基于STM32的智能插座系统设计

张余明，郭振军

（桂林航天工业学院，广西 桂林 541004）

0 引 言

随着我国社会经济的持续发展，各种电器已进入人们的日常生活，因此电源插座用量随之增长，但目前市场上的插座产品质量不一、功能不全，无法满足人们节能控制的需求，比如，电动车电池在充电过程中，为了保护电池避免过充，可以根据需要设计充电时间，待电池充满后自动断电；家中WiFi可以在晚间人们休息时自动断电，早晨自动开启等。

根据以上要求，本文设计了一种基于STM32的智能插座[1-2]，该插座既可根据用户的用电习惯设定断电时间和开启时间，也可以根据充电需要设定充电时长，同时还可以对用电量进行检测，或根据外界条件实现对插座通断电的控制等。系统平台框图如1所示。

图1 系统框图

1 智能插座硬件模块设计

该插座系统将STM32作为控制核心，具体包括AC输出控制模块、无线通信模块、电源变换模块、微控制器单元模块和定时开关等。

1.1 AC输出光源控制模块

为确保使用安全，插座内部的每一组簧片上都有独立的发光体、光感应元件以及控制AC输出的继电器模块[3-4]，根据插孔是否同时有插头插入来判断是否接通电源。

发光体模块采用不设置聚光镜的LED发光二极管，光感应元件采用光敏二极管。光感应元件的信号输出端与微控制器模块的信号输入端连接，微控制器的输出端通过以三极管作为开关的驱动电路与继电器模块[5]连接；根据插座需要，可设置多个继电器模块，且每一个继电器的常开触头分别与插座电缆、对应组的簧片连接。光控AC输出控制电路框图如图2所示。

图2 光控AC输出控制电路框图

1.2 无线通信模块

无线通信模块采用具有功耗低、通信距离长和抗干扰能力强等特点的LoRa模块[6]实现插座的无线控制功能。利用微处理器控制该模块的通信模块，实现数据的收发传输控制功能，通过无线电与手机连接，用于设置该智能插座的通断时间。LoRa模块电路原理如图3所示。

图3 LoRa模块电路原理

1.3 电源变换及电量检测模块

电源模块采用输入的交变电AC 220 V，经变换后输出DC 5 V和DC 3.3 V至隔离电源模块，电源模块原理如图4所示。该模块可输出稳定电压为发光体、接收模块、微控制器及继电器等供电；对插座输出的电量进行检测，实现节约用电的智能提醒及控制；将每天所使用的电量情况通过LoRa模块[7-10]以短信方式发送给用户。

图4 电源变换及电量检测模块原理

2 智能插座软件模块设计

2.1 AC输出光源控制模块软件设计

插座AC是否有输出，需要根据外界条件的变化进行判定，程序流程如图5所示。

2.2 无线通信模块软件设计

无线通信模块采用LoRa模块进行数据的接收和发送。

（1）当模块接收到数据后，先将待接收的数据读入模块的接收缓冲区，根据接收的数据长度设计数据接收时间，确保数据接收的完整性。模块接收数据的流程如图6所示。

图6 模块接收数据的流程

（2）在模块进入发送模式时，STM32需先将待发送数据写入模块的发送缓冲区，待数据完全写入缓冲区后，开启中断发送数据。数据发送流程如图7所示。

图7 数据发送流程

3 结 语

本文设计的智能插座系统利用无线模块实现了对插座的智能控制，具备远程关断和开启功能，同时，插座还可以进行用电量的检测统计，并通过相应的无线模块将数据信息发送给用户，便于用户掌握电器的功率消耗情况，达到节能效果。该插座设计合理、结构巧妙，具有操作方便、安全可靠的特点，满足了人们对插座智能化的需求。