基于GPRS的远程安全控电系统设计

雍圣任

摘 要：文章基于GPRS技术，使手机App通过无线网络控制室内电路的断与开，达到节电的目的。采用以ARM架构的STM32F1系列单片机为主控制器，结合了电流检测、声光报警、WiFi数据传输、DS1302实时时钟、SD卡数据读写、语音播报、室内人数计数等功能。利用室内人数计数模块，在检测到室内无人时自动断电。同时，手机App可远程监控室内电流的变化，防止电功率过大而引起火灾。该设计能够减少因为电路电流过大而发生火灾的频率，同时能够减少电能的浪费。

关键词：GPRS;Stm32;ARM构架;WiFi数据传输

0   引言

现阶段，人们的生活越来越智能化，对电的需求量也越来越高，同时浪费电的现象也越来越严重，而大功率电器的使用，电路中电流过大引起的火灾发生率也逐渐增加。设计一种能根据人体活动情况自动使相应电器断电，并且可以远程控制的装置将具有重要意义[1]。该装置的功能表现在室内电路电流的检测，人走电断，定时断电，电路的通断可人为远程控制，还具有语音提醒功能。当电流过大时，能够进行语音报警，辅以声光报警，还能通过手机提醒。断电之前，语音提醒室内成员离开前该做好准备工作，使装置更加人性化。

1   技术路线

本文通过技术路线对项目进行研究，采用科学的安排对远程控电装置进行研发。在前期准备阶段查阅相关资料，分析理解各项技术，分析项目的技术难点，得到初步设计方案;项目中期则设计装置的电路原理图，计算选择相关的元器件，进行PCB板设计，构建相应的程序框架;最后对各模塊进行制作、调试和软硬件联调及测试[2]。

2   系统整体与方案设计思路

本设计基于GPRS技术使手机App通过无线网络控制室内电路的断与开，以达到节电的目的。采用以ARM架构的STM32F1系列单片机为主控制器，结合了电流检测、声光报警、WiFi数据传输、DS1302实时时钟、SD卡数据读写、语音播报、室内人数计数等功能[3]。

本装置由太阳能发电模块供能，经过稳压模块后对内置电池进行充电，再由电池对单片机、传感器和GPRS通信模块供电。当电流检测模块检测到电路中电流超过设定值时，向单片机发送报警信号，单片机将信号进行处理，触发声光报警器并断开电路，并通过语音播报模块对室内人员进行语音提示，通过WiFi模块传送至手机App进行显示。用户也可以通过手机远程控制电路的开关，防止人不在时发生火灾;使用人数检测模块对室内人数进行实时计数，做到人走断电，保证用电安全。

3   模块电路设计

3.1  DS1302时钟模块

采用DS1302时钟芯片实现时钟。DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年进行计数，而且精度高，工作电压2.5V～5.5 V，2.5 V时耗电小于300 nA。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。

3.2  人数计数模块

工作原理：两对光电检测装置安装在进出通道上。其中一边，光源A（发送器）和光敏电阻LDR1（接收器）安装在通道进口处;另一边，光源B（发送器）和光敏电阻LDR2（接收器）则安装在通道出口处。光源的两束光线要保持照射在接收器的光敏电阻上，光束要求准确定向。

3.3  声光报警工作原理

当声信号和光信号同时作用时，声信号通过MIC经瓷片电容104滤波后，再经三极管9014放大，从而使CD4011的2脚输入1（高电平）;而光信号则使光敏电阻的阻值减小，进而使电阻R3分得的电压升高，则1脚也输入1（高电平），由CD4011真值表得：3脚输出1（高电平）。3脚的输出为5脚和6脚的输入，即5脚和6脚均输入1（高电平），由真值表可得4脚输出1（高电平）。4脚输出1（高电平）后，二极管IN4007导通，使8脚和9脚输入1（高电平），再由真值表得，10脚输出1（高电平），即12脚和13脚输入1（高电平），最后查真值表得11脚输出1（高电平），从而使BELL发出报警信号，声光报警模块电路如图1所示。

3.4  电流检测模块

电流互感器由一次线圈、二次线圈、铁心、绝缘支撑及出线端子等组成。电流互感器的铁心由硅钢片叠制而成，其一次线圈与主电路串联，且通过被测电流I1，它在铁心内产生交变磁通，使二次线圈感应出相应的二次电流I2。如将励磁损耗忽略不计，则I1n1=I2n2，其中n1和n2分别为一、二次线圈的匝数。电流互感器的变流比K=I1/I2=n2/n1。由于电流互感器的一次线圈连接在主电路中，所以一次线圈对地必须采取与一次线路电压相适应的绝缘材料，以确保二次回路与人身的安全。

电流互感器依据电磁感应原理，它的一次绕组经常有线路的全部电流流过，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

4   结语

本文基于GPRS技术使手机App通过无线网络控制室内电路的断与开，以达到节电的目的。采用以ARM架构的STM32F1系列单片机为主控制器，结合了电流检测、声光报警、WiFi数据传输、DS1302实时时钟、SD卡数据读写、语音播报、室内人数计数等功能，将电流检测模块所检测的电流大小等信息通过无线网络传递至手机，在电路电流过大时进行报警，同时选择是否切断正在待机的设备的电源。利用DS1302时钟模块，实现在特定时间点切断电源的功能。此外，在断电之前进行语音播报，提醒室内人员即将断电，以及离开前该做的一系列事情;利用室内人数计数模块，在检测到室内无人时自动断电。本设计能够减少因为电路电流过大而造成火灾的发生率，同时能够减少用电的浪费。

[参考文献]

[1]曾嵘娟.GPRS/GPS下电动汽车动力电池状态远程监控系统研究[J].通讯世界，2020（1）：75-76.

[2]侯鳗玲，唐鹏，姚慕之，等.基于ZigBee和云平台的家庭智能供电系统[J].科技与创新，2020（7）：29-31.

[3]蒋林华，柯育华.基于物联网技术的物流实验室远程监控系统[J].物流技术，2020（7）：149-153.

（编辑 王雪芬）