基于STM32的家庭节电控制系统开发

刘威 石泽宇 张云萍 张巧杰

摘要：本文设计了一套基于STM32单片机的家庭节能控制系统，该系统结合了无线模块、传感器技术、触摸屏技术及GMS模块等，实现可以让你不论身处何地，一样掌控家中家电设备，从而实现既节能又智能的更加人性化的服务。

关键词：STM32开发板；GSM模块；触摸屏；用电器

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）51-0057-02

一、引言

家庭用电的节能应从主动节能和被动节能两方面入手，当前传统的家庭用电由电力公司单方面进行管理，虽然通过宣传教育和提高电价，可增强公民的主动节电意识，但由于大多数用户没有家庭能耗的详细分析数据，在节电上很多时候存在较大的不确定性和误区。在能源匮乏的今天，选择家庭节电作为研究对象，具有重要的现实意义。根据导师的建议和本人的调研，发现家用电器每年浪费大量的电能，如电视机、计算机的待机，使用大功率灯具，空调温度设置为极高极低的温度等现象，家庭节电具有很大的潜力。通过对生活中常出现的电能浪费现象进行调查并分析了各种内在原因，决定从灯光照明、空调系统、家用电器三个方面设计优化的家庭节电控制系统。

本课题的目标是实现一个低端实用的家庭节电控制系统，利用32位单片机配合嵌入式操作系统实现智能家庭节电控制的基本功能，该系统不追求复杂的功能和绚丽的外观，主要着眼于简单实用、使用方便、价格低廉等特性，在课题的开发设计过程中能够增强自身嵌入式产品的开发能力，在实践过程中发现问题、解决问题的能力。

二、工作原理

基于STM32的家庭节电控制系统硬件设计如图1所示。

1.触摸屏。触摸屏（touch screen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

本系统中本地控制通过接入触摸屏，由触摸屏上的人机交互界面实现，待机电源管理系统可以本地触摸屏上关闭待机电器，本部分只是其中最小的一个功能。

2.电压电流检测系统（见图2）。此部分就是通过电流检测模块显现的电流图形，然后通过模数转换反映给单片机，然后单片机根据传输的数据做出一定的调整，然后可以传输给我们所用的设备。比如，当我们都在外面上班，检测到屋内电流很大，为了节约用电，就要检查一下，是否有些电器忘了关，以至于能够及时的关上，巧妙地达到了智能家居的功效。

3.温度传感器。温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器采集的模拟信号经过处理器本身的A/D转换得到实时温度数据，再经处理器相关处理通过温度显示电路进行实时显示。比如，下班回家之前要先开空调，然后就可以此系统通过温度感受然后确定什么时候开空调，从而能确定在到家的时候屋内温度正好合适，这样既达到智能又达到节能的效果。

4.无线模块。无线模块（RF wireless module），是数字数传电台（Digital radio）的模块化产品，是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台模块。无线模块延伸到很多的系统中，工业控制的开关量io设备、485无线传输设备、模拟量采集和控制设备。从使用最早的按键电码、电报、模拟电台模块加无线MODEM，发展到目前的数字电台模块和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据（300～1200bps）到高速数据。

有线通信方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力；而用无线数传电台建立专用无线数据传输方式则无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线就可以了。相比之下用无线数传模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力，投资是相当节省的。

有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力，而用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将不受这些限制，所以说用无线数传模块建立专用无线数据传输方式将比有线通讯有更好的、更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。

5.GMS模块。GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。

本结构主要通过单片机与GMS模块和手机的互相关联，把要通知的其余各个模块的信息通过短信发送到手机上，从而让我们能及时掌握屋内电器的用电使用情况，真正达到智能省电。

三、功能描述

1.触摸屏发出控制指令给单片机，单片机通过无线模块将关断信号传送给下位机，下位机接受后通过控制继电器控制电器开关。

2.通过手机可以远程发送短信给控制系统，控制系统开关相应的电器。

3.传感器检测室内变化，通过AD＼DA转换将信号传给单片机，发出报警或者短信。

4.待机检测装置检测待机电流，将信息反馈给用户，用户关闭电源。

四、结论

此系統功能上大致分为危险报警控制、电压电流检测控制系统、家用电器电源管理三部分。危险报警控制系统根据室内气体的成分及温度，当空气中有烟雾或者有害气体浓度达到一定值或者检测到温度超过一定值时，由STM32控制系统报警并发送一条短信到固定手机用户。电压电流检测控制系统能够检测室内电压电流状况，如果有电机电流，告知用户关闭。电源管理系统可以本地触摸屏上关闭待机电器，也可以远程关掉出门时忘关的电器。可以在家遥控用电设备，融入了远程控制模块以及智能节能的思想理念。远程控制可以让你不论身处何地，一样掌控家电设备。

该控制系统设计完成以后在实验室进行了试用，系统稳定运行，对实验室内的用电设备控制和反馈准确，达到了节能和无线控制的目标。所以，使用此设备可以为人们提供方便、舒适的生活环境，并且此系统控制方便，节能环保，外扩能力强，适合家庭使用，具有较高的使用价值。

参考文献：

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