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。
2．2 控制模块驱动设计
在嵌入式linux操作系统下，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节。在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
文中使用gpio口作为控制端口，每一位信息控制一个电源插座开关。以连接1号插座开关的gp10为例，说明其驱动程序的编写。
将gp10定义为输出状态，并预设插座开关断开时输出0，此时gp10将输出0，输出低电平，并使图4中的三极管t1截止，光耦u1不工作，k1不导通，220 v供电断开；打开供电时，将gp10置1，即输出高电平，t1导通，220 v供电打开。
驱动程序中ioctl函数代码如下：
2．3 嵌入式web服务器设计
远程可控电源插座系统采用b／s(browser／server)结构，系统内嵌的嵌入式web服务器可向合法用户提供基于浏览器的操作界面，浏览器便成了与插座相连设备的远端控制板。
由于嵌入式系统拥有的资源有限，构建嵌入式web服务器须选择一个合适的web服务器，在不影响整体性能的前提下，既利用自身有限的资源，又必须满足支持cgi的web应用需求。
文中采用boa server作为嵌入式web服务器。boa是一个非常小巧的web服务器，可执行代码只有约60 kb。它是一个单任务web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会创建出新的进程来处理并发连接请求。但boa支持cgi，能够为cgi程序创建进程来执行。
移植boa的大致步骤如下：
1)从官方网站(http：／／www．boa．org)上下载boa源代码，解压；
2)根据硬件对boa进行相应的配置，并交叉编译，编译器选用arm-linux-gcc；
3)编译生成可在arm上运行的boa程序，将其和内核一起下载到arm平台上运行；
4)将系统所需静态页面文件和cgi程序拷贝至相应的路径下。
当web服务器程序收到用户以http协议的get方式发来的远程控制指令后，调用cgi程序，在cgi程序中用open(“／dev／rcpo”，o_rdwr)语句打开设备文件，若成功，则将控制参数传递给ioctl函数的cmd．控制对应的插座开关做相应动作。
3 系统测试 文中在嵌入式系统开发平台上实现，并制作了控制模块硬件，对电源插座进行了内部连线改装，使之远程可控。搭建测试环境，对一台220 v供电工作的普通电扇进行远程控制，如图5所示。
用户用浏览器软件访问本系统，经登录认证后进入控制页面，如图6所示。点击“开启”按钮后，电扇转动；点击“关闭”按钮后，电扇关闭。系统运行正常，响应及时。测试表明，本文设计是可行的、有效的。
4 结论 文中设计了一种远程可控电源插座，在arm嵌入式系统上构建嵌入式web服务器，用户通过网络访问web服务器，实现对电源插座的操作，进而远程控制与其相连的电器。本文设计采用模块化设计，功能实用，操作简便，易于扩展，可广泛应用于家用或工业电器的远程控制。
随着互联网技术的发展以及与信息家电、工业控制技术的结合日益紧密，具备网络功能的嵌入式系统应用正在成为未来电器的发展趋势。
5G商用化应用越来越近,基站建设将带动155GWh以上锂电池需求
可编程增益放大器MCP6S2X在多路信号采集中的应用
物联网时代5G和AI将是未来IoT世界中两个主要的驱动引擎
在TWS蓝牙耳机项目中谈谈一款耳机RF性能调试
半导体激光器的特点
基于ARM-Linux架构的远程可控电源插座设计方案
北京航空航天大学：研制成功的高灵敏度石墨烯MOEMS谐振压力传感器
如何使用运算放大器来驱动高精度模数转换器
光纤连接无线路由器的方法
人机界面应用的蓝牙低功耗和专有射频协议比较
三星显示器：藏不住的专业高效，为你扫清“节后综合症”
隔爆型电气设备的防爆原理
一加6手机设计图曝光该机采用了木质后壳设计
市场面板价格普遍下降 iPhone需求不及预期
苏宁小Biu智能变温冰箱开启预约该冰箱支持24档宽幅变温
电感的饱和电流怎么测
现在的电梯电机为什么都要采用永磁同步电机？
宽带隙材料满足EV功率和效率要求
CMOS图像传感器工作原理
采集针畅通性测试仪
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。
2．2 控制模块驱动设计
在嵌入式linux操作系统下，设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节。在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
文中使用gpio口作为控制端口，每一位信息控制一个电源插座开关。以连接1号插座开关的gp10为例，说明其驱动程序的编写。
将gp10定义为输出状态，并预设插座开关断开时输出0，此时gp10将输出0，输出低电平，并使图4中的三极管t1截止，光耦u1不工作，k1不导通，220 v供电断开；打开供电时，将gp10置1，即输出高电平，t1导通，220 v供电打开。
驱动程序中ioctl函数代码如下：
2．3 嵌入式web服务器设计
远程可控电源插座系统采用b／s(browser／server)结构，系统内嵌的嵌入式web服务器可向合法用户提供基于浏览器的操作界面，浏览器便成了与插座相连设备的远端控制板。
由于嵌入式系统拥有的资源有限，构建嵌入式web服务器须选择一个合适的web服务器，在不影响整体性能的前提下，既利用自身有限的资源，又必须满足支持cgi的web应用需求。
文中采用boa server作为嵌入式web服务器。boa是一个非常小巧的web服务器，可执行代码只有约60 kb。它是一个单任务web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会创建出新的进程来处理并发连接请求。但boa支持cgi，能够为cgi程序创建进程来执行。
移植boa的大致步骤如下：
1)从官方网站(http：／／www．boa．org)上下载boa源代码，解压；
2)根据硬件对boa进行相应的配置，并交叉编译，编译器选用arm-linux-gcc；
3)编译生成可在arm上运行的boa程序，将其和内核一起下载到arm平台上运行；
4)将系统所需静态页面文件和cgi程序拷贝至相应的路径下。
当web服务器程序收到用户以http协议的get方式发来的远程控制指令后，调用cgi程序，在cgi程序中用open(“／dev／rcpo”，o_rdwr)语句打开设备文件，若成功，则将控制参数传递给ioctl函数的cmd．控制对应的插座开关做相应动作。
3 系统测试 文中在嵌入式系统开发平台上实现，并制作了控制模块硬件，对电源插座进行了内部连线改装，使之远程可控。搭建测试环境，对一台220 v供电工作的普通电扇进行远程控制，如图5所示。
用户用浏览器软件访问本系统，经登录认证后进入控制页面，如图6所示。点击“开启”按钮后，电扇转动；点击“关闭”按钮后，电扇关闭。系统运行正常，响应及时。测试表明，本文设计是可行的、有效的。
4 结论 文中设计了一种远程可控电源插座，在arm嵌入式系统上构建嵌入式web服务器，用户通过网络访问web服务器，实现对电源插座的操作，进而远程控制与其相连的电器。本文设计采用模块化设计，功能实用，操作简便，易于扩展，可广泛应用于家用或工业电器的远程控制。
随着互联网技术的发展以及与信息家电、工业控制技术的结合日益紧密，具备网络功能的嵌入式系统应用正在成为未来电器的发展趋势。
5G商用化应用越来越近,基站建设将带动155GWh以上锂电池需求
可编程增益放大器MCP6S2X在多路信号采集中的应用
物联网时代5G和AI将是未来IoT世界中两个主要的驱动引擎
在TWS蓝牙耳机项目中谈谈一款耳机RF性能调试
半导体激光器的特点
基于ARM-Linux架构的远程可控电源插座设计方案
北京航空航天大学：研制成功的高灵敏度石墨烯MOEMS谐振压力传感器
如何使用运算放大器来驱动高精度模数转换器
光纤连接无线路由器的方法
人机界面应用的蓝牙低功耗和专有射频协议比较
三星显示器：藏不住的专业高效，为你扫清“节后综合症”
隔爆型电气设备的防爆原理
一加6手机设计图曝光该机采用了木质后壳设计
市场面板价格普遍下降 iPhone需求不及预期
苏宁小Biu智能变温冰箱开启预约该冰箱支持24档宽幅变温
电感的饱和电流怎么测
现在的电梯电机为什么都要采用永磁同步电机？
宽带隙材料满足EV功率和效率要求
CMOS图像传感器工作原理
采集针畅通性测试仪