CN108649395A - 一种基于WiFi控制的智能接线板及控制方法 - Google Patents

一种基于WiFi控制的智能接线板及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于ESP8266模块控制的智能接线板，包括接线主体，接线板主体内部设置有电路板和微型开关电源，其中开关电源通过电源线与电路板进行连接；电路板上以ESP8266 WiFi模块为核心，采用过零光耦、大功率双向可控硅来控制插座的通断，ESP8266 WiFi模块实现与远程服务器/智能手机的通信交互和插座电源的通断；微型开关电源输出稳定的5V电压，通过LDO稳压芯片给ESP8266 WiFi模块供电，微型开关电源设有通过用于USB设备充电的USB插头。以及提供一种基于ESP8266模块控制的智能接线板控制方法。本发明能够远程控制，并且可根据配置文件实现定时开关、延时开关功能。

Description

一种基于WiFi控制的智能接线板及控制方法
技术领域
本发明涉及一种接线板，具体地说是一种基于WiFi控制的智能接线板及控制方法。
背景技术
目前市面上的大部分接线板、插排是非智能的，仅仅将原来的电源直接分配为多路电源，用电器接在接线板上人们一般由于没有切断用电器电源因而总是处于待机状态，浪费电源。有时人们会忘了关闭家里或单位的一些大功率电器设备，浪费电能并且容易发生安全事故。
市面上也出现了通过蓝牙、Zigbee等技术的接线板，只能实现近距离无线遥控操作，因而实际意义不太大。
市面上也出现了通过WiFi模块(例如：乐鑫公司的ESP8266串口转WiFi模块)实现的智能，但是需要使额外的单片机控制插座通断，并且使用继电器作为电源通断的实施模块。由于继电器接触点反复开关造成开闭电弧的连续发生，以接触点部位为中心发生异常发热，有接点熔断，熔解，溶解固化等现象发生，导致开关动作不良。
发明内容
为了克服现有的接线板的开关动作不良的不足，本发明提供一种通过手机或电脑等终端设备，利用ESP8266WiFi模块的WiFi上网功能以及自身就是一款性能不错的微处理器，采用MicroPython固件，编写相应的Python代码，实现远程控制插座，并且可根据配置文件实现特定功能的智能接线板及控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于ESP8266模块控制的智能接线板，包括接线主体，所述接线板主体内部设置有电路板和微型开关电源，其中开关电源通过电源线与电路板进行连接；所述电路板上以ESP8266WiFi模块为核心，采用过零光耦、大功率双向可控硅来控制插座的通断，所述ESP8266WiFi模块内置一颗高性能微处理器，采用MicroPython作为固件编写Python代码，实现与远程服务器/智能手机的通信交互和插座电源的通断；所述微型开关电源输出稳定的5V电压，通过LDO稳压芯片给ESP8266WiFi模块供电，所述微型开关电源设有通过用于USB设备充电的USB插头。
进一步，所述ESP8266WiFi模块，模块本身内置Tensilica L106超低功耗32位、高达160MHz的微处理器以及4MB大小Flash空间，模块上有拓展的I/O口。对于控制插座已经足够，无需添加额外的微控制器，节约成本和空间。
再进一步，所述ESP8266模块采用MicroPython编程，拥有文件系统，在微控制器的Flash加载配置文件，利用网页服务器和WebSocket协议在配置文件里添加定时开关和延时开关功能，模块上电初始化就会读取配置文件实现定时开关和延时开关功能。
更进一步，所述ESP8266WiFi模块，通过家庭路由器上网，获取因特网上的时间服务器提供的标准时间，校正模块RTC实时时钟，实现自动校准时间的功能，为定时和延时功能提精确时间。
一种基于ESP8266模块控制的智能接线板控制方法，上电初始化，读取ESP8266模块中的GPIO4管脚电平值，如果为高电平，则进入调试模式，启动webrepl，配置参数，将修改好的配置文件保存，连接AP；如果为低电平值，则读取配置文件，设定定时开关和延时开关功能，配置相关参数，连接家庭或者单位路由器；连接成功之后，登陆移动物联网平台，此时智能手机/电脑等终端设备通过移动物联网平台实现对插座的远程控制。
进一步，通过互联网上网络时间服务器提供的标准时间，更正系统当前时间，实现自动校时功能。
再进一步，配置ESP8266模块的GPIO4用作输入引脚，使用Pin(4,Pin.IN)创建一个对象，上电利用对象的value()方法获取GPIO4的电平值，当引脚电平值为低时，开启ESP8266与外部设备之间的串口通信；当引脚电平值为高时，启动webrepl，通过websocket协议在网页上调试ESP8266模块，在webrepl下，会将外部设备串口发送的数据当作repl输入的命令；GPIO4接高电平，通过web服务器输入命令，调试ESP8266。
更进一步，所述ESP8266模块采用MicroPython固件，用Python编程；所述固件拥有文件系统，通过下发指令，对内置的Flash上的文件进行创建、读写、删除控制；在Flash上保存配置文件，并且利用片上RTC功能，在配置文件里设置定时、延时功能，实现插座具备定时开关和延时开关功能；在配置文件里保存家庭/单位的路由器列表，其配置格式为每一个AP的ssid和password用一个元组形式保存，每个AP之间用分号隔开保存，配置文件里还需保存服务器的IP地址列表，以便模块能够连网。
再进一步，ESP8266模块连接互联网过程：上电初始化完，利用open()函数读取wlan.cfg配置文件获取文件操作句柄，通过readline()函数获取每一行数据，根据配置文件AP保存格式编写正则表达式，以提取AP在括号内引号里的ssid和password，将所有的ssid和password组成一个AP列表；ESP8266扫描当前环境下的所有AP，根据信号强弱进行排序，然后在AP列表中搜索是否存在相应的ssid和password，找到之后与该AP连接，最多连接10次，连接不上则返回；连接上AP后，就可以连接服务器，连接成功之后通过socket与移动物联网平台通信。
自动校准时间过程为：ESP8266连接上互联网之后，通过开源的micropython-urequests代码包，以及它的get()方法，在http://quan.suning.com/getSysTime.do等网络时间服务器上获取时间，其格式为json格式，利用MicroPython固件ujson模块的load()方法，转换成python数据类型；解析出来是一个字典类型，包含两种时间格式的键值对，两组键值对时间一样，只需提取一组时间，利用字典的操作函数提取出一组时间，并且分割出年、月、日、时、分、秒，将解析出来的时间作为系统当前时间，利用RTC定时获取网络时间，实现自动校准时间的功能，无需人工设置和校正时间。
所述的过零光耦和双向可控硅，控制电源插座的导通/关闭。市电为交流电，在电源过零时，对电源实施断电，可以避免由于设备导通/关闭时对设备和电网造成冲击。利用家庭或者单位的路由器，通过例如中国移动物联网开放平台，与智能手机或者电脑等终端设备通信，从而用户方便地实现对插座的远程控制。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明采用了过零光耦和双向可控硅，而不采用继电器，来控制插座电源的导通/关闭，体积小、节省空间、避免继电器机械式通断造成对开关的损坏，以及避免对设备和电网的冲击。
2、本发明充分利用了ESP8266作为微控制器功能，以及芯片内部RTC功能和模块上的I/O资源，避免使用额外微控制器，节约成本和节省空间。
3、本发明利用家庭或单位路由器，以及公开的物联网平台，可以和智能手机/电脑等终端设备进行连接，实现对插座的远程控制，更加方便和智能。
4、本发明利用MicroPython的文件系统，可以在ESP8266模块内保存配置文件，在文件里配置特殊功能，就可实现定时开关、延时开关等功能。
5、本发明利用家庭路由器登陆互联网时间服务器，可以获取精确时间，实现自动校正时间的功能。也可以通过ESP8266模块的SPI/I2C接口，外接彩色OLED，显示时间等信息。
附图说明
图1是总体硬件架构。
图2是ESP8266进入调试模式流程图。
图3是ESP8266连接互联网流程图。
图4是ESP8266自动校时流程图。
图5是系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照图1～图5，一种基于WiFi控制的智能接线板，包括接线板主体，所述接线板主体内部设置有电路板和微型开关电源，其中开关电源通过电源线与电路板进行连接；所述电路板上设置有ESP8266WiFi模块、过零光耦、双向可控硅以及LDO稳压芯片；所述微型开关电源由市电输入，输出5V电源，通过LDO稳压芯片为ESP8266模块提供电源，所述微型开关电源设有用于给USB设备充电的USB插头。
所述ESP8266模块内置Tensilica L106超低功耗32位、高达160MHz的微处理器以及4MB大小Flash空间，作为智能接线板的主控制器，通过过零光耦、双向可控硅控制插座电源的导通/关闭；所述的ESP8266模块，由程序控制，连接家庭/单位路由器登陆移动物联网平台，与智能手机/PAD等终端设备通信/交互，实现远程控制。所述ESP8266模块，通过网关连接互联网时间服务器，可以获取精确时间，实现自动校正时间的功能，外接OLED显示时间。
参照图2所示，配置ESP8266模块的GPIO4用作输入引脚，使用Pin(4,Pin.IN)创建一个对象，上电利用对象的value()方法获取GPIO4的电平值，当引脚电平值为低时，开启ESP8266与外部设备之间的串口通信；当引脚电平值为高时，启动webrepl，可以通过websocket协议在网页上调试ESP8266模块，在webrepl下，会将外部设备串口发送的数据当作repl输入的命令。本发明是一种智能插座，无需与外部串口设备相连，在实际操作中，GPIO4会接高电平，通过web服务器输入命令，调试ESP8266。
所述ESP8266模块采用MicroPython固件，用Python编程。固件拥有文件系统，通过下发指令，对内置的Flash上的文件进行创建、读写、删除等控制。在Flash上保存配置文件，并且可以利用片上RTC功能，在配置文件里设置定时、延时功能，实现插座具备定时开关、延时开关等功能；在配置文件里保存家庭/单位的路由器列表，其配置格式为每一个AP的ssid和password用一个元组形式保存，每个AP之间用分号隔开保存，例如aps＝(“ssid1”,“password1”)；(“ssid2”,“password2”)，配置文件里还需保存服务器的IP地址列表，以便模块能够连网。
参照图3所示，ESP8266模块连接互联网过程：上电初始化完，利用open()函数读取wlan.cfg配置文件获取文件操作句柄，通过readline()函数获取每一行数据，根据配置文件AP保存格式编写正则表达式，以提取AP在括号内引号里的ssid和password，将所有的ssid和password组成一个AP列表；ESP8266扫描当前环境下的所有AP，根据信号强弱进行排序，然后在AP列表中搜索是否存在相应的ssid和password，找到之后与该AP连接，最多连接10次，连接不上则返回；连接上AP后，就可以连接服务器，连接成功之后通过socket与移动物联网平台通信。
参照图4所示，自动校准时间过程为：ESP8266连接上互联网之后，通过开源的micropython-urequests代码包，以及它的get()方法，在http://quan.suning.com/getSysTime.do等网络时间服务器上获取时间，其格式为json格式，利用MicroPython固件ujson模块的load()方法，转换成python数据类型。解析出来是一个字典类型，包含两种时间格式的键值对，如{“sysTime1”:”20180317151303”,”sysTime2”:”2018-03-17 15:13:03”}，两组键值对时间一样，只需提取一组时间，利用字典的操作函数提取出一组时间，并且分割出年、月、日、时、分、秒，将解析出来的时间作为系统当前时间，利用RTC定时获取网络时间，实现自动校准时间的功能，无需人工设置和校正时间。
参照图5所示，一种基于ESP8266模块控制的智能接线板控制方法，上电初始化，读取ESP8266模块中的GPIO4管脚电平值，如果为高电平，则进入调试模式，启动webrepl，配置参数，将修改好的配置文件保存，连接AP；如果为低电平值，则读取配置文件，设定定时开关、延时开关等功能，配置相关参数，连接家庭或者单位路由器；连接成功之后，登陆移动物联网平台，此时智能手机/电脑等终端设备通过移动物联网平台，实现对插座的远程控制。此外，系统通过互联网上网络时间服务器提供的标准时间，更正系统当前时间，实现自动校时功能。

Claims (10)

1.一种基于ESP8266模块控制的智能接线板，包括接线主体，其特征在于：所述接线板主体内部设置有电路板和微型开关电源，其中开关电源通过电源线与电路板进行连接；所述电路板上以ESP8266 WiFi模块为核心，采用过零光耦、大功率双向可控硅来控制插座的通断，所述ESP8266 WiFi模块内置一颗高性能微处理器，采用MicroPython作为固件编写Python代码，实现与远程服务器/智能手机的通信交互和插座电源的通断；所述微型开关电源输出稳定的5V电压，通过LDO稳压芯片给ESP8266 WiFi模块供电，所述微型开关电源设有通过用于USB设备充电的USB插头。
2.如权利要求1所述的基于ESP8266模块控制的智能接线板，其特征在于：所述ESP8266WiFi模块，模块本身内置Tensilica L106超低功耗32位、高达160MHz的微处理器以及4MB大小Flash空间，模块上有拓展的I/O口。
3.如权利要求1或2所述的基于ESP8266模块控制的智能接线板，其特征在于：所述ESP8266模块采用MicroPython编程，拥有文件系统，在微控制器的Flash加载配置文件，利用网页服务器和WebSocket协议在配置文件里添加定时开关和延时开关功能，模块上电初始化就会读取配置文件实现定时开关和延时开关功能。
4.如权利要求1或2所述的基于ESP8266模块控制的智能接线板，其特征在于：所述ESP8266 WiFi模块，通过家庭路由器上网，获取因特网上的时间服务器提供的标准时间，校正模块RTC实时时钟，实现自动校准时间的功能，为定时和延时功能提精确时间。
5.一种如权利要求1所述的基于ESP8266模块控制的智能接线板的控制方法，其特征在于：上电初始化，读取ESP8266模块中的GPIO4管脚电平值，如果为高电平，则进入调试模式，启动webrepl，配置参数，将修改好的配置文件保存，连接AP；如果为低电平值，则读取配置文件，设定定时开关和延时开关功能，配置相关参数，连接家庭或者单位路由器；连接成功之后，登陆移动物联网平台，此时智能手机/电脑等终端设备通过移动物联网平台实现对插座的远程控制。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：通过互联网上网络时间服务器提供的标准时间，更正系统当前时间，实现自动校时功能。
7.如权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于：配置ESP8266模块的GPIO4用作输入引脚，使用Pin(4,Pin.IN)创建一个对象，上电利用对象的value()方法获取GPIO4的电平值，当引脚电平值为低时，开启ESP8266与外部设备之间的串口通信；当引脚电平值为高时，启动webrepl，通过websocket协议在网页上调试ESP8266模块，在webrepl下，会将外部设备串口发送的数据当作repl输入的命令；GPIO4接高电平，通过web服务器输入命令，调试ESP8266。
8.如权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于：所述ESP8266模块采用MicroPython固件，用Python编程；所述固件拥有文件系统，通过下发指令，对内置的Flash上的文件进行创建、读写、删除控制；在Flash上保存配置文件，并且利用片上RTC功能，在配置文件里设置定时、延时功能，实现插座具备定时开关和延时开关功能；在配置文件里保存家庭/单位的路由器列表，其配置格式为每一个AP的ssid和password用一个元组形式保存，每个AP之间用分号隔开保存，配置文件里还需保存服务器的IP地址列表，以便模块能够连网。
9.如权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于：ESP8266模块连接互联网过程：上电初始化完，利用open()函数读取wlan.cfg配置文件获取文件操作句柄，通过readline()函数获取每一行数据，根据配置文件AP保存格式编写正则表达式，以提取AP在括号内引号里的ssid和password，将所有的ssid和password组成一个AP列表；ESP8266扫描当前环境下的所有AP，根据信号强弱进行排序，然后在AP列表中搜索是否存在相应的ssid和password，找到之后与该AP连接，最多连接10次，连接不上则返回；连接上AP后，就可以连接服务器，连接成功之后通过socket与移动物联网平台通信。
10.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：自动校准时间过程为：ESP8266连接上互联网之后，通过开源的micropython-urequests代码包，以及它的get()方法，在http://quan.suning.com/getSysTime.do等网络时间服务器上获取时间，其格式为json格式，利用MicroPython固件ujson模块的load()方法，转换成python数据类型；解析出来是一个字典类型，包含两种时间格式的键值对，两组键值对时间一样，只需提取一组时间，利用字典的操作函数提取出一组时间，并且分割出年、月、日、时、分、秒，将解析出来的时间作为系统当前时间，利用RTC定时获取网络时间，实现自动校准时间的功能，无需人工设置和校正时间。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181012

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