基于ARM-Linux架构的远程可控电源插座设计方案

互联网的迅速发展，实现了信息的高速传输和资源共享，极大地方便了人们的生活。嵌入式系统广泛应用于各种电器产品、智能仪表和控制设备中，它与互联网的结合是一种必然的趋势。
    嵌入式系统和网络技术的快速发展，为网络远程控制的发展和完善提供了技术基础。
    笔者综合运用嵌入式系统和Web技术，设计了一种可通过互联网进行远程控制的电源插座系统，实现对家用或工业电器的远程实时控制。用户通过网页浏览器访问该系统，对各插座进行打开或关闭的操作，实现对与其相连接的电器的远程控制。

1 嵌入式Web工作原理

    嵌入式Web的体系结构如图1所示。客户端和嵌入式系统中Web服务器之间的通信协议采用HTTP(超文本传输协议)。嵌入式操作系统提供TCP／IP协议支持。嵌入式Web服务器提供静态网页，也可以通过CGI(Common GatewayInterface，公共网关接口)与后台程序或嵌入式数据库交互，进行数据访问或处理。

    嵌入式Web的工作流程如图2所示。嵌入式Web服务器的主要任务是接收客户端请求、解析客户端请求、响应客户端请求、向客户端回送请求的结果。客户端与Web服务器交换数据之前，首先用TCP／IP建立连接，服务器端程序建立TCP类型的Socket套接字；服务器在接收到用户端的请求后，解析客户请求的HTTP协议头，分析客户的请求，根据客户的请求做相应的处理并返回结果。

2远程可控电源插座设计

文中设计采用ARM-Linux架构。ARM处理器县有小体积、低功耗、低成本、高性能等特点。嵌入式Linux操作系统内核精悍，运行所需资源少，十分适合嵌入式系统应用。

2．1 系统硬件设计

远程可控电源插座系统硬件结构如图3所示。

    嵌入式Web服务器实现对用户的身份验证、页面解析与交互，根据用户请求产生对电源插座的控制信号。存储器存放系统的程序和页面文件。
    以太网接口模块可选用RTL8019AS等以太网接口芯片，实现网络通信。
    控制模块实现对连接在市电AC220 V的插座各开关的“打开、关闭”操作，进而控制相连接的电器的工作。由于嵌入式系统使用的DC3.3V电源，且电流较小，控制模块须实现弱电对强电的控制。考虑到响应速度、电路功耗、使用寿命等因素，控制模块设计选用光电耦合器和可控硅。控制模块可控制电源插座的4路开关，其中一路的电路原理如图4所示。

    光电耦合器选用MOC3062，它集光电隔离、过零检测和过零触发为一体，可以自动检测交流电压的过零信息。可控硅选用Q4010NH5，是大功率开关型半导体器件，具有耐压高、容量大、体积小、无噪音等优点。
    ARM处理器的GPIO端口输出电平不足以使光耦元件U1(MOC3062)正常工作，需要信号放大。电阻R2和下拉电阻R3组成三极管保护电路。当GPIO端口输出为高电平时，三极管T1(9013)导通，使电阻R1和光耦U1形成通路，U1正常工作，GPIO输入信号得到放大，双向可控硅K1(Q401O NH5)的G控制端得到高电压，K1导通，插座220 V供电打开；当GPIO端口输出为低电平时，三极管T1截止，使电阻R1和光耦U1形成断路。此时U1不工作，K1断路，插座供电被关闭。