中国仪器仪表 CHINA INSTRUMENTATION 2010年 第10期
APPLICATION RESEARCH 应用研究
智能插座在智能家居系统中的设计和应用
The Design and Application of Smart Power Outlet in Smart Home System
1）控制功能。智能插座应能通过开断电源，来控 制插座上电器的供电，或对电器的通信口发命令帧控 制，控制的家电包括空调、电饭煲、电热水器等。
2）通信功能。智能插座要与主控制器进行通信， 将 数 据 传 送 给主 控制器或响应 主 控制器的命令，保证 智能家居系统的正常工作。智能插座与主控制器构成 有效的通信网络，通信应快速稳定。
Internet
手持控制器
C V 嵌入式控制器
Hale Waihona Puke 远程端 本地端普通插座
智能插座
图1 普通插座和智能插座外观对比图
（3）主 路 控制型智能 插座。该 类 型 插座一 般有一 个主路，其它为辅路。如电脑主机断电后，判断出该主
路无电 流 ，则切断 整 个插 座 的电 源，这 样当电 脑 关 机
后，可以将 辅 路上 的 其 他 设 备如 显 示 器 、音 箱 等 也 进
2 智能插座发展现状
传统的电源插座功能仅是分配多路电源，而智能 插 座 除具 备 该 功 能 外，还 具 有 智能 化的 特点，普 通 插 座 和 智能 插 座 从 外 形 到功 能 均 有 较 大 不同，如图1所 示。目前市场上已经出现了多种不同功能的智能插座， 主要可以分为以下几类：
（1）漏电保护型智能插座。该类插座具有漏电保 护、超 限 断电等 功 能，当发现 超 过一定 幅 值 的电 流 未 与 零 线 构成 回 路，认 为 漏电并 立 刻 切 断 供电，同时 在 输入电压过高、用电负荷异常时可自动切断电源，保护 电器。
4 智能插座的功能与实现
4.1 智能插座功能要求
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为 满足智能 家 居系 统 的需 求，我们 需 要设 计出新 型的智能插座，其必须具有智能化、信息化的特点，除 具有电源分配功能外，还应该具备以下功能：
关键词：物联网 智能家居 智能插座 ZigBee
Abstract：The paper int roduces the desig n and application of smart power outlet in smart home system. Smart home system is one of the main applications of the internet of things, and smart power outlet will play an important role in smart home system. Key words：The internet of things Smart home system
（2）主控制器。主控制器包括嵌入式控制器和手 持式控制器，嵌入式控制器一般固定安装在入户处， 手持式控制器则可以在户内任意地点使用。主控制器 可以 通 过 按 键，查 看或 控制智能 家居系 统内所有设备 的状态，如对电器开关、状态监测、灯光控制、安防控 制等。
（3）本地和远程 控制端。本地计算 机可通 过有 线 方式与嵌 入式主控制器连接 通信，结合计算 机端 的监 控 软件，可以方便 地 在计 算 机 上 对 家居系 统 进行 参 数设 置和状态 查看。而嵌 入式主控制器被 连接到 I nt e r n e t网络上，用户可利用远程端的上网计算 机 进行 远 程 登 录 设 置，同时，用户也可以在手机 上利用3 G 公 网登录 I nt e r n e t，实现 远程 操作。远程 操作必须有相应 的接入许可措施，保证智能家居系统的安全性。
（2）定时型智能插座。该类插座主要为用户分时 用电而设 计。例 如 在电价 便 宜 时启动电 热 水 器、洗 衣 机 等 工作，从而 节约电费。该 类 插座一 般 具 有 时钟功
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能，可 对 插 座 中的 每 一 个插口进 行 编 程 ，控制电 源 定 时开断。
3）监测功能。该功能可以监测负载当前的工作状 态，如电 压、电 流、功 率 、用电 量 等，用户可以分 析电 器的负荷情况、运行功率、待机功耗等，为用电提供参 考。
4）其它功能。如定时供电，异常保护等。 4.2 智能插座设计实现
智能插座的硬件原理框图如图3所示，可以看出整 个电 路系 统以微 处 理 器（M C U）为核心，包 括功 率控 制、信号测量、电源转换、通信模块等部分。
行断电，从而减少待机功耗，提高用电安全性。
（4）遥控型智能插座。插座中的每一路都可以由 无线遥控器进行远程控制，该类插座一般需要同时配
一 个 无 线 遥 控器，通信 方 式一 般 为 红 外或 小无 线，也
可声控。
（5）计量型智能插座。这类插座的功能类似于单 相多功能电表，它可以计量插座中用电设备的电压、电
智能 插 座 的 软件 采 用前台中断 加 后 台处 理 的 方 式，后 台程 序 包 括 通 信 帧 处 理、测 量 数 据 处 理、电 源 控制 等几个 部 分，前台采 用中断 快 速响 应 主 控制 器 的 命令。智能 插座需要 指定 通信网络地 址和 设备地 址， 网络地址需与主控制器一致，设备地址在网络中具有 唯一性。
负载
控制信号 功率控制
~220V~
信号测量
SPI
MCD UART 微处理器
通信模块
DC 电源转换
图3 智能插座电路框图
4.2.1 微处理器 微 处 理 器为电 路系 统 的 核心，负责 整 个系 统 的 测
量、控制、通信、管理，我们需要选择电磁兼容性能较 好的16bit或32bit微处理器，如STR711，并加硬件开门 狗防止死机。 4.2.2 电源转换
该部分将220V的交流电压进行AC-DC变换，输出 电路系统中需要的直流电压，如+5V、+3.3V，输出功率 要满足系统工作要求，并考虑电磁兼容性能。 4.2.3 功率控制
由微处理器控制继电器的开合，来改变负载的供 电，继电器的容量要高于负载的最大功率，继电器回 路需加二极管和电容器件，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。 4.2.4 信号测量
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智能家居是物联网的主要应用之一，它以家庭住 宅 为 平台，利用先 进 的 计 算 机 技 术、通 信 技 术、传感 器 技 术、控制技 术 等，将 各种 家用电子设 备 进行 集 中 的 控制和 管 理 ，从而创造 出高 效、舒 适、安 全、便 利、 环保的居住环境。本文介绍了智能插座在智能家居系 统中的应用，以及新型智能插座的设计方法。
参考文献 1 齐楠,韩波,李平. 基于ZigBee的智能家庭无线传感网
络. 机电工程,2007,24(2). 2 郑娴,姚铭. 智能家庭网络的研究现状与发展趋势.
智能建筑与城市信息,2006(8). 作者简介：徐伟（1980-），男，工程师，硕士。目前主要从事通信
及信息产品的研发工作。

5 总结
本文介绍了新一代智能插座的功能和设计方法， 它具 有 智能 控制、本 地 监 测、通信 组 网等 多种功 能， 将满足智能家居系统和物联网的发展需求。智能 插 座的应用不能单一实现，它必须与智能家居系统相配 套，并 在 系 统 中发 挥 作用。随 着智 能 家 居系 统 的 快 速 发展，智能插座的应用将越来越广泛。
主，产品功能较为单一，很难实现信息化和远程控制，
还无法达到智能家居系统的应用要求。
3 智能插座与智能家居
智能插座的未来发展是成为智能家居的组成部 分，智能家居是物联网的重要应用，它将融合自动化控 制系 统、计 算 机 网络系 统 和网络 通讯 技 术 于 一 体，将 各种家庭设备如家电设备、照明系统、安防系统、网络 家电等通过智能家庭网络联网实现自动化，图2为一个 智能家居系统的典型框图。
输入的电压、电流强电信号 先通过分压电阻、锰 铜片等转换为弱电信号，再输入给专用的计量芯片，如 AT T 70 2 2 B，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MCU抄取后处理。测量精度等级可达1.0级。 4.2.5 通信模块
Smart power outlet ZigBee

1 引言
物联网（The Internet of Things）是指在物理世 界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行 能力的嵌入式系统，使之成为“智能物体”，通过网络 设施实现信息传输、协同和处理，从而实现物与物、物 与人 之间的互 联。物联网代 表着 下一代信息 技 术 的发 展 方向，预 计将 在10 年内大 规 模 普及，发 展 成 为 一 个 上万亿元规模的高科技产业。
徐 伟 姜元建 王 斌 （南瑞集团信息通信技术分公司，
江苏 南京 211100）
摘 要：智能家居是物联网的主要应用之一，它将实现 家居的智能化和信息化。智能插座是智能家 居的组成部分，它具有供电远程控制、用电状 态监测、通信组网等功能，目前市场上的智能 插座功能还达不到智能家居系统的要求，因此 我们需要设计出新型智能插座。该产品随着智 能家居系统的推广，将拥有良好的市场前景。
流、功 率、电能值等。该 类 插座一 般 配 有 按 键 和 L C D 屏，也可将数据传送到电脑上，分析设备的用电情况。
图1中的智能插座即为此类。 由以上几类智能插座的分析可以得知，智能插座
内部 均 集 成了微 处 理 器芯片，可 进 行 智能 处 理 ，但目