基于STM32的智能插座系統設計

張余明，郭振軍

（桂林航天工業學院，廣西 桂林 541004）

0 引 言

隨著我國社會經濟的持續發展，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品質量不一、功能不全，無法滿足人們節能控制的需求，比如，電動車電池在充電過程中，為了保護電池避免過充，可以根據需要設計充電時間，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。

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

圖1 系統框圖

1 智能插座硬件模塊設計

該插座系統將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等。

1.1 AC輸出光源控制模塊

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

發光體模塊采用不設置聚光鏡的LED發光二極管，光感應元件采用光敏二極管。光感應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的驅動電路與繼電器模塊[5]連接；根據插座需要，可設置多個繼電器模塊，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，實現數據的收發傳輸控制功能，通過無線電與手機連接，用于設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。該模塊可輸出穩定電壓為發光體、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，實現節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計

2.1 AC輸出光源控制模塊軟件設計

插座AC是否有輸出，需要根據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計

無線通信模塊采用LoRa模塊進行數據的接收和發送。

（1）當模塊接收到數據后，先將待接收的數據讀入模塊的接收緩沖區，根據接收的數據長度設計數據接收時間，確保數據接收的完整性。模塊接收數據的流程如圖6所示。

圖6 模塊接收數據的流程

（2）在模塊進入發送模式時，STM32需先將待發送數據寫入模塊的發送緩沖區，待數據完全寫入緩沖區后，開啟中斷發送數據。數據發送流程如圖7所示。

圖7 數據發送流程

3 結 語

本文設計的智能插座系統利用無線模塊實現了對插座的智能控制，具備遠程關斷和開啟功能，同時，插座還可以進行用電量的檢測統計，并通過相應的無線模塊將數據信息發送給用戶，便于用戶掌握電器的功率消耗情況，達到節能效果。該插座設計合理、結構巧妙，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。