基于STM32單片機和物聯網模塊的智能插排設計與實現

鄧旭輝 周致文 邵育蘭

摘 要：本研究基于STM32單片機和物聯網模塊設計了一種智能插排，通過電容屏顯示開關、通斷電、定時時間以及觸摸屏等方式設定具體定時時間，還可以實現手機遠程控制智能插排的通斷，具有節能、安全、實用的特點。

關鍵詞：智能插排;STM32單片機;物聯網;電容屏

中圖分類號：TM503.5 文獻標識碼：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模生產的智能家居產品，它的出現在一定程度上打破了智能家居定制化的傳統生產模式，使人們可以深入感受智能家居產品所帶來的便利[1]。隨著單片機在智能化電子產品中展現了廣闊的應用空間[2]，插排的功能也越來越智能化。例如，利用定時功能實現插排的通電和斷電，根據指示燈的變化來判斷用電設備的各種狀態[3];采用拉伸結構，在使用時將一部分抽拉出來，也可立在桌面上使用[4];智能手機作為智能家居控制終端等[5]。為了進一步滿足低功耗、安全、控制精度高、操作簡單、性價比高等要求，設計了一種可顯示開關狀態、通斷電狀態、定時時間、倒計時提醒，可通過觸摸屏設置定時以及可通過手機遠程控制通斷的智能插排。

1 系統方案設計

為了實現上述功能，分別從硬、軟件兩個方面進行設計。

1.1 硬件設計

智能插排的硬件設計思路為：顯示實時狀態，通過觸摸方式對通斷以及定時開關進行控制，利用語音播報提示接收通斷電和通斷電結束的通知，手機遠程控制智能插排的通斷電，即需要實現核心控制、顯示與觸摸、開關通斷控制、遠程操作控制以及語音播報等功能，具體硬件選擇如下所述。

①核心控制。物聯網模塊對主控芯片需要一定的反應速度和信息反饋能力，因此選用STM32F103單片機實現核心控制功能，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進行操控，節省端口資源，使用、安裝較簡單。

③開關通斷控制。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進行智能插排的開關通斷控制。

④遠程操作。需要手機遠程控制智能插排的通斷，無線遙控器件選擇安全、節能的ESP8266模塊，既可進行局域網控制又可遠程控制。

⑤語音播報。選用JQ 8400語音播報模塊，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 軟件設計

智能插排設計的編程采用C語言，并通過Keil平臺進行編譯，采用生成的hex文件燒錄到STM32F103單片機中。結合上述硬件設計和功能需求，軟件設計如下所述。

1.2.1 觸摸屏操作。初始化開機動畫后，界面穩定，檢測觸摸屏的信號，通過觸摸觸摸屏選擇進入預設的不同模式，模式一直接通斷電，模式二定時通電插排。進入模式一，顯示一個簡易的燈泡圖片表示插排的通斷，通過按鈕可實現一鍵控制插排的通斷;進入模式二，可通過觸摸設置的時、分、秒按鍵，再通過加減時間按鍵來設計具體的通電時間，確定后跳轉到設置好的倒計時界面，并在計時后完成插排通電。觸摸屏操作的主程序流程如圖1所示。

1.2.2 手機遠程控制。通過手機遠程控制智能插排通斷的主程序功能為：初始化，ESP8266模塊聯網后建立云平臺，手機通過APP發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單片機通信，STM32F103單片機從ESP8266模塊獲取請求信號進行分析并相應地控制智能插排的通斷。手機遠程控制程序流程如圖2所示。

2 系統調試

完成智能插排的軟、硬件設計后，開始進行系統調試。系統調試包括觸摸屏的雙模式調試以及手機遠程的通斷調試。

2.1 雙模式調試

單片機通電，屏幕開機動畫后顯示按鍵“開關”“定時”，如圖3所示。按“開關”按鍵進入模式一，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，插排斷電時，燈泡顯示為熄滅狀態。即將通斷電和通斷電結束時通過JQ8400模塊播報通知。通、斷電調試界面分別如圖4和圖5所示。按“定時”按鍵進入模式二，屏幕出現“時”“分”“秒”三個方框以及“+”“-”兩個按鈕，點擊方框選擇設置對應時段的具體時間，定時設置完成后點擊確定，屏幕跳至倒計時斷電界面，倒計時結束前，JQ8400模塊語音播報提醒。定時、倒計時調試界面分別如圖6和圖7所示。

2.2 手機遠程控制通斷

手機APP界面上顯示多個通道，對應控制多個插排。點擊一個通道打開后，APP界面下方設有“定時”“延時”“全開”“全關”按鈕，相應地進行定時和延時通斷、控制家用所有智能插排同時通斷的操作。定時結束前，JQ8400模塊語音播報提醒。手機遠程控制插排界面和定時通斷分別如圖8和圖9所示。

3 結語

本文設計的智能插排通過STM32F103單片機與繼電器配合控制智能插排通斷，實現觸摸屏顯示開關狀態、通斷電狀態、定時時間、倒計時提醒，觸摸屏設置定時時間，以及手機遠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，實用性強。

參考文獻：

[1]鮑民悅.基于ESP8266的Wi-Fi智能插排[J].中國新技術新產品，2019（13）：3-4.

[2]朱毅強.單片機技術中智能化電子產品的具體運用探討[J].佳木斯職業學院學報，2020（6）：206-207.

[3]薄志偉，王志坤，鄭培東，等.智能插排[J].河北農機，2017（12）：47.

[4]王志愿.按壓式安全電插排[J].包裝工程，2019（10）：313.

[5]張新星，孫志鋒，朱春佳.一種基于智能手機的無線電源插座設計[J].工業控制計算機，2013（11）：42-44.