基于WiFi的智能插座畢業(yè)論文

1、摘 要生活中插座的應用極其普遍，家用電器待機損耗，造成了電能的浪費。此論文論述和分析了當今社會中插座的發(fā)展歷史、現狀，比較當前普通的插座的不足，提出新的設計方案和解決方法基于WiFi的智能電源插座設計。過去，插座只是普通的連接器件，如今轉變成為了擁有獨立操作系統(tǒng)的新型智能設備。以往出門在外無法掌控家里的電器工作，如今可以通過手機APP控制WiFi智能插座讓家電獨立完成工作，給生活帶來了許多的便利。關鍵詞：WiFi；智能插座；遠程控制AbstractThe use of socket in life is very common, household appliances standby los

2、s, resulting in a waste of energy. This paper discusses and analyzes the development history and current status of the socket in today's society, and compares the disadvantages of the current common socket, and puts forward a new design scheme and solution. In the past, the socket is just a comm

3、on connection device, and now it has changed into a new type of intelligent equipment with an independent operating system. In the past to go out home can not control the work of the home, and now can be controlled by mobile APP，WiFi smart socket to allow the appliance to complete the work independe

4、ntly, to bring a lot of convenience to life.Keywords：WiFi;Smart socket; Remote control目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第1章 緒 論11.1 研究意義11.2 發(fā)展趨勢11.3 本設計的市場前景2第2章 系統(tǒng)方案設計及分析32.1 智能WiFi插座的設計方案32.2 現階段智能插座控制方式對比32.3 智能WiFi插座功能簡介42.4 工作原理框圖5第3章 智能WiFi插座硬件設計63.1 主控部分63.2 5V變壓模塊93.3 繼電器模塊11第4章 實物制作134.1 焊接前處理134.2 進

5、行焊接134.3 后續(xù)處理13第5章 軟件系統(tǒng)設計175.1 搭建編譯環(huán)境175.2 下載OpenWRT源碼195.3 配置OpenWRT源碼205.4 代碼修改215.5 編譯固件235.6 固件寫入開發(fā)板245.7 配置OpenWRT系統(tǒng)26第6章 手機端應用開發(fā)276.1 Android系統(tǒng)簡介276.2 Android系統(tǒng)結構276.3 Android APP流程圖296.4 Java SDK環(huán)境搭建306.5 Android開發(fā)環(huán)境搭建306.6 建立Android項目316.7 編譯Android程序32第7章 軟硬件調試與實現337.1 硬件調試337.2 軟件調試337.3 系

6、統(tǒng)調試結論38第8章 總結和展望398.1 總結398.2 展望40參考文獻41致謝42附件143AR9331芯片引腳圖43AR9331模塊電路圖44附件2 中英文翻譯45中文翻譯45英文原文56IV山東科技大學本科畢業(yè)設計（論文）第1章 緒 論1.1 研究意義WiFi智能插座是一款新興的智能化產品，它利用WiFi網絡建立起與手機的通信，用戶通過手機App操作就能打開或者關閉指定的電器。因為可以做到隨時隨地對家電的控制，使待機功率較大的電器可以做到完全斷電、隨用隨開，同時也能省下電費，達到節(jié)能減排、綠色環(huán)保的目的。隨著人們生活質量的提高，借著互聯網+、物聯網概念的東風，智能家居概念越來越深入人

7、心。而采用全套智能化家居系統(tǒng)的費用很高，而且技術更新快，產品容易過時，對于已經交付使用的住房來說，改造起來更為復雜。而利用智能WiFi插座，不需要破壞當前家庭裝飾，不需要家庭網關，就可以把原本不智能的家用電器智能化，體驗到智能家居的便利。1.2 發(fā)展趨勢“物聯網”、“智能家居”是近幾年大火的幾個詞語。物聯網和智能家居是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。據預測，2020年物聯網設備數量將達到250億件，在2016年物聯網產業(yè)就會達到近5000億元的規(guī)模?；谖锫摼W技術的智能家居正逐步走向千家萬戶。如今，智能家居更是國內創(chuàng)業(yè)者、各大互聯網巨頭和家電廠商關注的焦點。各種

8、智能家居產品層出不窮，智能家居市場一片繁榮。0而智能插座作為智能家居中重要的一種形式，必將成為人們日常生活中必不可少的必需品，將會廣泛用于個人家庭以及一些公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。同時會為節(jié)能減排做出不小的貢獻。1.3 本設計的市場前景目前市場上排插的功能單一，只能通過手機APP控制插座通斷，以及提供一個小電流的USB接口。而本設計不僅可以單獨控制兩路插座開關，還具有定時通斷功能，同時提供最大4.8A的USB電流輸出，還帶有網線接口，可實現路由功能、遠程開電腦功能等。第2章 系統(tǒng)方案設計及分析2.1 智能WiFi插座的設計方案智能WiFI插座設計包括硬件和軟件兩部

9、分。硬件是電路的物質基礎。它在軟件的協(xié)調配合下運行，實現系統(tǒng)功能控制，完成控制任務。硬件包括:電源、變壓器部分、控制部分、繼電器部分等。控制系統(tǒng)的軟件，指的是它的全部程序，包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。2.2 現階段智能插座控制方式對比智能插座就是一個互聯網時代賦予智能化的開關控制器。根據不同的控制介質，可以分為以下幾種控制方式：1.紅外遙控。紅外技術出現年代久遠，技術較為成熟。但其有方向局限性，而且家中過多的紅外設備易被干擾，造成控制混亂。2.藍牙遙控。一般采用手機控制。它相較于紅外技術有傳輸速度快、距離遠、安全性高等優(yōu)勢，但是想要進行遠程控制就難以實現了。而且藍牙信號容易被家中2.4Ghz

10、的WiFi信號所干擾，影響其實際遙控范圍。3.GSM技術。通過安裝SIM卡的手機或其他通信工具向帶有GSM通訊模塊的插座發(fā)送指令來控制插座。優(yōu)點是可以實現遠程通信，但在通訊過程中會產生流量費用或短信費用，使用過程中會帶來昂貴的開支。4.WiFi技術。手機電腦等設備通過無線模塊連接無線信號，向指定的IP地址發(fā)送指令即可控制插座。此方式既可以實現遠程控制，又不會產生額外的費用。綜上所述，WiFi技術相對其他控制方式優(yōu)勢明顯，而且具有成本較低、整合度高、安全性強、開發(fā)方便等優(yōu)點。2.3 智能WiFi插座功能簡介該智能WiFi插座通過手機APP實現遠程控制，其主要功能如下：2.3.1 控制插座開關可以

11、遠程控制兩路插孔獨立開關，以及一路USB插口開關，并可以查看插座的開關狀態(tài)，了解家中設備實時信息。無論是在廚房、辦公室還是出差外地，只要是有網絡的地方，都可以通過智能WiFi插座控制家里的任何電器。2.3.2 離線檢測功能用戶若離開家門，可以自動檢測并關閉插座，保障家庭用電安全。2.3.3 遠程開電腦功能利用WOL功能（主機遠程喚醒，Wake on Lan，是由網卡配合其他軟硬件，通過給處于待機狀態(tài)的網卡發(fā)送特定的數據幀，實現電腦從停機狀態(tài)啟動的一種技術。）通過網線與計算機連接，可以控制電腦遠程開機。2.3.4 定時功能可以對插座設置計劃任務，定時的開關插座、定時開關電腦。2.3.4 安全保護

12、內置10A保險絲、防雷電阻。防雷擊、防短路，保護電器以及人身安全。2.4 工作原理框圖圖2.1 工作原理框圖第3章 智能WiFi插座硬件設計在硬件設計過程中，較多的考慮了最終產品的體積以及性能，決定使用AR9331芯片的開發(fā)板用作主控部分，用GPIO控制繼電器繼而控制插座的開關。硬件設計如下：3.1 主控部分AR9331是高通Atheros開發(fā)的WiFi芯片，支持路由和中繼功能，具有高性能低功耗的特點。它支持多用戶同時連接，可以接收手機、平板通過WIFI發(fā)送過來的控制信號，實現手機、平板的無線遙控功能。 AR9331支持USB接口攝像頭，可以實現圖像和音頻通過WIFI傳輸，實現手機、平板的遠程

13、監(jiān)視功能。 該模塊的體積小、功耗低，是做控制器、手機遙控器、視頻監(jiān)視器的最佳選擇。 3.1.1 模塊參數概述表3.1 硬件規(guī)格處理器Atheros AR9331內存32MB DDRFlash8MB NOR無線速率2.4G，1T1R 最高達72Mbps接口1x10/100Mbps 自適應WAN/LAN1xUSB2.02xGPIO表3.2 無線參數協(xié)議標準IEEE 802.11b.g.n基本功能無線開關SSID 廣播開關2.4G 信道選擇頻段帶寬可選20M/40M輸出功率IEEE 802.11n13dBm72Mbps（OFDM 模式）IEEE 802.11g16dBm54Mbps（OFDM 模式）

14、IEEE 802.11b18dBm （CCK 模式）接收靈敏度CCK 11 Mbps -82dBmOFDM 6 Mbps -85dBmOFDM 54 Mbps -70dBm無線安全無線 MAC 地址過濾無線安全功能開關64/128/152 bit WEP 加密WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2安全機制WPS 快速安全設置表3.3 軟件功能實用功能ADSL&DHCP 自動登錄支持 IE、 Firefox、 Safari、 Chrome 主流瀏覽器QOS（WMM，帶寬控制功能）DDNS工作模式AP/Router/WDS 模式網絡設置WAN 連接類型支持：PPPOE、動態(tài) I

15、P、靜態(tài) IPMAC 地址修改與克隆3.1.2 模塊特性表3.4 技術指標項 目技術指標單 位備 注工作電壓5V±0.1v額定電流500mA最大功率輸出無線通訊IEEE802.11b/g/n額定功率16dBm通訊協(xié)議（UART/GPIO）開機啟動時間25s射頻端口駐波1.3數據傳輸最大通訊距離100m空曠距離圖像傳輸最大通訊距離80m產品特點 ：1.支持802.11b/g/n 無線標準 2.支持 ios 系統(tǒng)、android 系統(tǒng)、支持多用戶操作（10個以上） 3.完全集成的串口轉 Wi-Fi 功能，無需加載任何外部軟件 4. 5V 單電源供電，低功耗，適于電池供電應用 5.支持 U

16、ART/GPIO 數據通訊接口 6.支持 STA/AP 工作模式 7.支持 Smart Link 智能聯網功能8.可選內置板載或外置天線9.傳輸距離：（80m） 3.2 5V變壓模塊5V變壓模塊用來給主控模塊以及USB接口供電。為減小插座成品的體積，增強5V電流輸出能力，因此選用一體封裝的HA05N48 5V變壓模塊。3.2.1 模塊概述輸入電壓：85265V AC 50/60Hz輸出電壓：5V DC 輸出電流：4.8A體積：25x39x22mm效率：80%隔離電壓：3000V DC工作溫度：-20+85空載功率小于0.1W達到歐洲之星標準符合RoHS標準3.2.2 模塊特點1.滿足CE要求2

17、.超小型體積3.全球通用電壓輸入（85265VAC） 4.低紋波、低噪聲5.輸出過載短路保護功能6.效率高、功率密度大7.產品設計滿足EMC及安規(guī)測試要求3.2.3 模塊電路圖3.1 模塊電路圖表3.4 元件參數及作用分析元件名稱作用參數FUSE保險絲保護電路10A 250VRV 壓敏電阻在雷擊浪涌時保護模塊14D471KR1泄放電阻模塊掉電后，消耗電容能量1M 1WCX1-X2安規(guī)電容抑制差模信號干擾0.1uF 275VLCM共模電感抑制共模信號干擾，提高設備抗干擾能力及系統(tǒng)可靠性UU9.8/uf9.8mH電感CY1-Y2電容222M 250VCY2-Y2電容222M 250VC1濾波330

18、0uF 16VLDM5.0UH棒形電感C23300uF16VC3104 50V3.3 繼電器模塊3.3.1 繼電器介紹繼電器是一種控制器件，它是使用小電流來控制大電流的自動開關。按繼電器的工作原理或結構特征分類可分為電磁繼電器、固體繼電器、溫度繼電器、舌簧繼電器、時間繼電器、高頻繼電器和極化繼電器等。本次選用歐姆龍電磁繼電器，型號為G5LA-14的5V單刀雙擲繼電器。3.3.2 電磁繼電器工作原理如圖3.3所示，電磁式繼電器由鐵芯（iron core）、線圈（coil）、銜鐵（Armature）、觸點簧片（Contact）等部件組成的。當電磁繼電器的線圈通電后，線圈中的鐵心構成電磁鐵，形成強大

19、的電磁力。電磁力吸動銜鐵，將觸電簧片撥向常開觸點。此時，電路導通。反之，線圈斷電后，電磁力消失，觸點簧片在彈簧的拉伸下回到常閉觸點。此時，電路斷開。圖3.3 電磁繼電器內部結構3.3.3 繼電器模塊電路如圖3.4，兩路繼電器分別由AR9331主控模塊的GPIO7、GPIO14控制。當GPIO輸出高電平時，經過三極管放大，LED發(fā)光，繼電器開啟，插孔通電；當GPIO輸出低電平時，三極管截至，LED熄滅，繼電器關閉，插孔斷電。圖3.4 繼電器模塊電路圖第4章 實物制作此次實物制作選用了兩塊洞洞板作為電路板，根據原理圖進行排布焊接。4.1 焊接前處理1.觀察檢測元器件質量是否可靠，參數是否正確。2.

20、在電路板上刷一層松香，便于焊接時上錫。3.對電烙鐵進行預熱、鍍錫。4.2 進行焊接1.將元件裝在電路板上2.用烙鐵頭融化一點松香，再將烙鐵頭與焊錫絲同時對準焊點。3.將烙鐵頭與焊錫絲同時接觸焊點，使焊錫絲融化。4.等焊錫浸潤焊點后，先將焊錫絲移開，再將電烙鐵移開。重復步驟，直到各個元件焊接完畢。4.3 后續(xù)處理1.將元件過長的針腳剪掉2.檢查沒有問題，裝進外殼里測試。3.調整安裝位置，美化插座外殼。最終制作的智能WiFi插座實物圖如下：圖4.1 插座內部整體結構圖4.2 AR9331主控模塊圖4.3 5V變壓模塊圖4.4 雙路繼電器模塊 圖4.5 插座外觀展示第5章 軟件系統(tǒng)設計AR9331模

21、塊可以安裝開源的OpenWRT系統(tǒng)，OpenWRT是一個基于Linux內核的嵌入式操作系統(tǒng)，主要應用于嵌入式設備和路由器。它主要由Linux內核、util-linux、uClibc、musl和busybox構成。Openwrt的所有組件都優(yōu)化到足夠小，以便適合塞進嵌入式設備有限的存儲空間中。用戶可以使用命令行界面或者網頁界面（Luci）來配置OpenWRT。目前通過opkg軟件包管理系統(tǒng)可以安裝大于3500個可選軟件包。OpenWRT可以運行在各種類型的設備中，其中包括路由器、住宅網關、智能手機甚至是基于x86的電腦上。OpenWRT可以使用任何支持Linux系統(tǒng)的硬件，例如USB接口的打印機

22、、網卡、攝像頭、聲卡等?？梢灾С諷AMBA、NFS和FTP文件共享，內置播放器進程，提供音視頻流媒體功能。5.1 搭建編譯環(huán)境首先需要在電腦上安裝Ubuntu系統(tǒng)。Ubuntu 是基于Debian GNU/Linux，支持x86、amd64（即x64）和ppc架構，由全球化的專業(yè)開發(fā)團隊打造的開源GNU/Linux操作系統(tǒng)。安裝調試好之后，打開應用程序-附件-終端，運行終端程序。輸入命令 sudo apt-get update 更新軟件包列表輸入命令sudo apt-get install gcc sudo apt-get install g+ sudo apt-get i

23、nstall binutils sudo apt-get install patch sudo apt-get install bzip2 sudo apt-get install flex sudo apt-get install bison sudo apt-get install make sudo apt-get install autoconf sudo apt-get install gettext sudo apt-get install texinfo sudo apt-get insta

24、ll unzip sudo apt-get install sharutils sudo apt-get install subversion sudo apt-get install libncurses5-dev sudo apt-get install ncurses-term sudo apt-get install zlib1g-dev sudo apt-get install gawksudo apt-get install asciidocsudo apt-get install libz-dev等待搭建編譯環(huán)境完成。圖

25、5.1 搭建編譯環(huán)境5.2 下載OpenWRT源碼輸入命令mkdir openwrt 創(chuàng)建一個openwrt文件夾cd openwrt 進入openwrt文件夾svn co svn://openwrt/trunk下載OpenWRT源碼./scripts/feeds update -a 更新軟件包./scripts/feeds install -a 安裝軟件包圖5.2 下載OpenWRT源碼5.3 配置OpenWRT源碼輸入make menuconfig 進入定制界面圖5.3 OpenWRT定制界面Target System-AR7xxx/AR9xxx 選擇CPU型

26、號LuCI>Collections <*> luci 添加LuciLuCI>Translations- <*> luci-i18n-chinese 添加中文Save >OK 保存Exit 退出5.4 代碼修改5.4.1 編譯權限為將來方便調試等操作，設置默認獲得Root權限。修改/trunk/include/prereq-build.mk文件，將require non-root修改為rootdefine Require/non-root# "$（shell whoami）" != "root" &quo

27、t;$（shell whoami）" != "noroot" Endef5.4.2 Flash配置本次設計使用的AR9331開發(fā)板使用的為MXIC型號為MX25L6406的8MB Flash芯片。而默認設置芯片為4MB。為此需要修改：trunk/tools/firmware-utils/src/mktplinkfw中AR9331配置為8MB.id = "AR9331",.hw_id = AR9331,.hw_rev = 1,.layout_id = "4Mlzma", /改為 8Mlzmatrunk/target/linux

28、/ar71xx/image/Makefile中對應AR9331處flash大小為8MB：AR9331,ttyATH0,115200,0x32200002,1,8Mlzma5.4.3 WiFi配置設置WiFi的開機自啟動，默認開啟AP模式。修改trunk/package/kernel/mac80211/files/lib/wifi/mac80211.sh文件：刪除掉wifi-device配置中的option disable 1，使無線WiFi上電自啟動。對channel、hwmode、txpower修改，配置信道、功率等設置。同樣，在wifi-iface配置中可以改變wifi

29、的mode、ssid、encryption、key等值。5.4.4 設置LAN默認IPOpenwrt固件LAN口默認ip為，為防止智能WiFi插座在家用過程中與上級路由IP地址沖突，所以對LAN默認IP進行修改。修改文件package/base-files/files/lib/functions/uci-defaults.shconfig interface 'lan'option ifname 'eth1'option force_link '1'option type 'bridge'option pro

30、to 'static'option netmask ''option ip6assign '60'option ipaddr ''5.4.5 GPIO控制如果想使用AR9331的一些GPIO引腳來做一些簡單邏輯控制，則需要通過注冊gpio設備來實現，修改target/linux/ar71xx/files/arch/mips/ath79/mach-tl-wr741nd-v4.c文件在tl_mr3220_v2_setup函數中添加需要的GPIO管腳注冊即可，如：gpio_request

31、_one（18,GPIOF_OUT_INIT_LOW | GPIOF_EXPORT_DIR_FIXED, "Control GPIO18"）;5.4.6 按鍵與指示燈修改target/linux/ar71xx/files/arch/mips/ath79/mach-tl-wr741nd-v4.c文件中對各按鍵及指示燈定義。5.4.7 自定義腳本的使用Openwrt為用戶預留的自定義啟動腳本/package/base-files/files/etc/rc.local來實現一些擴展功能，在這里可以添加一些命令，或者調用一個外部腳本來實現一些擴展功能。5.5 編譯固件輸入命令 ma

32、ke V=99 開始編譯成功后在bin文件夾里有編譯好的固件，如圖4.4所示。圖5.4 編譯固件完成5.6 固件寫入開發(fā)板1.將AR9331開發(fā)板與USB轉TTL模塊相連后插入電腦，同時也將開發(fā)板與電腦的網線接口相連。（TTL是 Time To Live的縮寫，該字段指定IP包被路由器丟棄之前允許通過的最大網段數量。TTL是IPv4包頭的一個8 bit字段）2.右擊網上鄰居配置本機IP為，子網掩碼為。如圖5.5所示。圖5.5 修改IP地址3.下載TFTP32（Tftpd32是集成了DHCP, TFTP等多種網路服務的應用程序，可以用它作為一個FT

33、P服務器）解壓后把編譯后生成的固件放到tftp32文件夾內，然后打開tftp32。圖5.6 打開Tftp324.打開PuTTY（PuTTY是一個集成了Telnet、SSH、rlogin、TCP等網絡協(xié)議以及串行接口連接軟件。），類型選擇串口，輸入端口號，通信波特率設為115200.點擊打開。圖4.7 打開PuTTY5.輸入指令 setnv serverip setnv ipaddr tftp 0x80000000 facv1.bin等待固件刷寫成功。圖5.8 固件刷寫成功5.7 配置OpenWRT系統(tǒng)使用Putty的SSH通信功能與AR9331模塊進

34、行通信，配置該模塊的SSID、開啟各種功能，加載GPIO引腳，聯網安裝更多軟件包以及其他腳本的寫入。第6章 手機端應用開發(fā)6.1 Android系統(tǒng)簡介Android是由谷歌開發(fā)的以Linux為核心的移動操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要為帶有觸摸屏的智能手機、平板電腦等移動設備設計。除觸摸屏設備外，Android還在電視、汽車、智能手表等其他電子產品中有著廣泛的應用。Android系統(tǒng)目前是裝機量最大的操作系統(tǒng)，目前有十幾億活躍用戶，有數以千萬計的應用程序和百億次的應用程序下載量。因此，Android系統(tǒng)目前有十分良好的前景，同時，Android平臺提供給開發(fā)者一個十分寬泛、自由的環(huán)境，軟件開發(fā)非常方便。

35、6.2 Android系統(tǒng)結構Android的系統(tǒng)架構和其操作系統(tǒng)一樣，采用了分層的架構。圖6.1 Android系統(tǒng)結構從架構圖看，Android分為四個層，從高層到低層分別是應用程序層、應用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層和Linux內核層。6.2.1 Linux內核層Android是基于Linux2.6內核開發(fā)的，Linux內核層為Android提供了系統(tǒng)運行必要的顯示、相機、藍牙、WiFi等模塊的驅動等。其安全性、內存管理、進程管理、網路協(xié)議等核心系統(tǒng)服務如都依賴于Linux內核。Linux內核的發(fā)展一直獨立于其他Android源代碼庫。6.2.2 系統(tǒng)運行層在Linux內核之上，是用C語言編

36、寫的中間層、運行庫和API，系統(tǒng)運行層通過各種庫為Android系統(tǒng)的運行提供了特性支持。例如，SQLite運行庫提供了對數據庫的支持，OpenGL|ES運行庫提供了對3D繪圖的支持，Webkit運行庫提供了對瀏覽器內核的支持等。同時，這一層提供了一些核心庫，可以允許開發(fā)者使用Java語言來編寫Android應用。其中最關鍵的是用于Android平臺的虛擬機Dalvik虛擬機，它使得系統(tǒng)中每一個Android應用都能在獨立的進程當中運行，實現多任務互不影響，并且擁有一個自己的Dalvik虛擬機實例，相比原版的Java虛擬機（JVM），Dalvik虛擬機是專門為移動設備定制的，它對手機內存、CP

37、U性能有限等情況做了優(yōu)化處理。在Android 5.0版時，刪除了用于Android平臺的虛擬機Dalvik，用ART來代替，從此更大提高了運行效率。6.2.3 應用框架層應用程序運行在一個包含JAVA運行庫的程序框架內。 應用框架層主要提供了構建應用時可能用到的API（Application Programming Interface，應用程序編程接口），Android系統(tǒng)原生自帶的核心應用程序就是使用這些通用API完成的，開發(fā)者可以通過使用這些通用API編寫自己的應用程序。API的形式有活動管理器、View系統(tǒng)、內容提供器、通知管理器等。6.2.4 應用層安裝的手機上應用程序都屬于應用層，

38、例如手機QQ、微信，系統(tǒng)自帶的聯系人、瀏覽器、短信程序，以及應用市場下載的任何程序等。6.3 Android APP流程圖圖6.2 APP流程圖6.4 Java SDK環(huán)境搭建1.下載并安裝java SDK。2.配置Java環(huán)境變量新建系統(tǒng)環(huán)境變量JAVA_HOME新建系統(tǒng)環(huán)境變量CLASSPATH更新系統(tǒng)環(huán)境變量Path打開命令行工具（cmd），運行命令“java -version”，驗證java SDK是否安裝成功。6.5 Android開發(fā)環(huán)境搭建Android Studio 是一個Android開發(fā)軟件，基于IntelliJ IDEA（一種java語言開發(fā)的集成環(huán)境）. 類似 Ecli

39、pse ADT，Android Studio 提供了集成的用于開發(fā)和調試的 Android 開發(fā)工具。在IDEA的基礎上，Android Studio 提供：1.基于Gradle的構建支持2. Android 專屬的重構和快速修復3.提示工具以捕獲性能、可用性、版本兼容性等問題4.支持ProGuard 和應用簽名5.基于模板的向導來生成常用的 Android 應用設計和組件6.功能強大的布局編輯器，可以讓你拖拉 UI 控件并進行效果預覽Android Studio安裝步驟：1.下載并安裝最新版本的Android Studio。2.打開Android Studio，等待Android Studi

40、o 更新Android SDK及gradle。 Android SDK谷歌提供的Android開發(fā)工具包，在開發(fā)Android程序時，可以引用該工具包，里面包含了開發(fā)Android應用程序的API。6.6 建立Android項目打開Android Studio，新建一個安卓項目，設計一個按動按鈕發(fā)送SSH命令的程序。圖6.3 Android程序設計6.7 編譯Android程序1.點擊Build-Make Module編譯程序2.編譯通過后，點擊Run 啟動Android虛擬機運行此程序。圖6.4 APP運行界面經測試，程序可以在虛擬機中正常運行。第7章 軟硬件調試與實現完成了智能W

41、iFi插座硬件、軟件、對應手機APP的制作、設計，必須對其進行調試，以確保滿足預期的效果和安全性。調試分為硬件調試和軟件調試兩部分。7.1 硬件調試7.1.1 硬件調試工具1.萬用表一臺2.220V 交流電輸入3.紅外測溫儀7.1.2 硬件調試步驟1.電路板線路檢查：根據電路原理圖，使用萬用表仔細檢查電路是否正確連接，并仔細檢查有無短路情況，核對元件型號規(guī)格是否正確。2.通電檢查：確保線路檢查沒問題，用萬用表通電檢查插座插孔是否導通，5V變壓輸出是否正常。3.大負載檢測：插座連接1800W電熱水壺，燒開水用時10分鐘，插座內部溫度檢測正常，元器件發(fā)燙或者冒煙情況發(fā)生。通過以上步驟，檢測無異常，

42、完成硬件測試工作。7.2 軟件調試7.2.1 軟件調試工具1.Android手機2.帶網卡喚醒功能的電腦3.Putty ssh通信軟件7.2.2 手機端配置1.手機連接智能Wifi插座的無線信號2.設置手機APP連接IP為 端口為22，帳號為root，密碼為root7.2.3 遠程開關插座測試及狀態(tài)測試1. 按下APP上的“插孔1開”按鈕（發(fā)送指令echo high >/sys/class/gpio/gpio7/direction&&echo high >/sys/class/gpio/gpio14/direction）插座的插孔1通電，指示

43、燈亮起。如圖7.1。圖7.1 插孔1通電，指示燈亮起按下APP上的“插孔1狀態(tài)”按鈕（發(fā)送指令cat /sys/devices/virtual/gpio/gpio14/value）返回值為1，即為通電狀態(tài)，如圖7.2。圖7.2 返回值為1，狀態(tài)為通電2. 按下APP上的“插孔1關”按鈕（發(fā)送指令echo low >/sys/class/gpio/gpio7/direction&&echo low >/sys/class/gpio/gpio14/direction）插座的插孔1斷電，指示燈滅。如圖7.3所示。圖7.3 插孔1斷電，指示燈熄滅按下APP上的“插孔1狀態(tài)”

44、按鈕（發(fā)送指令cat /sys/devices/virtual/gpio/gpio14/value）返回值為0，即為斷電狀態(tài)，圖7.4。圖7.4 返回值為0，狀態(tài)為斷電7.2.4 定時開關插座測試1. 設置定時開插座的時間為15：48，按下APP上的“插孔1定時開”按鈕（發(fā)送指令echo "25 18 * * * echo high >/sys/class/gpio/gpio7/direction&&echo high >/sys/class/gpio/gpio14/direction" >> /etc/crontabs/root）1

45、5：48 時，插孔1通電，指示燈亮。如圖7.5所示。圖7.5 插孔1通電2. 設置定時關插座的時間為20：00，按下APP上的“插孔1定時關”按鈕（發(fā)送指令echo "25 18 * * * echo low >/sys/class/gpio/gpio7/direction&&echo low >/sys/class/gpio/gpio14/direction" >> /etc/crontabs/root）20：00時，插孔1斷電，指示燈滅。7.2.5 離線檢測功能測試設置離開家門2分鐘，插孔自動斷電。首先使插孔1開，按下APP上的“

46、開啟離線檢測”按鈕（發(fā)送指令echo "*/2 * * * * /root/1.sh" >> /etc/crontabs/root），隨后斷開WiFi（模擬離開家門的狀態(tài)）。兩分鐘后，插孔1斷電。7.2.6 遠程開電腦功能測試設置目標電腦的MAC地址，按下APP上的“遠程開電腦”按鈕（發(fā)送指令 /usr/bin/etherwake -d -i eth078:45:C4:C0:AA:47） 此時，電腦遠程喚醒開機。如圖7.6所示。圖7.6 遠程喚醒開機7.3 系統(tǒng)調試結論本次硬件調試經過嚴格測試，沒有發(fā)現錯誤，達到軟件測試的要求。軟件測試中各功能響應及時，系統(tǒng)穩(wěn)定

47、，未出現故障情況。經過軟件和硬件的雙重測試，該系統(tǒng)完全符合預期計劃，設計成功。第8章 總結和展望8.1 總結本次畢業(yè)設計，制作出了內置Wi-FI模塊、可以用智能手機的客戶端來進行功能操作的插座，不僅實現了遠程控制通段電流、定時開關的功能，而且還加入了USB充電、離線檢測、遠程開啟電腦等目前市面上同類插座不具備的新功能。從當初拿到題目到如今做出實物，頗有成就感，這也是對即將畢業(yè)踏入社會的我做的一個鍛煉和總結。本次畢業(yè)設計，結合了硬件設計、嵌入式軟件、APP開發(fā)等項目。深入學習了AR9331模塊和OpenWRT系統(tǒng)的內容，了解安卓APP開發(fā)步驟。AR9331模塊和5V變壓模塊的高集成度，降低了組裝

48、進插座的難度；OpenWRT系統(tǒng)和安卓的易操作性和開源性，降低了軟件開發(fā)的難度。通過此次畢業(yè)設計，掌握了一些以前從未接觸到的知識，經過自己的努力和指導老師的指導下，戰(zhàn)勝各種困難，完成了基于WiFi的智能插座設計。同時也為畢業(yè)后就業(yè)積累了一些經驗。最后，作為電子信息科學與技術專業(yè)的學生，我深刻的認識到，只有不斷的學習才能跟上技術的不斷發(fā)展。就業(yè)后也要多多學習，才能跟上科技發(fā)展的腳步，不落后于時代進步，讓自己在職場更具競爭力。8.2 展望目前，智能WiFi插座，正是目前市面上很火熱的智能家居產品。本次畢業(yè)設計的智能WiFI插座，在功能上強于市面絕大多數的同類產品，而且使用了最好的元器件來裝配，質量

49、可靠。但目前還存在不完美的情況：插座本身方面，5V變壓模塊在負載時有輕微的響聲，沒有美觀的外觀設計以及成熟的PCB設計。插座系統(tǒng)方面，Openwrt作為一個開源系統(tǒng)，穩(wěn)定性雖可以滿足日常使用，但開機時間過久會出現一些不可預知的穩(wěn)定性問題。Android APP方面，目前APP界面不美觀、設置復雜、控制反映有延遲，用戶體驗不佳。如果解決了以上問題，可以考慮將來通過眾籌，發(fā)布這款WiFi智能插座，并申請實用新型專利。參考文獻1董思喬，趙榮建，孫通. 基于WiFi構建的智能家居控制系統(tǒng)的設計.電視技術, 2015, 39（4）:89-912楊子躍，王志杰，陳偉，黃啟明.一種微功耗的多功能安全智能插座

50、.電子世界, 2015（15）:75-773張力平.智能插座開啟未來智能家居生活.電信快報, 2015（3）:34-344肖宛昂，蘇高民，陸廷，石寅.一種由WiFi智能插座構成的智能家居.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用, 2014（5）:46-485Jinsoo Han, Chang-Sic Choi, and Ilwoo Lee.More Efficient Home Energy Management System Based on ZigBee Communication and Infrared Remote Controls .IEEE Transactions on Consumer El

51、ectronics ,vol.57, no.16 Jinsoo Han, Haeryong Lee, and Kwang-Roh Park, “Remote-Controllable and Energy-Saving Room Architecture Based on ZigBee Communication,” IEEE Trans on Consumer Electronics, vol.55, no.1, pp.264-268, Feb 2009. 7 徐偉，姜元建，王斌.智能插座在智能家居系統(tǒng)中的設計和應用J.中國儀器儀表，2010（10）：45-47.8 姚文軒，滕召勝.多功能智

52、能插座設計J.企業(yè)技術開發(fā)，2010（6）: 2830.附件1 AR9331芯片引腳圖AR9331模塊電路圖附件2 中英文翻譯中文翻譯基于ZigBee通信和紅外遙控的更有效率的家庭能源管理系統(tǒng)摘 要本文介紹了更有效的家庭節(jié)能系統(tǒng)，以在家庭環(huán)境中降低功耗。通常我們認為在房間里很容易用紅外遙控家用電器。房間有待機自動斷電的插座，一盞燈和一個ZigBee模塊。ZigBee的模塊有紅外對碼學習功能，可以使任何遙控器控制與插座相連的家用電器。所以在房間里的電源插座和燈也可以用紅外遙控器控制。通常，待機自動斷電的插座會在斷電之前有等待時間，在那段時間里依然會待機耗電。為了防止等待時間耗電，我們可以直接用紅

53、外遙控器通過ZigBee模塊關閉家用設備和電源插座這個方法可以有效的降低待機功耗。本文提出家庭能源管理系統(tǒng)，提供簡單的方法來添加、刪除和移動家用電器到其他電源插座上。當一個家用電器移動到另一個插座，家用電器的設備信息與原來保持一致。所提出的架構提供了更高效節(jié)能的家庭能源管理系統(tǒng)。關鍵詞:家庭能源管理系統(tǒng)；ZigBee；遠程控制；待機功耗；節(jié)能I.介紹隨著越來越多的家電和消費電子設備的安裝，住宅能耗趨于迅速增長。大量的家用電器增加的功耗體現在2個方面：待機損耗和正常使用耗電。這兩種電力消耗與家庭設備的數量成正比。導致的結果是，在家庭里用電成本也在增加。待機損耗是家用電器被關閉或不執(zhí)行其主要功能時

54、的電力損耗。約10%的家庭總功率消耗是待機損耗。通過減少待機損耗減少家庭電力成本是非常必要的。許多研究都是為了減少待機狀態(tài)芯片、電路、電路板和系統(tǒng)的損耗。這些不同的技術研究致力于減少家庭設備的待機損耗。對于節(jié)省家庭能源開支來說，家用電器正常的使用功率也很重要。家用電器等電子產品耗電大約占家庭能源消費的27%。因此，有能源之星標簽的節(jié)能的電子產品更受推薦。為了減少家用設備的正常運行功率，面向服務架構的電源管理技術提出了綜合多功能家用服務器。雖然先進集成電路芯片組和硬件技術的提高使待機功耗和家庭設備的正常運行功率降低，但目前面臨的能源危機和溫室效應需要更多的高效節(jié)能管理技術在家庭中運行。為實現高效

55、的家庭能源管理中的待機功耗的減少和正常運行的功率降低，控制和監(jiān)測功率的設備是必不可少的。網絡也需要連接到每一個家庭設備上以方便遠程管理。帶有網絡的更有效的家庭能源管理技術被稱為家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）?；赑LC、結合互聯網的的家庭能源管理系統(tǒng)被提出。家庭節(jié)能系統(tǒng)的結構基于實時家庭節(jié)能監(jiān)測服務及減少家用電器待機功率的節(jié)能意識的提出。嵌入式遠程監(jiān)控電源插座是由自動電源管理家用電器發(fā)展而來的。然而，之前的工作只是監(jiān)控家用電器，并顯示家庭用電信息。他們的待機功耗降低方法是被動的。為了更有效地減少和管理家庭能源，需要的是主動的減少待機功耗的方法，并且可以用一個遙控器控制。一個對用戶友好的和可重構的

56、家庭能源管理系統(tǒng)，用戶界面是非常必要的。在本文中，我們提出了更高效的基于ZigBee通信和紅外遙控器的家庭能源管理系統(tǒng)。在第二節(jié)中，我們表述了一些我們以前的研究，在第三節(jié)中，我們提出并討論了更有效的家庭能源管理系統(tǒng)。在第四節(jié)中，我們展示了實施結果。最后，在第五節(jié)，是我們的結論和總結。II.相關研究A.待機自動斷電插座如引言所描述的，為減少家用電器的待機功率進行了各種技術研究。雖然家用電器在待機模式下消耗很少的功率，但更有效的節(jié)電方式是完全切斷這些家庭設備的電力供應。待機自動斷電插座可降低家庭用電成本。圖1顯示了待機自動斷電插座的體系結構和狀態(tài)轉換圖。單片機包括ZigBee射頻（RF）模塊和ZigBee通信控制器通過交流/直流電路提供電源。ZigBee是一種低功耗、低成本的基于IEEE 802.15.4無線傳感器網絡的無線個人區(qū)域網（WPAN）標準。監(jiān)測電路測量的功率消耗，并將其轉換為電壓。單片機將電壓數字化并計算出功耗。電源插座有四種狀態(tài)：啟動，開啟，正常，關閉。啟動之后，電源插座會導通。保護時間結束后，正常模式啟動，單片機監(jiān)視消耗功率。當測量的功率低于預定時間的閾值時，微控制器確定所連接的家庭設備處于待機狀態(tài)模式，關閉繼