山东协和学院 工学院 山东济南 250107
摘要：这是网络的时代，科技决定生活的质量。便利、高效、节约时间是这个时代的主题，这也是科学发展的方向。在生活中的开关特别常见，但是将网络与开关结合的比较少，本论文将设计一个将网络与开关相结合的远程开关，简单来说就是通过app或者云台网站来控制一个开关的开启或者关闭的一套系统，作为可以遥控的智能开关，通过遥控软件可以实现对电气设备实现任意距离的无线控制。人们可以通过远程遥控进行远程异地控制，摆脱了距离的限制。
关键词：网络；异地控制；无线控制
1 引言
1.1 背景
随着21世纪高科技时代的到来，加上各个领域新型技术对环境保护和节能的迫切需求，对智能家居用品新一轮研发领域的新高潮已经到来。多通道无线遥控开关在该领域的应用是多方面和全方面的。为了实现对其的准确控制和精确指挥的操作，无线遥控技术是必不可少的，当然，还包括无线开关切换动作的实现。在对无线遥控技术的实现主要有两种选择，一是红外遥控技术，另一种是是无线射频遥控技术，无论是前者还是后者都能够实现一定距离内的无线控制，当然也各有自己的优缺点。遥控不再受限于距离、角度、地点，可以随心所欲。
1.2 研究内容
本论文将设计一个将网络与开关相结合的远程开关，简单来说就是通过app或者云台网站来控制一个开关的开启或者关闭的一套系统，作为可以遥控的智能开关，通过遥控软件可以实现对电气设备实现任意距离的无线控制。人们可以通过远程遥控进行远程异地控制，摆脱了距离的限制。
本次设计基于ESP8266为基础设计的一套远程开关操控系统，设计出一个能实现远程操控功能的可控开关。通过ESP8266模块与WIFI连接，接受来自网络云台的指令数据，将指令数据进行核对，如若正确则根据指令做出相应的动作，将开关打开或关闭，实现异地对设备的操控，反之，则保持现状继续等待网络的命令。
2 基于ESP的无线开关系统设计方案选择
智能开关则是构成家庭智能的重要部分。智能开关正在逐渐取代传统的墙壁开关并进入了我们的日常生活。本文设计了一种基于ESP的无线开关控制控制系统。
2.1 控制芯片的选择
本设计选用ESP8266作为主控芯片。ESP8266芯片价格一般都比较低，模组的价格也都大概不会超过2元；性能出众，平常我们常见的WIFI传输距离不会超过150米。来自德国的 AReResearch 的做了一个测试，他们测试的传输距离竟然达到了在空旷地方300米的可靠连接，而只有在超过400米信号才会丢失；有很多供应商开发板支持，很多开发板供应商都生产了支持ESP8266的开发板卡，使其使用更方便、可信；大量的开发资源从网络上百度检索ESP8266，相关结果达到了5190000个；人数众多的开发者。
2.2 开关的选择
本设计使用继电器，随处都可以见到继电器的存在，其可以通过极为弱小的电流来控制较大功率电流。具有隔离的优点，因此他起到了保护调节电路的作用和转换电路的作用等。缺点是吸合需要比较大的电流，功耗稍大，有触点，反应速度较慢[2]。
3 基于ESP的无线开关系统硬件电路设计
该系统由主控及wifi模块ESP8266、继电器、电源等组成。下面对各部分进行具体的分析与介绍。
3.1 ESP8266模块
ESP8266EX性能稳定、集成度高、功耗低采用超低功耗的 Tensilica L106 32位RISC处理器，CPU时钟频率高达160MHz，支持实时操作系统（RTOS）和Wi-Fi协议栈，可将高达CPU处理器的80%的处理运算资源留给应用编程。
3.2 继电器
继电器其实也是一种开关，它常应用于控制电路的开关以及电路转换控制当中。继电器在生活中很常见，但大多数都是电磁继电器，它是通过给线圈通电，然后产生磁场来控制吸合开关的，就跟磁铁似的，因此它工作时间不能太久，时间长了容易产生高温，长时间使用需要注意散热。
3.3 系统总体设计
该系统采用ESP8266为核心芯片，通过GPIO05与继电器相连接，通过引脚输出高低电平来控制继电器的开合，以此来起到开关的作用。S4为该模块的复位按键，S2为烧写模式选择开关，S2断开表示运行模式，S2接通则为下载模式。
4 基于ESP的无线开关系统软件设计
4.1 系统详细设计及工作原理
上位机发送数据至云平台，接收数据传送至下位机。配置软件开发环境，通过软件将开关命令发送给云端设备，云端接收到数据后，先判断数据的准确性后转发给云下设备，云下设备根据指令做出对应的动作。收到数据后从机会判断识别码，正确则执行相应的动作。
4.2 上位机
4.2.1 上位机的简介
上位机是指能够发送接受数据的设备，一般他都是电脑，它可以在屏幕上显示一些测量到的量，比如温度、气压、亮度等。上位机的作用主要就是控制下位机，所以每个上位机都要配一个被控制的下位机来接收上位机的指令。简单说来就是那样，但是实际情况往往差别很大，但基本都是万变不离其宗：需要上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。
4.2.2 MQTT
使用软件MQTT.fx来与云端通信，登陆连接之后直接就可以推送消息到云端，然后再通过云端转发到设备。该软件采用MQTT通信协议来进行通讯，MQTT协议的目标用户是设备处理能力不够的计算机，或者工作环境不好的传感器和控制设备之间的通信而设计的通信协议。信息传递流程如下：
（1）发布者发布消息给代理；
（2）代理推送消息给订阅者；
（3）订阅者订阅消息并传送给代理。
4.3 云平台
4.3.1 云平台的介绍
物联网云平台是一个定制网络，它是专为家居物联智能设计的一套系统，例如，不同的物联网传输的数据量也不一样，有的就很少，一次只有几是个字节的数据，甚至有的才几个字节的数据，大部分时间它都是处于休眠状态的，例如智能家居报警系统，有些数据量会非常大，如智能网络相机、智能学习机器人；物联网这几年经过飞速发展，其线下设备终端的数量极多，物联网设备量都可以说是数之不尽，物联网的通信方式并不是很多，概括起来就几种，Wi-Fi、以太网、蜂窝数据网络，物联网接入访问方式有很多很多，不同的接入访问方式的特性也不一样，而且还考虑如何对接。因此使用普通的云平台来服务物联网是不合适的。
4.3.2 云平台的种类
现如今国内的物联网云平台大致有七大平台，分别有阿里云、百度物接入、QQ物联、京东微联、机智云、庆科云和OneNet的七大平台，经过慎重的选择，决定采用阿里云平台。
5总结与展望
5．1 无线遥控开关的优点
无线遥控开关所具有的优势如下：
1．无线遥控开关相当简单方便，不会造成关灯不及时等问题。
2．传统开关采用金属触点，易产生电弧和火花。而该无线遥控开关由于使用继电器或三极管来控制开关，则不会产生电弧和火花造成危险。
3. 节能、经济，无线wifi智能开关待机功耗极低，可以进入休眠状态，为用户省电节能；另外，该设计的遥控开关成本低至30元左右，经过系统化生产之后成本应该能低至20元左右，价格低廉。
4．该无线遥控开关待机功耗极低，能够极大的节约能源，满足长久使用的要求，所以预测会有较好的发展及推广前景。
5．适应范围广泛，家用灯具、电器等设备都可以直接连接。
6．安装便捷。
7．控制能力强，采用无线数字识别、无线射频遥控、无需手动操作，一键全开﹑全关，可以自由组合照明或者智能家电工作组合搭配，实现多种不同的控制。
5．2系统存在的问题
硬件方面：继电器需要5V的工作电压，芯片则是3.3V的工作电压，缺少一个转换电压的电路，目前用的两个供电设备
软件方面：上位机软件缺少一个与下位机通信的通信显示界面，因为系统采用了单线通信，只可以上位机发送信号，下位机接收信号然后执行指令，没有采用信息交互的办法，无法得知当前开关状态。连接WIFI时需要重新烧录程序，无法从下位机选择WIFI输入密码连接，缺少按键。
参考文献：
[1]雷红淼.基于AVR单片机的火炮角度伺服控制系统设计[D].中北大学，2012.（62）
[2]许金喜，张新有.Android平台基于MQTT协议的推送机制[D].计算机系统应用，2015.（18）