[发明专利]一种互联网远程控制插座系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于互联网协议的远程自动化插座系统。

背景技术

网络的普及使许多设备都享受上了联网的便利。目前,基于 19 世纪末提出的家电联网(即智能家居)的概念已经被研究人员和厂商广为接受,并制作出了一系列的服务与成品,并应用于智能家居中。现有的物联网开关控制系统大多具有以下特点：（1）近距离一般采用蓝牙、Zigbee等通信协议,远距离一般使用 GSM;（2） 具有对应的 iOS 或者 Android 系统的客户端;（3） 不同厂商只针对其特定电器制造远程控制协议。而这些特点往往会对应产生如下问题：（1）使用成本低的协议一般不能实现远程控制，比如蓝牙。可以远程控制的协议使用成本高，比如GSM。（2）不能照顾所有客户端，而且多个客户端维护复杂。（3）要控制家中多个电器，则必须使用多个终端／软件／协议，不能集中管理且用户操作麻烦。

因此，实现一种低通信成本，良好的协议与终端兼容性的远程控制插座系统能更好地促进家电联网系统的推广，具有现实意义与良好的前景。

发明内容

本发明实现一种基于互联网协议的自动化插座系统。使用HTTP、TCP等互联网协议来承载插座与用户终端间的控制信号，降低了使用成本；同时使用网页的形式来控制家电,从而兼容绝大部分手机、电脑及平板等设备的系统；并使用用插座来控制电器,避免不同的电器使用不同的协议。结合路由器使用，可以实现局域网控制或互联网远程控制（互联网远程控制需要路由器支持端口映射）的功能。

本发明说明的系统由核心主控制部分、网络解析部分、电源电路部分、模式切换开关部分、继电器驱动部分和计算机端的软件部分组成。其主要结构包括单片机、继电器、网络处理芯片、隔离地变压器、电源电路开关，各个模块间通过插接件互相连接。

（1）所述核心控制部分采用的单片机为STM32F103C8T6，其工作电压为2.0～3.6V，拥有64KB flash,20KRAM,采用LQFP48封装。具有较小的体积与功耗，同时具有较强的性能，足以满足插座系统的要求。核心控制部的网络服务运行在前后台系统上，前后台系统在满足基本需求的前提下占用内存小，占用代码少，而且结构简单。

（2）所述网络解析部分，使用的是ENC28J60以太网模块和HR911105A网口。ENC28J60符合IEEE 802.3 的全部规范,采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部 DMA 模块,以实现快速数据吞吐和硬件支持的 IP 校验和计算。

（3）所述电源部分，考虑到体积和安全性，电源采用220V 转12V、3.3V 的开关电源模块（如图3）。3.3V 给和网络电路供电，12V 给继电器供电，并做了隔离地处理（数字地与模拟地隔离），防止继电器开关时对主电源的干扰。

在智能插座中，存在模拟信号（继电器控制信号）与数字信号（单片机控制信号）。而数字信号一般为矩形波，带有大量的谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形，而且电路损耗的电压（为（数字信号电流+模拟信号电流）X走线电阻）也会增加。故将数字地与模拟地隔离有利于插座的工作。

（4）所述模式切换开关部分，插座有一个实体的双控开关。分为对应智能插座的两种模式：智能模式和直通模式。在智能模式下,各个插口的开关可以根据指令变化，即可通过登录插座系统的小型WEB服务器通过网页打开或关闭某个插口。在直通模式下,开启所有插口，忽略网络开关控制指令，即三个插口处于打开状态且无法通过网页打开或关闭某个插口。

许多智能开关中大多缺少稳固的安全措施。特别是基于互联网的智能开关，在黑客的攻击下，电源的控制权限可能会被夺取。因此需要一个模式能在加固防火墙或修补网络漏洞时能强制使用物理开关的模式。而且在网络不稳定时，控制控制信号有时候不能正常地传递。因此一个模式切换电路在各种智能插座中具有一定的实用价值。

（5）所述继电器驱动部分，使用3路继电器分别控制三个插口,每个继电器最大输入电压为250V，最大输入电流为10A。控制电路采用PC817光电耦合器来隔离信号,防止干扰,使用D3、D5、D7三个二极管来消除继电器反向电压,保护三极管。