本項(xiàng)目基于stm32f103c8t6芯片通過集成眾多模塊和元器件，通過ESP01-S和阿里云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能插座的項(xiàng)目開展。資料獲取到咸🐟：xy591215295250 \\\或者聯(lián)系wechat 號(hào)：comprehensivable

隨著電子科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，軟硬件成本持續(xù)降低，智能家居逐漸進(jìn)入公眾視野，智能插座作為智能家居的一部分而備受關(guān)注。本項(xiàng)目主要目的為了減少由于家用電器使用不當(dāng)引發(fā)火災(zāi)以及電器待機(jī)狀態(tài)帶來的能源浪費(fèi)，促進(jìn)智能家居的普及和推廣節(jié)能減排的政策。

本文基于stm32構(gòu)建了智能插座系統(tǒng)，該系統(tǒng)可測(cè)量用電器件的電壓、電流和功率等參數(shù)，一旦電器功率超載，系統(tǒng)將自動(dòng)斷電并發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)的硬件部分整合了核心板、電源轉(zhuǎn)換模塊、電壓電流互感器和繼電器等組件，使用電壓電流互感器獲取電信號(hào)，通過ADC進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)傳輸，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后顯示用電器件的參數(shù)信息，利用WIFI模塊與手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。該系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了智能插座的預(yù)想功能，通過手機(jī)APP監(jiān)測(cè)插座的開關(guān)狀態(tài)和顯示電器設(shè)備的能耗情況，包括電壓、電流和功率參數(shù)，并實(shí)時(shí)在OLED屏幕上顯示。同時(shí)，當(dāng)電器設(shè)備的功率超過設(shè)定閾值時(shí)，智能插座將自動(dòng)切斷電源并發(fā)出警報(bào)提示。經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)取得了預(yù)期的結(jié)果，智能插座的研究對(duì)于節(jié)能和家用電器安全使用具有重要意義，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控電器設(shè)備的能耗情況，有助于確保電器的安全使用。此外，在電器設(shè)備閑置時(shí)遠(yuǎn)程切斷電源可實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，為節(jié)約能源做出貢獻(xiàn)。

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以上為本項(xiàng)目的摘要，其項(xiàng)目背景、項(xiàng)目主要內(nèi)容和項(xiàng)目功能在摘要中已簡(jiǎn)要表達(dá)；

以下內(nèi)容主要為詳細(xì)的介紹本次項(xiàng)目中所使用到的硬件，包括整體硬件分布以及各個(gè)模塊選型依據(jù)和主電路，主要包括核心控制模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、電壓電流信號(hào)采集電路、遠(yuǎn)程通信模塊、顯示屏模塊和繼電器模塊。

本項(xiàng)目需要完成所預(yù)期的功能包括對(duì)用電器件的電壓電流以及功率進(jìn)行測(cè)量并且顯示，超過閾值進(jìn)行自動(dòng)斷電以及報(bào)警提示，使用手機(jī)上位機(jī)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[26,27]，對(duì)用電器件進(jìn)行通斷狀態(tài)控制和用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同色彩led顯示不同工作狀況，采用電路板進(jìn)行集成，整體集成電路板分布如下圖3.1所示。

?圖3.1 整體硬件布局

通過采用PCB繪制軟件來繪制電路板布局，提前分配好其MCU的管腳功能控制，盡量將整體緊湊排列，其中，由于一塊電路板上涉及強(qiáng)電和弱電，需要進(jìn)行電氣隔離。

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本設(shè)計(jì)中，主程序控制系統(tǒng)執(zhí)行，首先對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，其中包括IO口、串口、定時(shí)器、ADC、按鍵等參數(shù)，系統(tǒng)使用OLED進(jìn)行開機(jī)過渡，后續(xù)進(jìn)行自檢，包括對(duì)按鍵，繼電器和LED等硬件檢查是否正常，接入用電器件后，通過電壓電流互感器采集電信號(hào)，通過ADC采集并且進(jìn)行計(jì)算獲得功率等數(shù)據(jù)，通過設(shè)定功率閾值，程序判斷是否超過閾值，當(dāng)超過閾值后進(jìn)行斷電并且報(bào)警提示，若是沒有超過閾值便將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示于OLED上，其中使用WIFI模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控[28]，通過指令控制繼電器通斷來控制插座的通斷，通過數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)上位機(jī)，對(duì)于用電器件的使用電量數(shù)據(jù)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)監(jiān)控，其整體流程圖見下圖4.1所示。

圖4.1 主程序流程圖?

采用遠(yuǎn)程通信目的主要為監(jiān)控用電器件的用電信息以及控制插座的通斷，當(dāng)MCU通過傳感器獲得電信號(hào)后，通過ESP01-S模塊連接WIFI以及通過TCPMQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳到阿里云服務(wù)器，當(dāng)要進(jìn)行下發(fā)命令，則通過熱點(diǎn)和蜂窩數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿覀兪謾C(jī)上的APP，其數(shù)據(jù)交互框圖見圖4.8所示。

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圖4.8 數(shù)據(jù)交互框圖

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通過測(cè)試多個(gè)用電器件，并且將其用電信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過分析可以得到其測(cè)試用電功率和測(cè)評(píng)標(biāo)注功率相差不大，其測(cè)試功率目的能夠達(dá)到，其統(tǒng)計(jì)信息見表5.1所示。

表5.1 用電器件信息統(tǒng)計(jì)

用電器件	電壓信息	測(cè)試電流信息	測(cè)試功率	理論功率	功率誤差
吹風(fēng)機(jī)	220V	4.288A	951.4W	1000W	4.9%
充電器	220V	0.303A	66.1W	67W	1.34%
臺(tái)燈	220V	0.016A	3.6W	4W	10%
電烙鐵	220V	1.29A	284.6W	286W	0.49%
熱風(fēng)槍	220V	3.15A	692.3W	700W	1.1%

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通過接入用電器件測(cè)試其功率，本項(xiàng)目中采用吹風(fēng)機(jī)，充電器等常用設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過程中對(duì)所設(shè)定的功能進(jìn)行測(cè)試，包括使用物理按鍵控制電路的通斷，復(fù)位按鍵進(jìn)行重啟電路，遠(yuǎn)程APP對(duì)電路監(jiān)控以及通斷，超過設(shè)定閾值后自動(dòng)斷電以及報(bào)警提示，人為干涉后，恢復(fù)正常狀態(tài)，其測(cè)試功率過程見圖5.12所示

圖5.12 用電器件測(cè)試過程?

本課題采用AD軟件進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，其電路原理圖見附圖3所示。

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ADC采樣過程中調(diào)用AD轉(zhuǎn)換函數(shù)，獲得電壓電流數(shù)據(jù)，為了保證測(cè)量用電器件功率的準(zhǔn)確性，使用電阻以及示波器進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得電壓電流后通過P=UI獲得用電器件的功率，其部分代碼如下。

adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);

???????????? temp=(float)adcx*(3.3/4096);

???????????? ACvolt=(unsigned int)(temp*332.2);

???????????? if(ACvolt<15) ?ACvolt=0;

???????????? adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_2,10);?

???????????? temp=(float)adcx*(3.3/4096);

???????????? if(temp>0.02)

???????????? {

??????????????????? ACcurrent=(unsigned int)((temp-0.02)*2960);

???????????? }

???????????? else

???????????? {

??????????????????? ACcurrent=0;

???????????? }