STM32下智能插座系统模块设计探究

  摘要：为解决在物联网技术快速地发展背景下对智能插座的需求和其所存在的安全风险隐患，文中设计了一款具有功耗低、抗干扰能力强等功能的智能插座系统。该系统通过自主设计的光控模块与用户数据终端进行高效通信，完成对电量的实时监测与数据的及时反馈，有效解决了安全问题，实现了对插座的智能控制。通过对系统的功能来测试和验证发现，该系统能有很大成效避免因误操作而发生直接触电的情况，并且实现了对插座的远程控制等功能，达到了预期效果。

  随着我们国家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，不足以满足人们节能控制的需求，比如，电动车电池在充电过程中，为保护电池避免过充，能够准确的通过需要设计充电时间，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]，该插座既可按照每个用户的用电习惯设定断电时间和开启时间，也能够准确的通过充电需要设定充电时长，同时还可以对用电量进行仔细的检测，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。

  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。

  1.1AC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、光感应元件和控制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。

  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。

  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AC220V，经变换后输出DC5V和DC3.3V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仔细的检测，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。

  2.1AC输出光源控制模块软件设计。插座AC是否有输出，应该要依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。（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。

  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，插座还能够直接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，达到节约能源的效果。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。