基于STM32單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊的智能插排設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄧旭輝 周致文 邵育蘭

摘 要：本研究基于STM32單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)了一種智能插排，通過電容屏顯示開關(guān)、通斷電、定時時間以及觸摸屏等方式設(shè)定具體定時時間，還可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制智能插排的通斷，具有節(jié)能、安全、實(shí)用的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能插排;STM32單片機(jī);物聯(lián)網(wǎng);電容屏

中圖分類號：TM503.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0010-03

Abstract： Based on STM32 single-chip microcomputer and Internet of Things module， this paper designs an intelligent socket， which can display on or off， power on or power off and timing time through capacitor screen， set the specific timing time through the touch screen，and realize the remote control of the on and off of the intelligent socket by mobile phone; Energy saving， safe and practical，it can also realize the power on or power off of the smart socket remotely controlled by the mobile phone.It has the characteristics of energy saving， safety and practicality.

Keywords： intelligent socket;STM32 single-chip microcomputer;Internet of Things;capacitive screen

智能插排是一種大規(guī)模生產(chǎn)的智能家居產(chǎn)品，它的出現(xiàn)在一定程度上打破了智能家居定制化的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，使人們可以深入感受智能家居產(chǎn)品所帶來的便利[1]。隨著單片機(jī)在智能化電子產(chǎn)品中展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用空間[2]，插排的功能也越來越智能化。例如，利用定時功能實(shí)現(xiàn)插排的通電和斷電，根據(jù)指示燈的變化來判斷用電設(shè)備的各種狀態(tài)[3];采用拉伸結(jié)構(gòu)，在使用時將一部分抽拉出來，也可立在桌面上使用[4];智能手機(jī)作為智能家居控制終端等[5]。為了進(jìn)一步滿足低功耗、安全、控制精度高、操作簡單、性價比高等要求，設(shè)計(jì)了一種可顯示開關(guān)狀態(tài)、通斷電狀態(tài)、定時時間、倒計(jì)時提醒，可通過觸摸屏設(shè)置定時以及可通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制通斷的智能插排。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，分別從硬、軟件兩個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

智能插排的硬件設(shè)計(jì)思路為：顯示實(shí)時狀態(tài)，通過觸摸方式對通斷以及定時開關(guān)進(jìn)行控制，利用語音播報(bào)提示接收通斷電和通斷電結(jié)束的通知，手機(jī)遠(yuǎn)程控制智能插排的通斷電，即需要實(shí)現(xiàn)核心控制、顯示與觸摸、開關(guān)通斷控制、遠(yuǎn)程操作控制以及語音播報(bào)等功能，具體硬件選擇如下所述。

①核心控制。物聯(lián)網(wǎng)模塊對主控芯片需要一定的反應(yīng)速度和信息反饋能力，因此選用STM32F103單片機(jī)實(shí)現(xiàn)核心控制功能，功耗相對較少。

②顯示與觸摸。選用4.27 cm×5.61 cm（2.8寸）電阻屏，顯示空間最大化的同時，文字庫容量相對較大、顯示全面，還可通過觸摸屏對單片機(jī)進(jìn)行操控，節(jié)省端口資源，使用、安裝較簡單。

③開關(guān)通斷控制。智能插排需要接220 V交流電，選用常開接口最大負(fù)載為交流250 V/10 A、直流30 V/10 A的2個繼電器配合單片機(jī)進(jìn)行智能插排的開關(guān)通斷控制。

④遠(yuǎn)程操作。需要手機(jī)遠(yuǎn)程控制智能插排的通斷，無線遙控器件選擇安全、節(jié)能的ESP8266模塊，既可進(jìn)行局域網(wǎng)控制又可遠(yuǎn)程控制。

⑤語音播報(bào)。選用JQ 8400語音播報(bào)模塊，支持普通的MP3文件，可通過軟件生成需要的語音，成本低，使用方便。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

智能插排設(shè)計(jì)的編程采用C語言，并通過Keil平臺進(jìn)行編譯，采用生成的hex文件燒錄到STM32F103單片機(jī)中。結(jié)合上述硬件設(shè)計(jì)和功能需求，軟件設(shè)計(jì)如下所述。

1.2.1 觸摸屏操作。初始化開機(jī)動畫后，界面穩(wěn)定，檢測觸摸屏的信號，通過觸摸觸摸屏選擇進(jìn)入預(yù)設(shè)的不同模式，模式一直接通斷電，模式二定時通電插排。進(jìn)入模式一，顯示一個簡易的燈泡圖片表示插排的通斷，通過按鈕可實(shí)現(xiàn)一鍵控制插排的通斷;進(jìn)入模式二，可通過觸摸設(shè)置的時、分、秒按鍵，再通過加減時間按鍵來設(shè)計(jì)具體的通電時間，確定后跳轉(zhuǎn)到設(shè)置好的倒計(jì)時界面，并在計(jì)時后完成插排通電。觸摸屏操作的主程序流程如圖1所示。

1.2.2 手機(jī)遠(yuǎn)程控制。通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制智能插排通斷的主程序功能為：初始化，ESP8266模塊聯(lián)網(wǎng)后建立云平臺，手機(jī)通過APP發(fā)送請求信號給云平臺，ESP8266模塊從云平臺接收請求信號，ESP8266模塊與STM32F103單片機(jī)通信，STM32F103單片機(jī)從ESP8266模塊獲取請求信號進(jìn)行分析并相應(yīng)地控制智能插排的通斷。手機(jī)遠(yuǎn)程控制程序流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)調(diào)試

完成智能插排的軟、硬件設(shè)計(jì)后，開始進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試包括觸摸屏的雙模式調(diào)試以及手機(jī)遠(yuǎn)程的通斷調(diào)試。

2.1 雙模式調(diào)試

單片機(jī)通電，屏幕開機(jī)動畫后顯示按鍵“開關(guān)”“定時”，如圖3所示。按“開關(guān)”按鍵進(jìn)入模式一，可控制插排的通斷電;插排通電時，屏幕上的燈泡顯示為亮光狀態(tài)，插排斷電時，燈泡顯示為熄滅狀態(tài)。即將通斷電和通斷電結(jié)束時通過JQ8400模塊播報(bào)通知。通、斷電調(diào)試界面分別如圖4和圖5所示。按“定時”按鍵進(jìn)入模式二，屏幕出現(xiàn)“時”“分”“秒”三個方框以及“+”“-”兩個按鈕，點(diǎn)擊方框選擇設(shè)置對應(yīng)時段的具體時間，定時設(shè)置完成后點(diǎn)擊確定，屏幕跳至倒計(jì)時斷電界面，倒計(jì)時結(jié)束前，JQ8400模塊語音播報(bào)提醒。定時、倒計(jì)時調(diào)試界面分別如圖6和圖7所示。

2.2 手機(jī)遠(yuǎn)程控制通斷

手機(jī)APP界面上顯示多個通道，對應(yīng)控制多個插排。點(diǎn)擊一個通道打開后，APP界面下方設(shè)有“定時”“延時”“全開”“全關(guān)”按鈕，相應(yīng)地進(jìn)行定時和延時通斷、控制家用所有智能插排同時通斷的操作。定時結(jié)束前，JQ8400模塊語音播報(bào)提醒。手機(jī)遠(yuǎn)程控制插排界面和定時通斷分別如圖8和圖9所示。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的智能插排通過STM32F103單片機(jī)與繼電器配合控制智能插排通斷，實(shí)現(xiàn)觸摸屏顯示開關(guān)狀態(tài)、通斷電狀態(tài)、定時時間、倒計(jì)時提醒，觸摸屏設(shè)置定時時間，以及手機(jī)遠(yuǎn)程控制智能插排的通斷，控制精度高，降低了插排功耗，提高了插排使用安全性，操作簡單，硬件布局合理，實(shí)用性強(qiáng)。

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