基于STM32的多功能智能插座硬件设计

发表时间:2019/1/10   来源:《科技新时代》2018年11期   作者:王逸俣 竺伟勒 曹栋飞
[导读] 本文结合当前市场智能家电的应用考虑和当下智能家居中智能插座的发展近况,设计了基于一种侵入式的智能插座工作状态的监测系统。

(衢州学院  浙江 衢州  324000)
        摘要:本文结合当前市场智能家电的应用考虑和当下智能家居中智能插座的发展近况,设计了基于一种侵入式的智能插座工作状态的监测系统。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,以及其无线通信方式给家庭环境带来布线和信号辐射的问题,本文提出一种基于电力载波通信的多功能智能插座设计方案。
        1.前言
        该智能插座采用低功耗单片机STM32系列为控制核心、集成了电力线载波、电能计量、继电器等模块,具有电能计量、过流保护、电器状态监控、蜂鸣报警、摄像监看和充电保护等功能。采用电力载波通信技术,通过电力线传输数据,克服了无线传输信号衰减严重以及信号辐射的问题,同时不需要布设专用的传输线路,具有结构简单、通信距离较远、抗干扰能力强等特点。以多功能的智能插座作为系统监测设备,并将电器状态监测算法嵌入核心控制器中,无需将电器数据传输至终端进行处理,使电器状态监测系统结构更加简单,确保了系统的实时性,同时使家用电器可监测、可控制,满足了用户对多功能的需求,保证了用电安全,实现了传统家电的智能化和信息化,在智能家居中具有广阔的应用前景。
        2.系统整体设计
        基于载波通信的多功能智能插座系统结构图如图1所示,本设计以配备全速USB3.0接口,具有设备充电检测功能的STML32作为核心控制器,实现USB充电及保护功能,可连接免驱USB摄像头实现摄像监看功能;配合外部24位高精度电能计量芯片实现对电压、电流、频率、有用功、无用功等计量信息的检测并用于电能计量和电器状态监控;为确保安全,隔离强电,数据经由光电耦合传输至单片机;扩充EEPROM用于存储智能插座中需要存储的电器电量历史数据,用于实时电量统计,还可以用于电器状态监测算法的数据存储与计算;通信模块完成智能插座与外部设备的信息交互;开关驱动和继电器完成对用户电器供电和断电的控制;蜂鸣器用于异常情况的警报;可恢复过流保护器安置在插座电力入口处,保护插座;设计过流保护电路直接控制继电器,当电器出现非正常工作状态比如过流时,可及时断电,保护电器。
                 
        图1   智能插座硬件结构框图            图2   智能插座系统接口图
        MCU作为智能插座的核心控制器,通过来自终端的指令控制和协调各模块工作,如图2所示。通信模块作为智能插座与终端通信的核心,MCU接收来自终端的命令传输并进行执行;另外对处理后的数据包括电能计量数据、视频数据等都需要经过MCU转发再通过串口到通信模块进行远程传输。从存储空间上考虑,应要求MCU的SRAM至少存储2张或更多图片,即SRAM存储空间至少为72KB;从串口速率上考虑,图像数据通过MCU转发到通信模块,则要求MCU串口速率至少达到兆量级(按25倍压缩比计算为7M左右,改变压缩格式,增大压缩比,则可降低速率要求)才能满足实时传输的需求,如果摄像头像素高于30W,则对MCU和PLC串口速率要求更大。
        4.结论
        本设计预采用STM32系列处理器,需要配置4M字节Flash,并搭载了丰富的接口,有24个通用I/O端口供实际应用,使在IC内部进行TCP/IP等协议处理成为可能。本系统的实现对目前市场上的智能插座增加了安全控制功能。
        参考文献:
        [1]肖宛昂.一种WiFi智能插座构成的智能家居[J].单片机与嵌入式系统应用,2014.
        [2]裴超.基于云计算的智能家居系统架构研究[J].软件导刊,2014.
        作者简介:王逸俣,衢州学院2016级物联网工程专业学生;指导教师:陈佳泉。项目基金:国家大学生创新项目(201711488001)。
 

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