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谈谈家用定时插座的进化史：从机械定时到智能插座
2023-04-21 10:53:02
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摘要： 出于节能省电、便利可靠等目的，定时插座开始慢慢在家用市场上占据了一席之地。本文回顾了从机械式的定时插座，到提供了远程控制的智能插座，最后展望了智能插座的未来发展模式。
1. 简介
在每个家庭，插座都是必不可少的设备。随着各种电器的普及应用和生活节奏的加快，人们对电器的定时功能有着越来越多需求。新型的智能电器设备可以加入预约、定时开关等便捷的功能，但是对占据绝大部分市场的传统型电器而言，升级一个带定时功能的插座，成本更为低廉。
带铅酸电池的电瓶车充电时间不可过长，否则会缩短电池寿命；家里鱼缸需要经常抽水换氧，以避免鱼儿缺氧；空调、电热水器关机后，其待机功耗达到2~3W，音响系统、台式电脑主机待机能耗高达6~10W，而偏偏大多数人是不会每天去拔下这些电器插头的。
出于以上考虑，家用领域需要一种可以提供定时功能的插座，为人们提供便利，同时节约电能。在这种需求下，定时插座应运而生。在最开始的阶段，定时依靠的是手动上劲的弹簧来实现，随着技术进步和成本的降低，电子控制的定时插座开始占据主流地位。而在网络时代，由于嵌入式WIFI芯片模组的成熟和微处理器的泛滥，智能化的定时插座开始登台露面。就在这时，有识之士们已经在考虑如何将这种智能插座应用到大数据模式下的能源互联网和智能家庭中，使其发挥出更强大的力量来更好的提升人们的生活质量。
本文介绍的定时插座，不涉及品牌也不讨论品牌！
本文对时代的划分是从定时插座的历史入手，不以人类历史为准！
2. 古代史-机械式定时插座
2.1 机械式倒计时的定时插座
上古时代，定时装置采用发条上劲来实现。进入古代，在电气学科得到发展之后，人们学会了新的定时方式。机械式倒计时插座在古代是一种非常流行的定时插座，其采用简单的同步电机（其实就是简单的线圈加磁扼，里边是永磁体转子）驱动，通常设定精度为15分钟，简单易操作但不能循环，每次结束需要重新设定。工作原理为：首先将插座设置成开关控制模式，然后旋转外控制盘来设定倒计时的时长。由电网频率控制转速的交流同步电机通过齿轮传动带动控制盘缓慢旋转，当控制盘转到指向零时，拨针动作以断开开关，以后的时间段内不再接通电路，从而实现机械控制插座倒计时通断的目标。
下图是一个典型的机械倒计时插座。它的输入端在背部（2孔），输出端在底部（2孔），最大可设10小时。从拆解图可以看出，其内部依靠塑料齿轮和同步电机来实现开关的开通和关断。通断时间间隔基本没误差，但是整体时间会有几分钟的偏移。这是机械式的通病，时间控制不精确。
这种插座价格低廉，结构简单，因此直到现在仍然存在。其弊端在于塑料齿轮长时间磨损之后，容易损坏导致无法定时。另外，其采用大电阻来给同步电机分压，待机损耗大约在1W左右。
2.2 机械式循环定时插座
机械式也可以实现循环定时。聪明人总是能别出心裁，拨盘旋转360度之后不就是从零重新开始吗？于是只要将控制盘的拨针设置分布在整个圆周，就可以实现自动循环的功能。
其本质上和倒计时插座没有任何区别，只是在拨片上有了一些改进，在电机持续运转下，通过齿轮传动，24小时旋转外拨控制盘一周。控制盘上每15分钟分成一个控制时间段，每个时间段有一个对应的控制拨针，把拨针拨过去短路，这个时间段就通电，没拨过去的时间段就不通电，就是用这种简单的方法实现了每天的循环定时。
同样的，这种循环定时插座拥有机械式定时插座的所有缺点，同时其控制盘设计比倒计时型的机械插座要复杂，这也意味着其故障率要上升。
便宜好用是机械式定时插座的特点=================================
3. 近代史-基于单片机的定时插座
3.1单片机控制的倒计时定时插座
随着电子技术的发展，那种采用电机-齿轮-控制盘的机械系统控制的定时插座显得越发古老，单片机作为廉价、普及的控制IC迅速在定时器领域站稳了脚跟。
下面是一种出于最大化节省成本的目的而设计的倒计时电子定时插座。其供电回路采用了阻容电路，采用一颗非常简单的单片机（集成内部振荡器、8位定时器）来控制固态继电器的开关动作。倒计时采用LED灯泡显示。
其内部的电路结构非常简单，成本控制很好。这种结构的缺点也很明显，阻容回路待机损耗高，约1W，如果带长时间大电流，限流电阻容易烧毁。另外这种廉价的安规电容寿命约在3年左右。
最容易坏的地方就这儿。
3.2单片机控制的循环定时插座
有了单片机，定时插座就可以玩出更多的花样了。没错，加上液晶屏，让显示更为直接；装上电池，就可以储存指令，实现循环定时。经过市场的洗礼，成本一步步cost down，采用封装IC的成本由于高一点已经不再采用了。现在其IC多采用“邦定”形式，成本更低，芯片出问题不可维修。下面我们来看看这种插座。（已经有值友拆机评测，点我，为了方便大家阅读，将图片借用到本文）
解释下“邦定”，详见百度百科。简单的说，就是降低成本，本来5元的封装单片机，用邦定的只需要3元，省了不少哦。缺点是坏了就很难维修。
这种定时插座内部采用80mah的纽扣式镍氢电池，由于成本原因，缺乏电池充电保护电路，电池长时间处于过度充电状态，时间长了必然失效。 第二容易坏的地方。
其实我们可以看出，采用单片机可以生产出足够好的定时插座，只是成本决定了品质。
采用单片机之后的定时功能准确而强大============================
4. 现代史-智能定时插座
4.1 通过网络控制的智能插座
终于进入现代篇了，随着电子技术的更进一步发展，各种芯片的降价普及，所谓的智能插座开始被人关注起来。
现代的智能插座都是基于手机APP控制的，离不开手机是其最大的特点。首先我介绍一下跨界之王-小米。不错，为了实现他的智能家庭布局，雷布斯也推出了小米智能插座。通过手机APP可以远程遥控插座，但是插座必须保证不能离网。这也是现在大部分智能插座的特点，也可以说是局限之处。插座本身并不储存定时数据，而是依靠手机APP发送指令来实现操作。如果断网下，插座不可控，等同于普通无定时功能的插座。（ZDM上已经有好几篇评测了，点我看看）
看一下小米插座的内部分析，其设计水准还是在平均以上的。强弱电用塑料隔离，内部电源采用了开关电源。基于Marvell EZ-Connect无线物联网平台，主控采用ARM Cortex M3核心，WiFi芯片采用Marvell 88W8801-NMD2 SoC芯片，支持2.4G/802.11n无线协议。
目前这种类型的插座已经不少了，采用的芯片各不相同，其APP也不能互通。也就是还处在战国早期，仍在各自圈地，互不干涉。例如Broadlink智能插座采用 TI CC3000+MSP430芯片，坎坤小K采用ATHEROS AR9331方案，贝尔金智能插座采用RALINK RT5350F方案。
4.2 可以脱网定时的智能插座
有些厂家看到了上面这种插座的弊端，想出了在插座内放置定时器和电池的方法（对了，就是模仿单片机控制的定时插座），来保证插座定时设置好之后不需要网络连接就能执行。无论是断电或者是断网，设置好的的定时任务都将保存，无论手机是否连接插座都不影响定时任务的执行。很遗憾，暂时这种可以脱网的插座非常少见，也找不到这种小众产品的实际评测。
目前本人并没有入手这个插座，网络上也没有拆机评测，所以采用何种芯片不得而知。从设计角度分析，其80mah电池应该是锂电池了，而不会继续采用镍氢电池。
4.3 智能定时插座的其他功能
有了各种处理器和传感器的加入，智能插座变得好玩起来。各个厂家纷纷脑洞大开，首先加入了电能测量功能。比如部分插座采用电能计量芯片可以实时测量有功功率，还有的加入红外遥控功能，可以远程控制空调、电视机等家用电器设备；增加小夜灯的功能，可以晚上通过动做感应开启小灯；增加摄像头，实现远程监控拍摄室内状况。
这些智能插座往往会同时拥有好几个特殊功能，例如之前很多低价型号采用att7021cu(单相电能计量芯片)+ rtl8189etv（wifi芯片）+ 展讯 sc6531da（ARM9 处理器）。这个电能计量芯片只能测有功功率，其他的功率因数、电压电流有效值统统不支持，，如果能升级成att7053的话，可玩性会大大提高。
市场保有量最大的估计是米家智能插座了，已经出了很多版本。最新版的智能插座3采用了贝岭的BL0942，功能很强，能测量电流电压有效值、有功功率和电量。
智能插座的功能广泛扩展，在网络平台下实现各项远程控制，其目前可以实现的水平参考下图。
智能化插座目前还是主打APP操作==============================
5. 展望-未来的智能插座
从目前来看，这些智能插座都离不开手机、网络和APP控制，而且这些功能利用传统的定时插座都可以部分完成，因此并不是算作真正的智能插座。我一直认为，当设备拥有独立OS，能实现更多更好的功能时，才能称之为真·智能设备。
目前最流行的适合超低配置的轻量级OS，Contiki，基于C语言开发，为无线传感网络使用的多任务操作系统， 只需2Kb的RAM与40Kb的ROM就可以运行，并且由Thingsquare公司进行开发维护和提供基于云的后端服务。在国内，华为推出的Liteos，上海庆科推出的MICO均瞄准了智能硬件的应用开始推广。
解决了硬件问题，接下来是怎么使用这些硬件。这些智能插座必须具备智能设备通讯协议和云计算平台，才能更好的实现各种功能。举个应用例子，智能插座通过电量检测，得知连接的电器设备什么时候在工作，工作时的功耗多少，什么时候在待机，待机功耗多少。将其数据自动传到云计算平台，通过服务器分析，得到处理结果，再推送到绑定用户的手机上，给出节能提示，同时能够选择在电器设备待机时自动断开开关。能做到这个水平，智能插座的功能就是属于传统插座不可替代的了，这才有了智能的意义所在。
作为智能家居的重要环节，智能插座的发展仍然是大有可为大的。相信智能插座也会如同机械定时插座一样，价格降低、广泛普及，从而为人们的家居生活提供更完美的服务和便利。比如我现在用了一款米家智能墙插，可以设定每天通断电时间，也可以设定低功率断电，还能统计每天用电量和实时功率变化，配合小厨宝使用实在太方便了。
最后，本文以一张基于liteos的智能家居布局图结束。
本文初稿完成于几年前，由于某些不可控因素一直存在草稿箱。现在翻出来，一些链接可能过时了，但是了解下历史，也有点意思。博诸位看官一乐。
作者声明本文无利益相关，欢迎值友理性交流，和谐讨论～
