基于STM32F103的智能安全插座

张鑫 仲晨阳 杨奕

摘 要 设计了基于STM32F103的智能安全插座，介绍在普通插座的基础上加上STM32F103主控的电流、电压、功率因数及有功功率的监测装置。通过单片机读取CS5463芯片测量的负载工作时的电能参数，利用主控模块的程序算法，显示出用电器的种类、电能参数及工作状态，同时计量用电器工作时间，当用电器工作时间和电能参数异常时，控制继电器断开电路。

关键词 CS5463 电能参数 继电器

中图分类号：TP368 文献标识码：A

0引言

据消防部门统计，近年来全国因电器原因的火灾事故达4万多起，平均每13分钟就会发生一次电气火灾，而插座问题是引起火灾的主要原因之一。然而传统的插线板还存在结构模式单一，智能化水平低，安全性能低的等问题。针对以上问题，本文设计了一种基于STM32F103的智能安全插座。当有用电器工作时，CS5463检测用电器的电流、电压、有功功率和功率因数的数据，STM32F103单片机采集数据，并将采集到的数据转换为特定参量，再通过这些参量来识别电器种类，接着将用电器种类和功率显示在LCD显示屏上并设置断电时间，同时实时监测插座供电情况，智能保护用电器以及插座本身安全。

1系统方案设计

本设计是以STM32F103为微控制器，实时读取CS5463芯片采集的电压、电流、功率、功率因数等各项数据，并通过LCD显示器将各项数据显示出来，直观的了解用电的各项指标。当出现电路短路或电路出现异常时，通过单片机发出一个低电平信号控制继电器断开，达到安全用电的效果。系统框图如下图1：

2硬件方案设计

本系统中CS5463多功能电能计量芯片计量负载的信号数据。CS5463 芯片是一个包含两个 模-数转换器（ADC）、高速电能计算功能和一个串行接口的高度集成的 模-数转换器。它可以精确测量和计算电流、电压、瞬时功率、功率因数等。电流互感器采用CT118F，该电流互感器具有1000：1的变比，且线性度为0.2%，测量精度高。电压互感器采用ZMPT101B，该电压互感器变比通过两端电阻值的比值的不同，实现不同变比，且输入端与输出端可互换，降低实验中的误差几率。继电器则通过单片机I/O口发出的高低信号控制用电器的开关。

3软件功能设计

本作品的软件设计是以STM32F103单片机来作为CPU控制器来完成的。系统上电后，首先对各设备（单片机、显示屏、cs5463等）进行初始化，然后进入等待状态，扫描是否接收到CS5463芯片的电流标志信号。当单片机接收到信号后，检测其电流大小，判断是否需要进行安全处理（过流断电）。若电流参数正常，则采集用电器功率因数、温度等到单片机寄存器。通过CPU对其进行数据处理，对比单片机内的数据库对用电器进行分类，并把其种类和数据显示在LCD显示屏上。对于某些高危用电器，单片机内对其设置了定时断电保护，当单片机定时器达到预定时间后，会发出信号使CS5463自动断电，以防产生意外事故。软件流程图如下图2所示：

4结束语

本设计完成了家用电能参数测量，实现了对家用电器的电能参数的检测，且本设计在不处理数据时，单片机处于待机状态，只有CS5463处于电能检测状态，能耗相对较低，且具有测量范围宽、稳定性好、精度高等优点。

基金项目：重庆理工大学学生创新创业。

参考文献

[1] 王正刚，柏受军.基于STM32的单相用电器分析监测装置设计[J].铜仁学院学报，2018，20（03）：98-101.

[2] 徐然，徐琦琳，任丽丽.自计量型断路开关的设计[J].信息技术与信息化，2015（07）：153-155.

[3] 贾权.电气工程自动化低压电器中继电器的应用[J].电子技術与软件工程，2018（20）：103.

[4] 李芳芳，艾婷.基于STM32电力谐波采样设备的设计[J].农业科技与装备，2015（01）：51-53.

[5] 高翔，王雪梅.基于CS5463的电力参数测试仪设计和校准[J].中国测试，2013，39（01）：76-79.