基于STM32F103的智能安全插座

張?chǎng)? 仲晨陽(yáng) 楊奕

摘 要 設(shè)計(jì)了基于STM32F103的智能安全插座，介紹在普通插座的基礎(chǔ)上加上STM32F103主控的電流、電壓、功率因數(shù)及有功功率的監(jiān)測(cè)裝置。通過(guò)單片機(jī)讀取CS5463芯片測(cè)量的負(fù)載工作時(shí)的電能參數(shù)，利用主控模塊的程序算法，顯示出用電器的種類(lèi)、電能參數(shù)及工作狀態(tài)，同時(shí)計(jì)量用電器工作時(shí)間，當(dāng)用電器工作時(shí)間和電能參數(shù)異常時(shí)，控制繼電器斷開(kāi)電路。

關(guān)鍵詞 CS5463 電能參數(shù) 繼電器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

據(jù)消防部門(mén)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)全國(guó)因電器原因的火災(zāi)事故達(dá)4萬(wàn)多起，平均每13分鐘就會(huì)發(fā)生一次電氣火災(zāi)，而插座問(wèn)題是引起火災(zāi)的主要原因之一。然而傳統(tǒng)的插線(xiàn)板還存在結(jié)構(gòu)模式單一，智能化水平低，安全性能低的等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32F103的智能安全插座。當(dāng)有用電器工作時(shí)，CS5463檢測(cè)用電器的電流、電壓、有功功率和功率因數(shù)的數(shù)據(jù)，STM32F103單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特定參量，再通過(guò)這些參量來(lái)識(shí)別電器種類(lèi)，接著將用電器種類(lèi)和功率顯示在LCD顯示屏上并設(shè)置斷電時(shí)間，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)插座供電情況，智能保護(hù)用電器以及插座本身安全。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是以STM32F103為微控制器，實(shí)時(shí)讀取CS5463芯片采集的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)LCD顯示器將各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，直觀的了解用電的各項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)出現(xiàn)電路短路或電路出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)單片機(jī)發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)控制繼電器斷開(kāi)，達(dá)到安全用電的效果。系統(tǒng)框圖如下圖1：

2硬件方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中CS5463多功能電能計(jì)量芯片計(jì)量負(fù)載的信號(hào)數(shù)據(jù)。CS5463 芯片是一個(gè)包含兩個(gè) 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高度集成的 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測(cè)量和計(jì)算電流、電壓、瞬時(shí)功率、功率因數(shù)等。電流互感器采用CT118F，該電流互感器具有1000：1的變比，且線(xiàn)性度為0.2%，測(cè)量精度高。電壓互感器采用ZMPT101B，該電壓互感器變比通過(guò)兩端電阻值的比值的不同，實(shí)現(xiàn)不同變比，且輸入端與輸出端可互換，降低實(shí)驗(yàn)中的誤差幾率。繼電器則通過(guò)單片機(jī)I/O口發(fā)出的高低信號(hào)控制用電器的開(kāi)關(guān)。

3軟件功能設(shè)計(jì)

本作品的軟件設(shè)計(jì)是以STM32F103單片機(jī)來(lái)作為CPU控制器來(lái)完成的。系統(tǒng)上電后，首先對(duì)各設(shè)備（單片機(jī)、顯示屏、cs5463等）進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入等待狀態(tài)，掃描是否接收到CS5463芯片的電流標(biāo)志信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)接收到信號(hào)后，檢測(cè)其電流大小，判斷是否需要進(jìn)行安全處理（過(guò)流斷電）。若電流參數(shù)正常，則采集用電器功率因數(shù)、溫度等到單片機(jī)寄存器。通過(guò)CPU對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)比單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)用電器進(jìn)行分類(lèi)，并把其種類(lèi)和數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上。對(duì)于某些高危用電器，單片機(jī)內(nèi)對(duì)其設(shè)置了定時(shí)斷電保護(hù)，當(dāng)單片機(jī)定時(shí)器達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，會(huì)發(fā)出信號(hào)使CS5463自動(dòng)斷電，以防產(chǎn)生意外事故。軟件流程圖如下圖2所示：

4結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)完成了家用電能參數(shù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家用電器的電能參數(shù)的檢測(cè)，且本設(shè)計(jì)在不處理數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，只有CS5463處于電能檢測(cè)狀態(tài)，能耗相對(duì)較低，且具有測(cè)量范圍寬、穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

基金項(xiàng)目：重慶理工大學(xué)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

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