基于STM32的節能按鍵插排

趙曉銅　高涵　程洪　胡欣宇

摘 要：針對現有市場上的插座插頭不易分離，長時間充電會損壞物品甚至威脅生命的問題，在節能環保，可持續發展戰略的有利號召下，本文利用物聯網技術設計研發出一款節能按鍵插排。該設計以STM32為主控制芯片，電流檢測模塊，繼電器，智能開關等模塊實現了電流的自動檢測、控制單線路開閉、一鍵控制開關彈起等功能。該設計簡單實用，價格低廉，有廣泛的應用前景。

關鍵詞：STM32;智能插排;繼電器;節能減耗

隨著人們生活水平的提高，健康、環保、節能的生活理念已深入人心，對于智能型、人性化的家居產品，受到了人們廣泛的關注[1]。然而現有的插座已經不能夠滿足社會需要，功能新穎的智能化插座有著強大的市場需求。對市場上智能插排進行調研，部分插排設計方案局限于某種應用場合，部分插排設計方案可用于多種場合，卻未能充分考慮到插排的智能化。因此，本文選用了處理能力較強STM32單片機作為主控制器，利用電流檢測模塊，繼電器，琴鍵開關等設計了一款節能按鍵插排。通過串聯電路將電流檢測模塊接入電路，可隨時檢測電流控制繼電器控制電路的開閉。配備按鈕，一鍵彈起，可以非常輕松得將插頭插排分離。

1 硬件設計

1.1 電流檢測模塊

通過ACS712電流傳感器串聯在負載上來檢測電流，當負載中有電流通過被檢測到時，電流傳感器會把當前測得電流值和電壓值輸出。該芯片設計是基于霍爾感應的原理，器件內部嵌置有精確的低偏移性的霍爾傳感器，能夠通過片內的霍爾IC感應轉化為成比例的線性電壓[2]，輸出的電壓信號是一個模擬量，通過模數轉換將其相應的數字量輸出。電流檢測模塊串聯在電路里，將電流實時傳輸回單片機，保存在數組中，單片機可根據返回的數據值對IO口進行高低電位轉換控制。如果是電流過小或者功率過大，則會將單獨的這一條線路關閉，同時將IO口設置為低電位，如若檢測到電流正常且功率正常，則繼續工作。電流檢測模塊可同時檢測多條線路，讀取數據控制相應線路開閉。相比于傳統的電流互感器檢測電流，電流檢測模塊成本低，體積小，重量輕，能夠應對突發性絕緣擊穿等問題。能準確，實時的檢測多點的電流，及早的處理設備的安全隱患，不僅節約能耗，保證了人身安全，還有效的避免了因過充導致的安全問題，能夠保證電流模塊的正常運行，確保負載不會損壞。

1.2 繼電器模塊

繼電器是具有隔離功能的自動開關元件[3]，JQC-3FF繼電器，采用光耦隔離及貼片，驅動能力較強，性能處理相對其他硬件比較穩定。繼電器模塊觸發方式可由自己手控選擇：低電平觸發或高電平觸發。配備有容錯設置，即使控制線斷或者錯亂，繼電器也不會有動作。繼電器由電流檢測模塊檢測出的電流大小來控制，當電流過小時，通過IO口的高低電位變化來控制電源線路開閉。節能按鍵插排，采用了繼電器多路控制線路，可獨立檢測并控制單個線路的開閉。在電流檢測模塊檢測到電流過小時，會將線路斷開。即使一個線路因電流過大過小而被關閉，其他線路也不會受到影響，也可接著工作。避免因觸碰到線路開關而導致整個插排斷電的結果，使電路使用更安全。當繼電器沒有觸碰銜接時，繼電器的公共端、常閉端會導通，負載沒電不會工作;當繼電器觸碰銜接時，繼電器公共端則會與常開端接通，負載接有電流工作。

1.3 琴鍵開關模塊

琴鍵開關在控制電路中有著很重要的影響。琴鍵開關由殼體、蓋、靜觸片、彈片、自鎖組件、滑柱、彈簧和按鈕，其特征在于所述彈片的擺腳的擺動方向與各滑柱的排列方向相同且正對滑柱的軸心，滑柱上伸出的壓頭與對應彈片相配。將開關放置于插頭下面，按下按鍵，開關就會彈出，給與插頭一個沖擊力，從而將插頭彈出。且開關一對一控制，一個開關對應一個插頭，解決了人們在日常生活中單手拔插頭不方便的問題，輕易方便，省力省時。

2 系統流程圖

電流檢測模塊檢測當前負載的電流值返回給主控制器，主控制器則根據返回的數值來計算功率大小，并根據電流、功率來控制負載線路是否繼續供電工作。如果電流過小或功率過大則通過繼電器將線路關閉，如果電流，功率都正常，則各線路按正常軌跡繼續工作。琴鍵開關則一鍵控制負載彈起，將插頭插排分離。

3 結論

這款易于插座插頭分離的節能按鍵插排的設計采用繼電器多線程控制，可獨立控制單一線路開閉;電流檢測模塊可實時監測電流，檢測不同負載不同時間的電流大小;琴鍵開關，一鍵控制彈起，易于插座插頭分離。此設計節能環保，簡單易用，有著廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]胡葛軍，王普，方濱，高新.基于GSM短信平臺的智能信息插座的研發[J].智能建筑，2006（02）：46-49.

[2]董建懷.電流傳感器ACS712的原理與應用[J].中國科技信息，2010（05）：92-93+96.

[3]李虹靜，李升輝.基于STC8系列單片機的繼電器控制電路設計[J].科技與創新，2019（13）：37-38.