基于STM32的智能插座系統(tǒng)設(shè)計

張余明，郭振軍

（桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

0 引 言

隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，各種電器已進入人們的日常生活，因此電源插座用量隨之增長，但目前市場上的插座產(chǎn)品質(zhì)量不一、功能不全，無法滿足人們節(jié)能控制的需求，比如，電動車電池在充電過程中，為了保護電池避免過充，可以根據(jù)需要設(shè)計充電時間，待電池充滿后自動斷電；家中WiFi可以在晚間人們休息時自動斷電，早晨自動開啟等。

根據(jù)以上要求，本文設(shè)計了一種基于STM32的智能插座[1-2]，該插座既可根據(jù)用戶的用電習(xí)慣設(shè)定斷電時間和開啟時間，也可以根據(jù)充電需要設(shè)定充電時長，同時還可以對用電量進行檢測，或根據(jù)外界條件實現(xiàn)對插座通斷電的控制等。系統(tǒng)平臺框圖如1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

1 智能插座硬件模塊設(shè)計

該插座系統(tǒng)將STM32作為控制核心，具體包括AC輸出控制模塊、無線通信模塊、電源變換模塊、微控制器單元模塊和定時開關(guān)等。

1.1 AC輸出光源控制模塊

為確保使用安全，插座內(nèi)部的每一組簧片上都有獨立的發(fā)光體、光感應(yīng)元件以及控制AC輸出的繼電器模塊[3-4]，根據(jù)插孔是否同時有插頭插入來判斷是否接通電源。

發(fā)光體模塊采用不設(shè)置聚光鏡的LED發(fā)光二極管，光感應(yīng)元件采用光敏二極管。光感應(yīng)元件的信號輸出端與微控制器模塊的信號輸入端連接，微控制器的輸出端通過以三極管作為開關(guān)的驅(qū)動電路與繼電器模塊[5]連接；根據(jù)插座需要，可設(shè)置多個繼電器模塊，且每一個繼電器的常開觸頭分別與插座電纜、對應(yīng)組的簧片連接。光控AC輸出控制電路框圖如圖2所示。

圖2 光控AC輸出控制電路框圖

1.2 無線通信模塊

無線通信模塊采用具有功耗低、通信距離長和抗干擾能力強等特點的LoRa模塊[6]實現(xiàn)插座的無線控制功能。利用微處理器控制該模塊的通信模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)傳輸控制功能，通過無線電與手機連接，用于設(shè)置該智能插座的通斷時間。LoRa模塊電路原理如圖3所示。

圖3 LoRa模塊電路原理

1.3 電源變換及電量檢測模塊

電源模塊采用輸入的交變電AC 220 V，經(jīng)變換后輸出DC 5 V和DC 3.3 V至隔離電源模塊，電源模塊原理如圖4所示。該模塊可輸出穩(wěn)定電壓為發(fā)光體、接收模塊、微控制器及繼電器等供電；對插座輸出的電量進行檢測，實現(xiàn)節(jié)約用電的智能提醒及控制；將每天所使用的電量情況通過LoRa模塊[7-10]以短信方式發(fā)送給用戶。

圖4 電源變換及電量檢測模塊原理

2 智能插座軟件模塊設(shè)計

2.1 AC輸出光源控制模塊軟件設(shè)計

插座AC是否有輸出，需要根據(jù)外界條件的變化進行判定，程序流程如圖5所示。

2.2 無線通信模塊軟件設(shè)計

無線通信模塊采用LoRa模塊進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

（1）當(dāng)模塊接收到數(shù)據(jù)后，先將待接收的數(shù)據(jù)讀入模塊的接收緩沖區(qū)，根據(jù)接收的數(shù)據(jù)長度設(shè)計數(shù)據(jù)接收時間，確保數(shù)據(jù)接收的完整性。模塊接收數(shù)據(jù)的流程如圖6所示。

圖6 模塊接收數(shù)據(jù)的流程

（2）在模塊進入發(fā)送模式時，STM32需先將待發(fā)送數(shù)據(jù)寫入模塊的發(fā)送緩沖區(qū)，待數(shù)據(jù)完全寫入緩沖區(qū)后，開啟中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)發(fā)送流程

3 結(jié) 語

本文設(shè)計的智能插座系統(tǒng)利用無線模塊實現(xiàn)了對插座的智能控制，具備遠(yuǎn)程關(guān)斷和開啟功能，同時，插座還可以進行用電量的檢測統(tǒng)計，并通過相應(yīng)的無線模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給用戶，便于用戶掌握電器的功率消耗情況，達到節(jié)能效果。該插座設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)巧妙，具有操作方便、安全可靠的特點，滿足了人們對插座智能化的需求。