基于STM32单片机和物联网模块的智能插排设计与实现

邓旭辉 周致文 邵育兰

摘 要：本研究基于STM32单片机和物联网模块设计了一种智能插排，通过电容屏显示开关、通断电、定时时间以及触摸屏等方式设定具体定时时间，还可以实现手机远程控制智能插排的通断，具有节能、安全、实用的特点。

关键词：智能插排;STM32单片机;物联网;电容屏

中图分类号：TM503.5 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）23-0010-03

Abstract： Based on STM32 single-chip microcomputer and Internet of Things module， this paper designs an intelligent socket， which can display on or off， power on or power off and timing time through capacitor screen， set the specific timing time through the touch screen，and realize the remote control of the on and off of the intelligent socket by mobile phone; Energy saving， safe and practical，it can also realize the power on or power off of the smart socket remotely controlled by the mobile phone.It has the characteristics of energy saving， safety and practicality.

Keywords： intelligent socket;STM32 single-chip microcomputer;Internet of Things;capacitive screen

智能插排是一种大规模生产的智能家居产品，它的出现在一定程度上打破了智能家居定制化的传统生产模式，使人们可以深入感受智能家居产品所带来的便利[1]。随着单片机在智能化电子产品中展现了广阔的应用空间[2]，插排的功能也越来越智能化。例如，利用定时功能实现插排的通电和断电，根据指示灯的变化来判断用电设备的各种状态[3];采用拉伸结构，在使用时将一部分抽拉出来，也可立在桌面上使用[4];智能手机作为智能家居控制终端等[5]。为了进一步满足低功耗、安全、控制精度高、操作简单、性价比高等要求，设计了一种可显示开关状态、通断电状态、定时时间、倒计时提醒，可通过触摸屏设置定时以及可通过手机远程控制通断的智能插排。

1 系统方案设计

为了实现上述功能，分别从硬、软件两个方面进行设计。

1.1 硬件设计

智能插排的硬件设计思路为：显示实时状态，通过触摸方式对通断以及定时开关进行控制，利用语音播报提示接收通断电和通断电结束的通知，手机远程控制智能插排的通断电，即需要实现核心控制、显示与触摸、开关通断控制、远程操作控制以及语音播报等功能，具体硬件选择如下所述。

①核心控制。物联网模块对主控芯片需要一定的反应速度和信息反馈能力，因此选用STM32F103单片机实现核心控制功能，功耗相对较少。

②显示与触摸。选用4.27 cm×5.61 cm（2.8寸）电阻屏，显示空间最大化的同时，文字库容量相对较大、显示全面，还可通过触摸屏对单片机进行操控，节省端口资源，使用、安装较简单。

③开关通断控制。智能插排需要接220 V交流电，选用常开接口最大负载为交流250 V/10 A、直流30 V/10 A的2个继电器配合单片机进行智能插排的开关通断控制。

④远程操作。需要手机远程控制智能插排的通断，无线遥控器件选择安全、节能的ESP8266模块，既可进行局域网控制又可远程控制。

⑤语音播报。选用JQ 8400语音播报模块，支持普通的MP3文件，可通过软件生成需要的语音，成本低，使用方便。

1.2 软件设计

智能插排设计的编程采用C语言，并通过Keil平台进行编译，采用生成的hex文件烧录到STM32F103单片机中。结合上述硬件设计和功能需求，软件设计如下所述。

1.2.1 触摸屏操作。初始化开机动画后，界面稳定，检测触摸屏的信号，通过触摸触摸屏选择进入预设的不同模式，模式一直接通断电，模式二定时通电插排。进入模式一，显示一个简易的灯泡图片表示插排的通断，通过按钮可实现一键控制插排的通断;进入模式二，可通过触摸设置的时、分、秒按键，再通过加减时间按键来设计具体的通电时间，确定后跳转到设置好的倒计时界面，并在计时后完成插排通电。触摸屏操作的主程序流程如图1所示。

1.2.2 手机远程控制。通过手机远程控制智能插排通断的主程序功能为：初始化，ESP8266模块联网后建立云平台，手机通过APP发送请求信号给云平台，ESP8266模块从云平台接收请求信号，ESP8266模块与STM32F103单片机通信，STM32F103单片机从ESP8266模块获取请求信号进行分析并相应地控制智能插排的通断。手机远程控制程序流程如图2所示。

2 系统调试

完成智能插排的软、硬件设计后，开始进行系统调试。系统调试包括触摸屏的双模式调试以及手机远程的通断调试。

2.1 双模式调试

单片机通电，屏幕开机动画后显示按键“开关”“定时”，如图3所示。按“开关”按键进入模式一，可控制插排的通断电;插排通电时，屏幕上的灯泡显示为亮光状态，插排断电时，灯泡显示为熄灭状态。即将通断电和通断电结束时通过JQ8400模块播报通知。通、断电调试界面分别如图4和图5所示。按“定时”按键进入模式二，屏幕出现“时”“分”“秒”三个方框以及“+”“-”两个按钮，点击方框选择设置对应时段的具体时间，定时设置完成后点击确定，屏幕跳至倒计时断电界面，倒计时结束前，JQ8400模块语音播报提醒。定时、倒计时调试界面分别如图6和图7所示。

2.2 手機远程控制通断

手机APP界面上显示多个通道，对应控制多个插排。点击一个通道打开后，APP界面下方设有“定时”“延时”“全开”“全关”按钮，相应地进行定时和延时通断、控制家用所有智能插排同时通断的操作。定时结束前，JQ8400模块语音播报提醒。手机远程控制插排界面和定时通断分别如图8和图9所示。

3 结语

本文设计的智能插排通过STM32F103单片机与继电器配合控制智能插排通断，实现触摸屏显示开关状态、通断电状态、定时时间、倒计时提醒，触摸屏设置定时时间，以及手机远程控制智能插排的通断，控制精度高，降低了插排功耗，提高了插排使用安全性，操作简单，硬件布局合理，实用性强。

参考文献：

[1]鲍民悦.基于ESP8266的Wi-Fi智能插排[J].中国新技术新产品，2019（13）：3-4.

[2]朱毅强.单片机技术中智能化电子产品的具体运用探讨[J].佳木斯职业学院学报，2020（6）：206-207.

[3]薄志伟，王志坤，郑培东，等.智能插排[J].河北农机，2017（12）：47.

[4]王志愿.按压式安全电插排[J].包装工程，2019（10）：313.

[5]张新星，孙志锋，朱春佳.一种基于智能手机的无线电源插座设计[J].工业控制计算机，2013（11）：42-44.