張醒

摘? 要：智能插座作為一種新型插座，其功能較傳統(tǒng)插座更加豐富。基于此，本研究主要針對(duì)智能插座的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析;并在闡述人工智能發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，分析其與智能插座的結(jié)合可行性;最后分別從功能評(píng)估、硬件構(gòu)成等方面，細(xì)化闡述人工智能在智能插座中的運(yùn)用，以期為人工智能的發(fā)展及智能插座的推廣提供良好的理論參照。

關(guān)鍵詞：人工智能;智能插座;WiFi

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）33-0167-02

Abstract： As a new type of socket， the function of intelligent socket is richer than that of traditional socket. Based on this， this study mainly analyzes the application advantages of intelligent sockets， and analyzes the feasibility of combining artificial intelligence with intelligent sockets on the basis of expounding the development process and trend of artificial intelligence. Finally， from the aspects of functional evaluation and hardware composition， this paper expounds the application of artificial intelligence in intelligent sockets， in order to provide a good theoretical reference for the development of artificial intelligence and the promotion of intelligent sockets.?Keywords： artificial intelligence; intelligent socket; WiFi

近年來(lái)，人工智能這一概念頻繁出現(xiàn)于各個(gè)領(lǐng)域中。人工智能作為一類(lèi)新型技術(shù)，其主要通過(guò)模擬、仿真等技術(shù)，為人們提供一系列智能產(chǎn)品。智能插座作為人們生活中常用的智能化產(chǎn)品之一，其在節(jié)能、用電安全保護(hù)等方面的智能性特征，為人們的日常用電行為帶來(lái)了諸多便捷。人工智能與智能插座的整合，可進(jìn)一步促進(jìn)智能插座的發(fā)展。

1 智能插座的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)插座而言，智能插座的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為：第一，安全性?xún)?yōu)勢(shì)。智能插座的運(yùn)行原理為：插座中內(nèi)置的智能芯片可自動(dòng)監(jiān)測(cè)電流，一旦發(fā)現(xiàn)異常電流變化，可自動(dòng)響應(yīng)，斷開(kāi)電器，避免電器的長(zhǎng)期通電狀態(tài)引發(fā)相關(guān)安全隱患或事故[1]。而傳統(tǒng)插座則需要人為斷開(kāi)電器，當(dāng)出現(xiàn)疏忽時(shí)，容易形成安全隱患。第二，節(jié)能化優(yōu)勢(shì)。智能插座無(wú)需過(guò)多人為干預(yù)。使用智能插座后，這種智能產(chǎn)品可自動(dòng)檢測(cè)電流大小及電流變化狀況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行斷電。相對(duì)于傳統(tǒng)插座而言，智能插座的使用可改善電器待機(jī)耗能的問(wèn)題，其具有良好的節(jié)能化特征。第三，便捷性?xún)?yōu)勢(shì)。除了上述優(yōu)勢(shì)外，便捷性?xún)?yōu)勢(shì)也是智能插座的主要優(yōu)勢(shì)。使用智能插座后，電器的管理可由智能插座自動(dòng)完成。這類(lèi)智能產(chǎn)品的斷電決策以電流大小、電流變化為依據(jù)，其決策較為可靠，可滿(mǎn)足人們的便捷化使用要求。

2 人工智能的發(fā)展?fàn)顩r

2.1 人工智能的發(fā)展歷程

人工智能的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：第一，形成階段。人工智能這一概念最初于上個(gè)世紀(jì)五十年代首次被提出。自此開(kāi)始，以L(fǎng)ISP語(yǔ)言、機(jī)器定理證明等為代表的經(jīng)典技術(shù)，標(biāo)志著人工智能的形成[2]。在這一時(shí)段，雖然這一新概念引起了人們的關(guān)注，但由于上述人工智能技術(shù)、產(chǎn)品均存在不同程度的缺陷問(wèn)題，因此，其發(fā)展速度相對(duì)較慢。第二，以專(zhuān)家系統(tǒng)為代表的人工智能快速發(fā)展階段。專(zhuān)家系統(tǒng)的出現(xiàn)對(duì)人工智能發(fā)展的關(guān)鍵意義為：專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人工智能與實(shí)踐領(lǐng)域的融合。如智能醫(yī)療系統(tǒng)可為醫(yī)師的診斷提供可靠的數(shù)據(jù)支持。第三，以第五代計(jì)算機(jī)為代表的發(fā)展中期階段。人工智能的發(fā)展積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，第五代計(jì)算機(jī)研制計(jì)劃被提出。這一計(jì)劃的出現(xiàn)將人工智能研究帶入了新的熱潮。第四，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的高速發(fā)展階段。出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì)八十年代末期的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，標(biāo)志著人工智能又一發(fā)展高潮的到來(lái)。第五，普及應(yīng)用階段。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展為人工智能的發(fā)展提供了新的方向。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人工智能的融合加速了人工智能的發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)其在家居、教學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的快速普及。

到目前為止，人工智能在人們?nèi)粘Ｉ钪懈鱾€(gè)領(lǐng)域的普及度日趨升高。相對(duì)于初期發(fā)展階段而言，人工智能的實(shí)用性、應(yīng)用價(jià)值均產(chǎn)生了較為明顯的變化。

2.2 人工智能的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)既往人工智能的發(fā)展歷程，判斷這項(xiàng)新領(lǐng)域的發(fā)展趨向可能為：第一，功能集成產(chǎn)品方向。隨著各類(lèi)人工智能產(chǎn)品種類(lèi)的不斷增加，單一功能的智能產(chǎn)品逐漸難以滿(mǎn)足人們的多樣化要求。在這一背景下，人工智能領(lǐng)域可能會(huì)將開(kāi)發(fā)集成功能產(chǎn)品作為重要的發(fā)展方向。第二，計(jì)算機(jī)與仿生科學(xué)結(jié)合方向。計(jì)算機(jī)是人工智能技術(shù)的重要依托。仿生科學(xué)作為近年來(lái)人工智能的重要方向，其主要通過(guò)研發(fā)仿生智能產(chǎn)品的形式，凸顯產(chǎn)品的智能屬性。該方向契合人們的需求，且有助于提升人工智能的智能水平。

3 人工智能在智能插座中的運(yùn)用

3.1 功能評(píng)估方面

根據(jù)智能插座的應(yīng)用要求及人工智能的特征，評(píng)估基于人工智能的智能插座的功能包含：第一，藍(lán)牙控制功能。單純的智能插座雖然可滿(mǎn)足人們?cè)诠?jié)能、安全使用電器等方面的要求，但智能插座的使用仍然需要人為參與。而將人工智能與智能插座整合起來(lái)后，可實(shí)現(xiàn)不限場(chǎng)景、空間的便捷化智能使用控制模式。為了凸顯智能插座的智能化水平，可借助人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于藍(lán)牙的智能插座控制模式，即在使用者不接觸智能插座的前提下，經(jīng)藍(lán)牙向智能插座發(fā)出指令，控制其自動(dòng)運(yùn)行[3]。第二，WiFi控制功能。WiFi控制也是人工智能與智能插座結(jié)合的要點(diǎn)之一。在日常生活中，WiFi網(wǎng)絡(luò)的普及度較高。因此，在整合人工智能與智能插座時(shí)，可將WiFi作為智能插座、網(wǎng)關(guān)及硬件設(shè)備之間的關(guān)鍵通信媒介[4]。

3.2 硬件構(gòu)成方面

基于WiFi或藍(lán)牙的智能插座，更加契合人們對(duì)這種智能產(chǎn)品智能化、便捷化應(yīng)用的要求。這里以WiFi控制方案為例，分析人工智能在智能插座中的運(yùn)用。

根據(jù)基于人工智能的智能插座的應(yīng)用要求，可將WiFi型智能插座的運(yùn)行原理設(shè)計(jì)為：采用含Cortex內(nèi)核、WiFi功能的SOC芯片作為微控制器，配合繼電器控制模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊分電量計(jì)量模塊，構(gòu)成整個(gè)WiFi型智能插座。其中，微控制器的樞紐——主控芯片選擇Esp8266型號(hào)芯片;電源轉(zhuǎn)換模塊選擇隔離式，運(yùn)行流程為：電源轉(zhuǎn)換模塊借助磁性元器件變壓器對(duì)流經(jīng)WiFi型智能插座轉(zhuǎn)換模塊的220V電壓進(jìn)行降壓處理，經(jīng)三端穩(wěn)壓電路LM1117-3.3 轉(zhuǎn)換為3.3V直流電源，作為Esp8266主控芯片的供電來(lái)源。

這種硬件構(gòu)成設(shè)計(jì)模式的優(yōu)勢(shì)在于：第一，Esp8266芯片的多接口特征可滿(mǎn)足WiFi型智能插座的多樣化運(yùn)行要求。在使用由Esp8266芯片控制的WiFi型智能插座時(shí)，該芯片的AHB接口、JTAG調(diào)試接口等均可與CPU建立連接。第二，保障智能插座的低能耗特征。采用Esp8266芯片作為主控芯片，在運(yùn)行期間，該芯片可根據(jù)WiFi型智能插座的應(yīng)用場(chǎng)景（捕捉信息變化），自主切換深度睡眠、激活模式及睡眠模式。在運(yùn)行期間，不同模式的變更，可有效控制WiFi型智能插座的能耗，滿(mǎn)足用戶(hù)的低能耗需求。

3.3 繼電器模塊方面

繼電器模塊是WiFi型智能插座執(zhí)行斷電、通電操作的關(guān)鍵所在。為確保上述功能的正常使用，可選用電磁式繼電器作為WiFi型智能插座的繼電器模塊的基本構(gòu)成。這類(lèi)繼電器的運(yùn)行原理為：當(dāng)繼電器線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生電壓時(shí)，線(xiàn)圈可形成電流，由電流衍生出的磁場(chǎng)促使楔鐵被鐵芯所吸引，此時(shí)，WiFi型智能插座的楔鐵活動(dòng)觸點(diǎn)可與常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，即形成斷電、通電效果。

3.4 電能計(jì)量模塊方面

在整合人工智能與智能插座時(shí)，能否充分發(fā)揮智能插座的節(jié)能特性，是決定人工智能支持下智能插座質(zhì)量的關(guān)鍵所在。在這種新型智能產(chǎn)品中，電能計(jì)量模塊是WiFi型智能插座耗能狀況的主要影響因素。為實(shí)現(xiàn)上述目的，可將這種新型智能插座的電能計(jì)量模塊設(shè)計(jì)為：

以HLW8012型號(hào)芯片作為電能計(jì)量模塊的核心。WiFi型智能插座運(yùn)行期間，GLW8012型號(hào)芯片中的ADC、PGA負(fù)責(zé)完成電流及電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換。隨著智能插座的持續(xù)運(yùn)行，這種芯片可自動(dòng)計(jì)算出準(zhǔn)確的電壓及電流有效值，并經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換模式，將其轉(zhuǎn)換成方波脈沖對(duì)外輸出。其中，該芯片的功率計(jì)量電路可發(fā)揮電壓采樣、電流采樣等功能。電能計(jì)量模塊經(jīng)這種電路收集到智能插座的電流信號(hào)、電壓信號(hào)后，可經(jīng)正輸入端經(jīng)不同引腳傳輸至HLW8012芯片，由芯片進(jìn)行自主計(jì)算后，獲得準(zhǔn)確的電壓有效值與電流有效值。

將WiFi型智能插座與電器設(shè)備連接起來(lái)后，電能計(jì)量模塊可將來(lái)自于HLW8012型號(hào)芯片的功率、用電量信息等，經(jīng)WiFi途徑傳輸給用戶(hù)，便于用戶(hù)不定期檢查其能耗狀況。

3.5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面

在WiFi型智能插座的服務(wù)器中，數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)疑是其中的核心所在?？紤]到WiFi型智能插座的復(fù)雜功能，可選用Mysql作為人工智能技術(shù)支持下智能插座的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。為避免智能插座隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而積累大量數(shù)據(jù)，影響智能插座服務(wù)器的運(yùn)行速度，在運(yùn)用Mysql系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可預(yù)先做好數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)冗余管理。例如，可將Ipaddress（智能插座IP地址）的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及類(lèi)型分別設(shè)計(jì)為15、Char;將Mac（MAC地址）的長(zhǎng)度及數(shù)據(jù)類(lèi)型分別設(shè)計(jì)為12、Char;采用Bit數(shù)據(jù)完成status（開(kāi)關(guān)狀態(tài)）的設(shè)計(jì)，并按照0導(dǎo)通、0斷開(kāi)原則運(yùn)行智能插座的開(kāi)關(guān)功能。

3.6 智能插座APP方面

為了便于基于人工智能的智能插座的管理，可獨(dú)立針對(duì)智能插座設(shè)置智能插座APP，便于用戶(hù)通過(guò)該APP完成智能插座的基本連通、閉合等使用要求。

參照上述要求，將智能插座APP的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)為：第一，數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層。允許WiFi局域網(wǎng)范圍內(nèi)，所有智能插座的相互交互;第二，業(yè)務(wù)邏輯層。承接表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的所有數(shù)據(jù)交換。對(duì)于用戶(hù)在智能插座APP中產(chǎn)生的Java類(lèi)業(yè)務(wù)實(shí)體，經(jīng)業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行響應(yīng)，并為其提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以保障用戶(hù)經(jīng)智能插座APP對(duì)WiFi型智能插座的控制。第三，表現(xiàn)層。表現(xiàn)層直接對(duì)接用戶(hù)的操作界面。根據(jù)WiFi型智能插座的使用要求，在設(shè)計(jì)智能插座APP時(shí)，應(yīng)在合理設(shè)計(jì)表現(xiàn)層功能分布的基礎(chǔ)上，參照用戶(hù)的審美需求、使用便捷性要求，設(shè)計(jì)出友好的人機(jī)交互界面。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能插座可為人們的工作及生活帶來(lái)諸多便捷。為了促進(jìn)智能插座價(jià)值的發(fā)揮，應(yīng)在充分重視人工智能在智能插座中應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)上，借助恰當(dāng)?shù)耐ㄐ琶浇?，完善智能插座的功能，提高其?yīng)用便捷性及智能化水平。此外，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，還應(yīng)注意不斷結(jié)合該領(lǐng)域的研究成果，創(chuàng)新智能插座的研發(fā)方向，為智能插座功能的更新及進(jìn)一步推廣提供可靠支持。

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