基于GPRS的遠程安全控電系統設計

雍圣任

摘 要：文章基于GPRS技術，使手機App通過無線網絡控制室內電路的斷與開，達到節電的目的。采用以ARM架構的STM32F1系列單片機為主控制器，結合了電流檢測、聲光報警、WiFi數據傳輸、DS1302實時時鐘、SD卡數據讀寫、語音播報、室內人數計數等功能。利用室內人數計數模塊，在檢測到室內無人時自動斷電。同時，手機App可遠程監控室內電流的變化，防止電功率過大而引起火災。該設計能夠減少因為電路電流過大而發生火災的頻率，同時能夠減少電能的浪費。

關鍵詞：GPRS;Stm32;ARM構架;WiFi數據傳輸

0 ? 引言

現階段，人們的生活越來越智能化，對電的需求量也越來越高，同時浪費電的現象也越來越嚴重，而大功率電器的使用，電路中電流過大引起的火災發生率也逐漸增加。設計一種能根據人體活動情況自動使相應電器斷電，并且可以遠程控制的裝置將具有重要意義[1]。該裝置的功能表現在室內電路電流的檢測，人走電斷，定時斷電，電路的通斷可人為遠程控制，還具有語音提醒功能。當電流過大時，能夠進行語音報警，輔以聲光報警，還能通過手機提醒。斷電之前，語音提醒室內成員離開前該做好準備工作，使裝置更加人性化。

1 ? 技術路線

本文通過技術路線對項目進行研究，采用科學的安排對遠程控電裝置進行研發。在前期準備階段查閱相關資料，分析理解各項技術，分析項目的技術難點，得到初步設計方案;項目中期則設計裝置的電路原理圖，計算選擇相關的元器件，進行PCB板設計，構建相應的程序框架;最后對各模塊進行制作、調試和軟硬件聯調及測試[2]。

2 ? 系統整體與方案設計思路

本設計基于GPRS技術使手機App通過無線網絡控制室內電路的斷與開，以達到節電的目的。采用以ARM架構的STM32F1系列單片機為主控制器，結合了電流檢測、聲光報警、WiFi數據傳輸、DS1302實時時鐘、SD卡數據讀寫、語音播報、室內人數計數等功能[3]。

本裝置由太陽能發電模塊供能，經過穩壓模塊后對內置電池進行充電，再由電池對單片機、傳感器和GPRS通信模塊供電。當電流檢測模塊檢測到電路中電流超過設定值時，向單片機發送報警信號，單片機將信號進行處理，觸發聲光報警器并斷開電路，并通過語音播報模塊對室內人員進行語音提示，通過WiFi模塊傳送至手機App進行顯示。用戶也可以通過手機遠程控制電路的開關，防止人不在時發生火災;使用人數檢測模塊對室內人數進行實時計數，做到人走斷電，保證用電安全。

3 ? 模塊電路設計

3.1 ?DS1302時鐘模塊

采用DS1302時鐘芯片實現時鐘。DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年進行計數，而且精度高，工作電壓2.5V～5.5 V，2.5 V時耗電小于300 nA。DS1302可以用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄。若采用單片機計時，一方面需要采用計數器，占用硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統可能不允許。但如果在系統中采用時鐘芯片DS1302，則能很好地解決這個問題。

3.2 ?人數計數模塊

工作原理：兩對光電檢測裝置安裝在進出通道上。其中一邊，光源A（發送器）和光敏電阻LDR1（接收器）安裝在通道進口處;另一邊，光源B（發送器）和光敏電阻LDR2（接收器）則安裝在通道出口處。光源的兩束光線要保持照射在接收器的光敏電阻上，光束要求準確定向。

3.3 ?聲光報警工作原理

當聲信號和光信號同時作用時，聲信號通過MIC經瓷片電容104濾波后，再經三極管9014放大，從而使CD4011的2腳輸入1（高電平）;而光信號則使光敏電阻的阻值減小，進而使電阻R3分得的電壓升高，則1腳也輸入1（高電平），由CD4011真值表得：3腳輸出1（高電平）。3腳的輸出為5腳和6腳的輸入，即5腳和6腳均輸入1（高電平），由真值表可得4腳輸出1（高電平）。4腳輸出1（高電平）后，二極管IN4007導通，使8腳和9腳輸入1（高電平），再由真值表得，10腳輸出1（高電平），即12腳和13腳輸入1（高電平），最后查真值表得11腳輸出1（高電平），從而使BELL發出報警信號，聲光報警模塊電路如圖1所示。

3.4 ?電流檢測模塊

電流互感器由一次線圈、二次線圈、鐵心、絕緣支撐及出線端子等組成。電流互感器的鐵心由硅鋼片疊制而成，其一次線圈與主電路串聯，且通過被測電流I1，它在鐵心內產生交變磁通，使二次線圈感應出相應的二次電流I2。如將勵磁損耗忽略不計，則I1n1=I2n2，其中n1和n2分別為一、二次線圈的匝數。電流互感器的變流比K=I1/I2=n2/n1。由于電流互感器的一次線圈連接在主電路中，所以一次線圈對地必須采取與一次線路電壓相適應的絕緣材料，以確保二次回路與人身的安全。

電流互感器依據電磁感應原理，它的一次繞組經常有線路的全部電流流過，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態接近短路。

4 ? 結語

本文基于GPRS技術使手機App通過無線網絡控制室內電路的斷與開，以達到節電的目的。采用以ARM架構的STM32F1系列單片機為主控制器，結合了電流檢測、聲光報警、WiFi數據傳輸、DS1302實時時鐘、SD卡數據讀寫、語音播報、室內人數計數等功能，將電流檢測模塊所檢測的電流大小等信息通過無線網絡傳遞至手機，在電路電流過大時進行報警，同時選擇是否切斷正在待機的設備的電源。利用DS1302時鐘模塊，實現在特定時間點切斷電源的功能。此外，在斷電之前進行語音播報，提醒室內人員即將斷電，以及離開前該做的一系列事情;利用室內人數計數模塊，在檢測到室內無人時自動斷電。本設計能夠減少因為電路電流過大而造成火災的發生率，同時能夠減少用電的浪費。

[參考文獻]

[1]曾嶸娟.GPRS/GPS下電動汽車動力電池狀態遠程監控系統研究[J].通訊世界，2020（1）：75-76.

[2]侯鰻玲，唐鵬，姚慕之，等.基于ZigBee和云平臺的家庭智能供電系統[J].科技與創新，2020（7）：29-31.

[3]蔣林華，柯育華.基于物聯網技術的物流實驗室遠程監控系統[J].物流技術，2020（7）：149-153.

（編輯 王雪芬）