Windows 10 IoT Core + Raspberry Pi + Arduino 实现家庭插座自动化控制

组件与物料清单

所需工具与软件

• XCTU（XBee 配置工具）
• Visual Studio 2015+
• Arduino IDE
• Microsoft Azure
• Windows 10 IoT Core

项目简介

引言

本项目演示如何使用运行 Windows 10 IoT Core 的 Raspberry Pi、XBee 无线模块和 Arduino，实现家庭插座的本地与云端双模式控制。所有代码已开源至 GitHub。

为什么要自动化插座？

控制插座而非单个设备，可让任意家电接入自动化体系。项目以风扇和灯为例演示。

XBee 无线通信模块配置

采用两个 XBee 模块：一个作为 Coordinator（协调器）连接 Raspberry Pi，另一个作为 Router（路由器）连接插座端 Arduino。Coordinator 根据用户指令发送无线信号给 Router 控制继电器。

AT 模式配置 XBee

1. 下载安装 XCTU。
2. 使用 FTDI 适配器更新 XBee 固件。
3. 参考视频教程完成 AT 模式配置，确保两模块可互通。

接收端（插座侧）搭建

所需硬件： XBee Router、Arduino UNO、XBee Shield、4 路继电器扩展板。

Arduino 代码

接收 Coordinator 发送的串口指令：

• "ON1" → 闭合继电器 1
• "ON2" → 闭合继电器 2
• "OFF1" → 断开继电器 1
• "OFF2" → 断开继电器 2

#define RELAY1 7
#define RELAY2 5
String state = "OFF";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(RELAY1, OUTPUT);
  pinMode(RELAY2, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    state = Serial.readString();
    Serial.println(state);
  }
  if (state == "ON1\r\n") digitalWrite(RELAY1, HIGH);
  else if (state == "ON2\r\n") digitalWrite(RELAY2, HIGH);
  else if (state == "OFF1\r\n") digitalWrite(RELAY1, LOW);
  else if (state == "OFF2\r\n") digitalWrite(RELAY2, LOW);
  else {
    digitalWrite(RELAY1, LOW);
    digitalWrite(RELAY2, LOW);
  }
}

高压插座接线（⚠ 高压危险，操作需极度小心）

继电器本质是电控开关，可接通/切断 110–240V 市电。建议使用延长线插座改装：保留一根火线完整，另一根火线剪断，分别接入继电器的 COM（公共端）和 NO（常开端）。

将继电器扩展板堆叠在 Arduino 上，XBee Shield 再堆叠在继电器板上，插入配置为 Router 的 XBee。使用外部电池供电 Arduino，接收端完成。

服务端（Raspberry Pi 侧）搭建

需 Raspberry Pi 2 运行 Windows 10 IoT Core，Coordinator XBee 通过 FTDI 适配器 + 6 针 USB 线连接 Pi 的 USB 口。

在 Pi 上搭建 UWP Web 服务器，监听用户请求，通过串口向 Coordinator XBee 发送指令。XBee 将指令以无线电波发送给 Router 端。

参考视频教程搭建 Web 服务器。FTDI 驱动移植参考：GitHub。

接入 Azure 云服务

实现全球远程控制：

1. 在 Azure 创建网站托管 Web 应用。
2. 创建 Azure SQL Database 处理用户认证授权。
3. 创建 Azure 表存储存储控制指令，Pi 端轮询处理。

参考文档：表存储、SQL 数据库。

演示

两种控制方式：

1. 局域网内直接访问 Pi 的 Web 服务器地址。
2. 通过部署在 Azure 的 ASP.NET 5 Web 应用远程控制。

总结与应用场景

1. 结合光敏/人体红外传感器，实现节能自动开关灯。
2. 老年人可用遥控器/射频卡控制插座。
3. 定时任务自动开关，节约电能。
4. 入侵检测联动全屋照明报警。
5. 度假一键断电全屋。
6. 按需控制空调/暖气，避免无人时长时间运行。

代码：继电器控制 (C/C++)

#define RELAY1 7
#define RELAY2 5
String state = "OFF";

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(RELAY1, OUTPUT);
  pinMode(RELAY2, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    state = Serial.readString();
    Serial.println(state);
  }
  if (state == "ON1\r\n") digitalWrite(RELAY1, HIGH);
  else if (state == "ON2\r\n") digitalWrite(RELAY2, HIGH);
  else if (state == "OFF1\r\n") digitalWrite(RELAY1, LOW);
  else if (state == "OFF2\r\n") digitalWrite(RELAY2, LOW);
  else {
    digitalWrite(RELAY1, LOW);
    digitalWrite(RELAY2, LOW);
  }
}

原理图