slave 搭載于其他 Host 運(yùn)行。ESP8266 強(qiáng)大的片上處理和存儲(chǔ)能力，使其可通過(guò) GPIO 口集成傳感器及其他應(yīng)用的特定設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了最低前期的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行中最少地占用系統(tǒng)資源。ESP8266 高度片內(nèi)集成，包括天線開(kāi)關(guān)balun、電源管理轉(zhuǎn)換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模塊在內(nèi)的整個(gè)解決方案在設(shè)計(jì)時(shí)將所占PCB空間降到最低。WiFi通訊模塊設(shè)計(jì)的電路原理圖如圖3所示。

圖3 WiFi模塊電路

2.3 繼電器控制模塊

當(dāng)微控制器通過(guò)WiFi模塊接收手機(jī)APP發(fā)送的數(shù)據(jù)后會(huì)進(jìn)行分析處理，根據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行繼電器動(dòng)作。繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)程序與下位機(jī)程序。下位機(jī)程序涉及到單片機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸、處理、判斷、控制；上位機(jī)程序主要包括手機(jī)APP軟件設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)的通訊。

3.1 上位機(jī)程序

系統(tǒng)的上位機(jī)程序需要設(shè)計(jì)手機(jī)APP軟件。用戶通過(guò)操作手機(jī)APP，控制繼電器的通斷達(dá)到用電設(shè)備的通斷電。用戶根據(jù)手機(jī)頁(yè)面提示操作發(fā)送數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程的繼電器；同時(shí)手機(jī)也能接受遠(yuǎn)程發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示，方便用戶了解遠(yuǎn)程設(shè)備的狀態(tài)。

3.2 下位機(jī)程序

系統(tǒng)的下位機(jī)程序需要設(shè)計(jì)嵌入式單片機(jī)程序。單片機(jī)通過(guò)WiFi模塊接收手機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后判斷，控制繼電器動(dòng)作，并把繼電器的狀態(tài)發(fā)送給手機(jī)。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于WiFi控制的智能繼電器模塊，可以在原有的電器上面進(jìn)行改裝，通過(guò)控制繼電器的通斷實(shí)現(xiàn)電器的通斷電，達(dá)到智能化的效果。經(jīng)過(guò)測(cè)試該模塊具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值和市場(chǎng)前景。

[1]劉繼中．一種基于WiFi的智能插座控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．大連海事大學(xué),2016．

[2]張小紅．基于Android的無(wú)線智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]．電子科技大學(xué),2016．