摘要：针对市场上现有的智能或非智能的插座功能单一，没有保护功能和安全事故预防功能，不能对电器非正常状况进行监测与断电控制，无法满足用户对用电安全需求。本课题根据当前市场智能家电的应用和当下智能家居中智能插座的发展近况，设计了一款基于STM32的智能插座。该系统采用交流电压电流检测传感器和指示灯电路，利用WiFi通信技术，通过STM32单片机控制电路，实现了对电压互感器和电流互感器分别检测交流电压和交流电流值与阈值进行对比，超过阈值插座继电器断开，并进行断电保护;当用电器接入系统时会自动记录使用时间;同时，手机APP和WiFi模块互联后，可以实时显示交流电压、交流电流、功率和电量。该系统为家用电器安全用电和防止家用电器用电过程中发生火灾提供了安全保障，是一款环保、实用性较高的产品。

关键词：STM32;智能插座;交流电压电流检测

0 前言

随着现代科学技术的高速发展和进步，家用电器以及各种办公设备种类不断增加，在生活当中随处可见的不止是普通的插座，很多带有智能功能的插座，使用也变得越来越频繁，这些插座在给人们带来生活便捷的同时，也导致了很多火灾事故的发生。造成这些事故的主要因素是因为电流过大造成过载[2]、电路老化造成短路、以及开关在断开时产生很高温度的电弧等都会很容易造成火灾事故发生。这些事故的发生与家用电器的插座有着密不可分的关系。所以，开发一种可以智能检测及通断电路的智能插座就显得非常重要。

1 系统整体结构

系统主要功能有：

（1）检测交流电压电流自动计算功率和电量;

（2）当功率达到阈值时，自动进行断电保护;

（3）当用电器接入插座，对用电时间自动进行计时;

（4）连接移动设备后，APP可以实时显示电压、电流、功率、电量、运行时间。

基于STM32的智能插座设计由如下几个模块构成：核心控制单元STM32F103C8T6、电源模块、电压采集模块、电流采集模块、WiFi模块、APP。其中，单片机STM32F103C8T6为核心控制单元，主要负责智能插座反馈数据的处理。按键负责对电路的通断进行控制，电压采集模块、电流采集模块将采集的数据通过单片机自带精度为12位ADC通道传送到单片机进行计算功率、电量。经过单片机处理的数据经过WiFi模块传输到手机APP上，在整个系统运行当中，电源由电源模块5V直流输入或者经过压降电路转为3.3V使用。

2 硬件结构模块设计

（1）继电器模块电路设计

继电器在本系统当中，主要用来控制整个电路的导通或者断开，起到一个开关的作用，4、5引脚为电源引脚，不分正负。不上电时，1、2引脚导通，1、3引脚不导通，上电时，1、3引脚导通，1、2引脚不导通。该电路要使用5V直流电源供电，电路中用到一个三极管，在三级管的1引脚是接地脚，2引脚接了一个100K的电阻R12，3引脚接了一个LED灯和一个1K的电阻R8，PA8接到STM单片机的37脚上。

（2）WiFi模块电路设计

本设计使用WiFi通信模块作为整个系统的通信传输，ESP8266一共有三种工作模式，分别是Station（客户端模式）、AP（接入点模式）、Station+AP（两种模式共存）。本系统主要使用主要是使用接入点模式，即是把自身作为作为路由器，允许其他设备连接ESP8266，将电压电流采集模块、最小系统计算的功率和电量信息通过AT指令传输到手机APP端。WiFi模块使用3.3V直流电源，将4、8脚接到STM32单片机的13、14脚，7脚接入一个1K的电阻，5脚接10uF的极性电容。

3 软件总体设计

对系统时钟、I/O口、定时器和串口分别进行初始化，给系统接通电源之后，开始记录累计使用时间，在输入端接上220V交流电，在输出端接上负载用电器，生活中的常用电器如：电吹风、风扇、手机充电器等。当这些用电器接上之后，交流电压电流互感器开始采集电路中的电压电流信息，然后通过单片机自带的多通道12位ADC传送到单片机进行计算功率、电量。当通过电路数据得出的功率超过预先设定的阈值时，继电器就会自动断开，对系统进行断电保护，这样设计是为了在实际生活使用当中避免用电器因功率过大而使插座过载，发生火灾安全事故。当功率没有超过使用阈值时，经过单片机处理的数据经过WiFi模块传输到手机APP上进行显示。

4 系统测试

硬件测试主要是针对本智能插座设计的硬件部分进行功能测试和性能调试，分为模拟测试和现场测试。在软件测试过程中，由于仿真软件的自带系统库中并没有相关的模块，而一些程序又必须下载到实际对象上。整个程序的测试比单独的测试程序要困难一些。每个子程序测试过后会产生一些错误。如果有一个程序不能跳出死循环，或者模块之间的函数不正确，则对每个问题都要进行相应的程序修改，最后再进行反复的调试，直到整个程序没有错误发生，系统可以正常的运行。

6 总结

本设计的整体结构主要由STM32主控模块、数据采集模块、WiFi通信模块，三大模块构成。STM32主控模块负责整个系统的资源整合，使模块与模块之间实现连接和交互，数据采集模块通过交直流互感器采集电路中的电流和电压数据信息，发送到主控模块，经过程序计算出功率、电量信息之后，利用WiFi通信模块可以直接传输到手机APP端，可以进行直观的数据展示以及通过APP可以对系统进行远程控制。通过综合分析市面上常见插座的痛难点，设计了这款智能插座系统，该系统为家用电器安全用电和防止家用电器用电过程中发生火灾提供了安全保障，是一款环保、实用性较高的设计。

参考文献

[1] 吕智文.新技术新方法在设备管理中的应用探讨[J].广东化工，2020，47（19）：240+220.

[2] 张余明，郭振军.基于STM32的智能插座系统设计[J].物联网技术，2021，11（05）：42-44.

基金项目：大学生创新创业训练计划项目（S202012608026，CXCY2021140，CXCY2020167，CXCY2020166）;