基于物联网的智能插座-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-094-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于物联网的智能插座系统，以STM32F103C6T6单片机为核心控制器，并结合其他模块构建了中控部分、输入部分和输出部分。中控部分利用STM32F103C6T6单片机获取输入部分数据并进行处理，控制输出部分的功能。输入部分包括USB灯模块、DS18B20温度采集模块和供电电路，用于模拟用电、检测温度和供电。输出部分包括OLED屏显示模块、继电器模块和WIFI模块，用于显示信息、控制插座通断和实现远程控制。通过该智能插座系统，用户可以方便地监测和控制用电情况，实现智能化的用电管理。系统具有实时监测温度、显示电量和定时功能的特点，能够提供更加安全和便捷的用电体验。同时，系统采用物联网技术，可以实现远程控制和监测，用户可以通过手机或电脑等终端设备随时随地对插座进行操作。在论文中详细介绍了系统的设计原理、硬件组成和软件实现。通过实验验证了系统的可行性和性能，并进行了性能评估和分析。结果表明，该智能插座系统具有稳定可靠的性能和良好的用户体验，能够满足校园生活中的用电需求。
关键词：单片机；WiFi模块；温度检测模块；USB灯；
字数：9000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 连接WIFI实物测试
5.3旋钮电阻控制USB灯亮度实物测试
5.4手机端控制定时模式实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的插头插座，它与人们生活有着十密切的关系。 居民搬进新居后，普遍反映电源插座数量太少，使用极不方便，造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板，常常引起人身电击和电气火灾事故，给人身财产安全带来重大隐患。所以，电源插座的设计也是评价住宅电气设计的重要依据。
随着智能电子设备的不断进步和发展，必然会提升智能设备的使用率，诸如智能移动设备、智能家居等设备发展极为迅速。物联网作为一个互联网和通信网络的信息载体，能够使物理对象实现网络互通，近年来，很多智能家居设备都是基于物联网技术来设计和使用的。物联网虽然能够使家居设备和系统实现自动化、智能化管理，但是依然需要依靠更为先进的终端插座作为根本保障，插座是所有家用电器需要使用的电源设备，插座的有序智能管理，对于实现智能家居设备的统一智能管理具有举足轻重的作用。无论是家庭生活，还是工业制造，插座在生活中的应用无所不在，当之无愧为电网与各用电设备之间的桥梁。基于此，我们提出了基于物联网的智能插座，相关功能如下：首先能够实现插座开关通断、定时预约通断；我们利用wifi模块与云平台实现记录监测数据用电情况（用电量=电压×电流×时间），将相关传感器获取插座数据上传云端，并且可以控制插座的通断，同时监测插座温度是否异常实现异常监测报警断电功能、闲置自动断电功能。该设计能够对用电安全有一定的保护作用，具有重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
当前我国插头插座产品种类较多，市场上出现了地面插座、转换器、工业用插头插座、防溅开关插座、防水开关插座、防爆开关插座、漏电保护插座、防雷保护插座等新产品。插头插座类电器附件产品也从单一的功能性发展为功能性和装饰性相结合，并日益追求操作的安全性和舒适性。调查资料显示，除工业用插头插座外，近年来各类家用电器如电视、电脑、音响、影碟机等大量进入家庭，家用插头插座的需求量也随之增加。但目前插头插座产品质量不一，功能不全，给消费者带来了许多隐患和烦恼。据消防部门统计，近年来电器火灾逐年上升，火灾损失已占全部火灾损失的40％。同时由于市场上各类国内外电器的插头标准不一，有些人家中现有的插座规格难与之匹配，也给消费者带来了一些麻烦。因此消费者对以智能插座为首的智能家居单品越来越感兴趣。与往年同期相比，智能插座搜索指数环比上涨 218.8%。据统计数据显示：2017年中国智能插座市场规模达到 6555 万元，预计未来智能插座市场还将突破 1 个亿。海外市场更加火热，美国亚马逊上智能插座的火爆更是让行业内做智能插座的电源芯片都卖断了货。
针对传统电源插座的缺陷与功能不足,利用电能参数自动检测,RFID射频识别,Wi Fi无线通信,嵌入式MCU,以及Android智能控制,管理等多种技术,2016年符长友，雷志勇，李行设计出一款基于物联网的智能插座.当插座未接入电器设备时,其自行断电;当插座上接入电器设备时,通过RFID射频识别技术,插座能自动,实时检测当前电器设备所需要的电压,电流,功率等电能参数是否超过插座所能提供的最大电压,电流,功率等参数,并决定是否给电器设备供电.这样,不仅有效地避免电气火灾发生,而且还能有效防止插座伤害孩子事故的发生.结果表明,该设计达到了预期目标[1] 。
2018年梁志勋，覃有燎，闭吕庆利用集成电参数测量传感器芯片进行电能参数的采集前端电路设计,实现了插座的电参数采集功能.系统采用集成wi-fi芯片ESP8266作为微处理器和通信芯片,完成了智能插座的下位机单元设计.通过wi-fi无线通信网,局域网或者广域网实现数据的远程传输,利用机智云的自助开发平台和Java相关技术进行手机客户端开发,实现了插座的电参数在Android平台终端上实时监测的功能.实验测试表明,将所设计的系统测量数据和专用仪器测量数据进行比较,该系统的测量数据误差小,传输实时性高,具有较高的应用推广价值[2]。
针对传统插座功能单一的问题,2022年张锋，刘海锋提出基于物联网技术的智能插座.该智能插座与物联网技术相结合,通过云服务器实现智能化管理;用户通过手机等终端实现远程控制以及用电状态的实时监测,当插座的环境参数超出范围,启动预警装置,以防止火灾事故的发生.本设计不仅满足了用户对多功能的需求,而且也实现了传统家用电器的信息化和智能化,为人们的生活带来极大的便利,具有较高的应用推广价值[3]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于物联网的智能插座系统，主要由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用了STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据并进行处理，最后控制输出部分的功能。输入部分包括USB灯模块、DS18B20温度采集模块和供电电路，用于模拟用电、检测温度和提供稳定的电源。输出部分包括OLED屏显示模块、继电器模块和WIFI模块，用于显示信息、控制插座通断和实现远程控制。
该智能插座系统具备实时监测温度、显示电量和定时功能的特点，能够方便用户监测和控制用电情况，实现智能化的用电管理。同时，通过物联网技术，用户可以通过手机或电脑等终端设备远程控制和监测插座，提供更加安全和便捷的用电体验。
论文中详细介绍了系统的设计原理、硬件组成和软件实现，并通过实验验证了系统的可行性和性能。设计的智能插座系统在校园生活中具有广泛应用的潜力，为用户提供了更加智能化和便利的用电解决方案。
