２０１９年７月１０日现代信息科技Jul.2019 第３卷第１３期Modern Information Technology Vol.3 No.13基于单片机的智能插座设计林嘉，刘炳全，邱小群（珠海城市职业技术学院，广东 珠海 519090）摘 要：近些年来，智能家居新产品层出不穷，智能插座就是其中一种。传统家电大部分没有智能化和信息化功能，智能插座就起到了辅助传统家电的作用，包括供电远程控制，用电状态监测与控制等功能。本文提出一种低成本、高效率的智能插座设计方案。关键词：智能家居；智能插座；远程控制；用电状态监测中图分类号：TM503.5；TP368.1 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）13-0044-03Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｏｃｋｅｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＵLIN Jia，LIU Bingquan，QIU Xiaoqun（Zhuhai City Polytechnic，Zhuhai 519090，China）new products of smart home emerge in endlessly，and smart socket is one of them. Most of the traditional household appliances do not have the functions of intellectualization and informatization. Intelligent sockets play an auxiliary Abstract：In recent years，role in traditional household appliances，including remote control of power supply，monitoring and control of power consumption status. In this paper，a low cost and high efficiency design scheme of intelligent socket is proposed.Keywords：smart home；smart socket；remote control；power status monitoring0 引 言Wi-Fi模块上传至服务器；用户可以通过人机交互模块设置在能源日益缺乏的今天，大量开发清洁且稳定高效的能智能插座通、断电的时间。源是一种办法；另外也应该考虑如何能节约用电，防止不电源电能计量必要的电力浪费，并且做到监控用电设备运行，及时调整用电规则和习惯。目前市场上的智能插座大部分不可本地操作，且没有远程监控用电状况（包括电压、电流、功率）继电器模块STC12C5A60S2单片机Wi-Fi模块的功能。智能插座应该能实现控制用电设备通断电，让用电设备在适当的时候自动通电，其他时间自动断电；能够通过主控制器监测用电设备状况并手动控制用电设备通断；人机交互能够监测用电设备的运行参数，并可设定超限报警；当参图1 系统结构图数超过设定值时，触发蜂鸣器报警，并通过Wi-Fi传输至服务器端。本文提出的智能插座实用性和性价比较高，能2 硬件设计满足以上需求。2.1 单片机控制模块1 系统设计单片机控制模块负责智能插座所有模块的集中管理。从电能计量模块获取电压、电流、功率等信息，通过Wi-Fi本设计包括电源模块，电能计量模块，Wi-Fi模块，继模块上传至服务器，以便用户查看，并进一步实现电能分析；电器模块，STC12C5A60S2单片机控制模块和人机交互模用户也可以通过操作人机交互模块的显示屏直接实时查看电块六个主要模块。人机交互模块包括蜂鸣器报警，LCD1602能信息，也可以通过人机交互模块设置插座的通断电时间，显示器和按键输入。该系统的整体框图如图1所示。单片机以适应用户的用电习惯；通断电的功能由单片机控制继电器控制模块（以下称单片机）是智能插座的核心；电能计量模块控制实现。单片机控制模块以STC12C5A60S2为核心，模块负责采集电能数据并传输出至单片机，单片机再通过该芯片内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，抗干扰能力强。外加芯片（DS1302）收稿日期：2019-05-20组成的实时时钟电路以实现时间计量功能。课题项目：大学生创新创业训练计划2.2 电能计量模块项目校级：基于物联网技术的智能插座（项电能计量模块是以HLW8012为核心搭建的电路。目编号：20171241）。HLW8012一般采用SOP8封装，体积小，可以测量有功功442019.7现代信息科技7月13期排版文件 .indd 442019/7/22 14:44:22林嘉，等：基于单片机的智能插座设计第13期率、电量、电压有效值、电流有效值；其引脚CF输出高频负载具有良好的稳定控制效果。单片机需一个GPIO与继电脉冲，指示有功功率，在1000：1范围内达到±0.3%的精器模块的输入端，通过程序控制继电器触点的开闭。度；引脚CF1同样输出高频脉冲，指示电流或电压有效值，2.5 人机交互模块通SEL引脚选择，在500：1范围内达到±0.5%的精度；人机交互模块分为显示部分和操作部分。显示部分主内置晶振、2.43V电压参考源及电源监控电路；5V单电源要由LCD1602、两个微动开关（按键）和蜂鸣器组成；供电，工作电流小于3mA。通过电阻采样用电负载的电压LCD1602可以显示2行*16字符，满足插座的全部需求参和电流信息，经过HLW8012的处理，把信息通过高频脉冲数显示；蜂鸣器电路则实现超限报警。设置和调整时间或者的形式输出至单片机控制模块。其结构如图2所示。查看用户信息，两个按键即可完成。负载电压流采样HLW8012高频脉冲MCU2.6 电源模块图2 电能计量模块结构图电源模块由阻容降压方式把220V交流电压降低，经过1N4738稳压8.2V，最后经过7805和AMS1117稳压至5V2.3 Wi-Fi模块和3.3V，分别给单片机及相关电路、Wi-Fi模块供电。Wi-Fi模块由ESP8266为核心的电路组成。ESP8266是一款超低功耗的UART-Wi-Fi透传模块，拥有极简的封3 软件设计装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网环境应用设本设计中除单片机控制模块外，其余5个模块均受到单计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行片机模块的控制或监视。可按照功能的划分进行软件设计。互联网或局域网通信。电路附带PCB天线，外围电路简洁，3.1 人机交互功能阻抗匹配强，信号输出稳定，抗干扰能力强。对ESP8266人机交互功能包括单片机控制模块、人机交互模块。进行二次功能开发，能够和单片机控制模块完美配合，实现用户可以直接观察当前时间，用电设备的电压、电流、功数据的远距离、无障碍传输。为了使通信更加安全，还可与率及电量等信息。通过两个按键即可设置当前时间及继电上位机协同增添加密算法。ESP8266与单片机通过UART器通电或者断电时间，其程序流程如图3所示。首先读取连接即可，单片机采用串行口工作方式1，与ESP8266模块DS1302的时间信息，经过数据转换，在LCD1602上显示通信。出来。要想查看电压、电流、功率等信息，只要把两个按2.4 继电器模块键同时按下即可。信息显示如图4所示。另外，在程序中继电器模块以SAI4005D为核心。其主要优点是，开关可根据需要，判断当前电量数值超过设定值，触发蜂鸣器触点承压达到480V，性能优越，对于电机、变压器等感性蜂鸣。开始时间显示否第1次按下设置键？是调整键按下？是当前分钟调整设置键按下？是否否第2次按下设置键？是调整键按下？是当前时调整否否第3次按下设置键？是调整键按下？是通电时间分钟调整否否否第4次按下设置键？是调整键按下？是通电时间时调整否否第5次按下设置键？是调整键按下？是断电时间分钟调整否否第6次按下设置键？是调整键按下？是断电时间时调整图3 时间调整设置流程图2019.745现代信息科技7月13期排版文件 .indd 452019/7/22 14:44:22第13期现代信息科技图4 电量信息3.2 继电器通断用电设备功能继电器的输入控制端与单片机的一个GPIO连接，在程图5 服务器显示信息序中加入判断当前时间与设置的通电时间是否相等。如果两个时间相等，GPIO输出低电平，触发继电器常开触点接通；4 结 论另外，也要判断当前时间与设置的断电时间是否相等，如果智能家居是未来社会家用电器的主要发展方向，而节能相等，GPIO输出高电平，继电器的常开触点断开，从而实减排则是智能家居的重要功能。本设计从节能功能、用户使现用电设备的通断电。用方便性及用户数据的延展性方面进行研究。考虑到了用户3.3 电量信息获取功能在本地即可操作设置用电设备的运行时间，也为远程用户提单片机两个外部中断IO与一个普通IO与电能计量芯供用电数据以便进一步分析用电负荷、用电习惯。本设计充片HLW8012相连接。在处理CF（功率）、CF1（电压、分利用单片机资源，通过人性化的人机界面，用户通过简单电流）两个脉冲时，外部中断模式设置为下降沿触发中断，设置即可实现自动通断用电设备的目的，且通过Wi-Fi把使用MCU外部中断来确定2次中断间隔，使用MCU定时电能信息传输至服务器端。本设计中的智能插座成本低廉，器来测量相邻2次外部中断的时间间隔，即可得到脉冲的周操作简便，运行稳定，在相关领域较有推广价值。期与频率。根据有功功率值、电流有效值、电压有效值的文献：小与频率的大小成正比，与周期的大小成反比这一规律，即[1] 邝耀强.基于单片机电子秤设计研究 [J].电子测试，2018可以计算出各电量数值。（12）：12-13.3.4 数据上传功能[2] 刘诗涵，齐胜男，王全山.基于蓝牙技术的智能插座设计 [J].中国科技信息，2018（10）：47-49.单片机的RX（P3.0）和TX（P3.1）与ESP8266模块[3] 金逸超，孙力娟，王汝传，等.物联网环境下智能插座的的RXD和TXD交叉连接，且xxx两者共地；单片机以串行设计 [J].计算机研究与发展，2010，47（S2）：321-326.口工作方式1，把测量得到的电能信息发至ESP8266，由于[4] 徐伟，姜元建，王斌.智能插座在智能家居系统中的设计ESP8266的转传功能，再通过Wi-Fi发送至指定IP的服务和应用 [J].中国仪器仪表，2010（10）：45-47.器端，服务器端即可查看智能插座的电能信息。显示效果如作者简介：林嘉（1981.05-），男，汉族，广东云浮人，讲师，图5所示。硕士，研究方向：嵌入式技术、物联网技术、人工智能技术。（上接43页）图5 松香飞溅位置在7环左右图6 松香飞溅位置在9环左右3 结 论[1] 史建卫，温粤晖.现代电子装联软钎焊接技术 [M].北京：经过以上的对比以及可靠性分析，可以得知：天线产电子工业出版社，2015.品要达到最好的焊接效果，从而保证产品的高质量指标。[2] Soldertec. European Lead-Free Technology Roadmap（Version 无铅焊料的选择上基本上可以确定：选用B、E、G三种1） [EB/OL].https://www.psma.com/HTML/FILES/forums/leadfree/eu_SnAgCu系列焊料，可以满足天线产品高质量、高指标的roadmap_v13.pdf，2003-10-24.需求。作者简介：王大明（1987.12-），男，汉族，广东广州人，参考文献：工艺工程师，研究方向：基站天线工艺研究。462019.7现代信息科技7月13期排版文件 .indd 462019/7/22 14:44:23
