基于STM32的节能按键插排

赵晓铜　高涵　程洪　胡欣宇

摘 要：针对现有市场上的插座插头不易分离，长时间充电会损坏物品甚至威胁生命的问题，在节能环保，可持续发展战略的有利号召下，本文利用物联网技术设计研发出一款节能按键插排。该设计以STM32为主控制芯片，电流检测模块，继电器，智能开关等模块实现了电流的自动检测、控制单线路开闭、一键控制开关弹起等功能。该设计简单实用，价格低廉，有广泛的应用前景。

关键词：STM32;智能插排;继电器;节能减耗

随着人们生活水平的提高，健康、环保、节能的生活理念已深入人心，对于智能型、人性化的家居产品，受到了人们广泛的关注[1]。然而现有的插座已经不能够满足社会需要，功能新颖的智能化插座有着强大的市场需求。对市场上智能插排进行调研，部分插排设计方案局限于某种应用场合，部分插排设计方案可用于多种场合，却未能充分考虑到插排的智能化。因此，本文选用了处理能力较强STM32单片机作为主控制器，利用电流检测模块，继电器，琴键开关等设计了一款节能按键插排。通过串联电路将电流检测模块接入电路，可随时检测电流控制继电器控制电路的开闭。配备按钮，一键弹起，可以非常轻松得将插头插排分离。

1 硬件设计

1.1 电流检测模块

通过ACS712电流传感器串联在负载上来检测电流，当负载中有电流通过被检测到时，电流传感器会把当前测得电流值和电压值输出。该芯片设计是基于霍尔感应的原理，器件内部嵌置有精确的低偏移性的霍尔传感器，能够通过片内的霍尔IC感应转化为成比例的线性电压[2]，输出的电压信号是一个模拟量，通过模数转换将其相应的数字量输出。电流检测模块串联在电路里，将电流实时传输回单片机，保存在数组中，单片机可根据返回的数据值对IO口进行高低电位转换控制。如果是电流过小或者功率过大，则会将单独的这一条线路关闭，同时将IO口设置为低电位，如若检测到电流正常且功率正常，则继续工作。电流检测模块可同时检测多条线路，读取数据控制相应线路开闭。相比于传统的电流互感器检测电流，电流检测模块成本低，体积小，重量轻，能够应对突发性绝缘击穿等问题。能准确，实时的检测多点的电流，及早的处理设备的安全隐患，不仅节约能耗，保证了人身安全，还有效的避免了因过充导致的安全问题，能够保证电流模块的正常運行，确保负载不会损坏。

1.2 继电器模块

继电器是具有隔离功能的自动开关元件[3]，JQC-3FF继电器，采用光耦隔离及贴片，驱动能力较强，性能处理相对其他硬件比较稳定。继电器模块触发方式可由自己手控选择：低电平触发或高电平触发。配备有容错设置，即使控制线断或者错乱，继电器也不会有动作。继电器由电流检测模块检测出的电流大小来控制，当电流过小时，通过IO口的高低电位变化来控制电源线路开闭。节能按键插排，采用了继电器多路控制线路，可独立检测并控制单个线路的开闭。在电流检测模块检测到电流过小时，会将线路断开。即使一个线路因电流过大过小而被关闭，其他线路也不会受到影响，也可接着工作。避免因触碰到线路开关而导致整个插排断电的结果，使电路使用更安全。当继电器没有触碰衔接时，继电器的公共端、常闭端会导通，负载没电不会工作;当继电器触碰衔接时，继电器公共端则会与常开端接通，负载接有电流工作。

1.3 琴键开关模块

琴键开关在控制电路中有着很重要的影响。琴键开关由壳体、盖、静触片、弹片、自锁组件、滑柱、弹簧和按钮，其特征在于所述弹片的摆脚的摆动方向与各滑柱的排列方向相同且正对滑柱的轴心，滑柱上伸出的压头与对应弹片相配。将开关放置于插头下面，按下按键，开关就会弹出，给与插头一个冲击力，从而将插头弹出。且开关一对一控制，一个开关对应一个插头，解决了人们在日常生活中单手拔插头不方便的问题，轻易方便，省力省时。

2 系统流程图

电流检测模块检测当前负载的电流值返回给主控制器，主控制器则根据返回的数值来计算功率大小，并根据电流、功率来控制负载线路是否继续供电工作。如果电流过小或功率过大则通过继电器将线路关闭，如果电流，功率都正常，则各线路按正常轨迹继续工作。琴键开关则一键控制负载弹起，将插头插排分离。

3 结论

这款易于插座插头分离的节能按键插排的设计采用继电器多线程控制，可独立控制单一线路开闭;电流检测模块可实时监测电流，检测不同负载不同时间的电流大小;琴键开关，一键控制弹起，易于插座插头分离。此设计节能环保，简单易用，有着广泛的应用前景。

参考文献：

[1]胡葛军，王普，方滨，高新.基于GSM短信平台的智能信息插座的研发[J].智能建筑，2006（02）：46-49.

[2]董建怀.电流传感器ACS712的原理与应用[J].中国科技信息，2010（05）：92-93+96.

[3]李虹静，李升辉.基于STC8系列单片机的继电器控制电路设计[J].科技与创新，2019（13）：37-38.