基于STM32的智能插座设计

基于STM32的智能插座设计

摘要】智能插座主要应用于智能家居的大平台中，不知道大家有没有羡慕一些

发达国家拍摄的科幻电影的那种超智能，超人性化的大别墅以前或许只是想象，

但智能插座的设计让梦想照进了现实，智能插座的成功研发和投入使用，完美的

解决了千家万户用电隐患的问题，把火灾几率降到了最低。本文介绍了关于智能

插座的软硬件设计开发，红外控制插座的闭合，红外控制插座定时功能，温度警

报功能的实现原理。

【关键词】 stm32 红外线控制定时开关

1 引言

华夏五千年，从前的我们很难想象现如今的社会会被一张“无形的大网”网住。这

张网，网住了我们的吃的、喝的、用的、娱乐的等所有方面。有一种很有趣的现象，无论你是学生党，上班族，还是家里蹲，好像都会接触到两样东西。第一个

就是用电插座；第二个就是容易让人上头的现代的一种用于高速计算的电子设备。两者相结合，在人类发达的智慧改造下，智能插座孕育而生。从起源来讲，它就

是用那种电子设备做出来的插座。

智能插座主要应用于智能家居的大平台中，不知道大家有没有羡慕一些发达国家

拍摄的科幻电影的那种超智能，超人性化的大别墅以前或许只是想象，但智能插

座的设计让梦想照进了现实，智能插座的成功研发和投入使用，完美的解决了千

家万户用电隐患的问题，把火灾几率降到了最低。本文介绍了关于智能插座的软

硬件设计开发，红外控制插座的闭合，红外控制插座定时功能，温度警报功能的

实现原理。

文章所运用的是STM32F103C8T6的单片机系统，负载一个红外控制接收器和遥控器，用于遥控器远程控制整个智能插座系统。一个1路5V版本兼容3.3V带光耦

隔离的继电器模块，用于控制插座的开关。一个DS18B20的测温模块，一个高电

平触发的有源蜂鸣器模块，两个模块可以实现负载电器运行出现高温时，实现高

温报警的功能。

2 智能插座的目前处境以及发展现状

在互联网没有发展的时代，按照国际标准，传统的插座可以分为多种类型，其中

既包括民用、工业用的插座，也包括防水、电源插座，还包括移动式、固定式等

类型的插座。后来，物联网引领新时代，插座中开始接入电脑控制芯片，接入无

线通讯传输协议芯片，智能插座由此诞生。

智能插座作为智能家居中举足轻重的角色，最早在1984年由某发达国家建造的

世界史上第一栋智能建筑提出概念，该国家电子工业协会在四年后拟定了首个能

够很适用各家各户住宅的电气设计标准；我国进入上世纪90年代末期后，有关

标准也进行了制定。知名企业公司董事长宣布的“维也纳计划”，该方案在某些程

度上很好的解决了中国数字生活家电的问题，为中国后来的智慧城市发展奠定了

夯实的一步。21世纪初期的中国并不对智能家居这个新概念抱有多大希望，国内甚至在十年内都没人愿意去品尝这块大蛋糕。直到2014年，BroadLink公司的崛起，眼红了一大堆国内企业家。渐渐的，“米家”等其他称呼的涌现，让社会都开

始感受智能生活带来的便捷。推动了中国往智能化现代，智慧城市的规划的大跨步！当前市场随着过多企业的加入，智能插座的开发与应用越来越广泛，就连叫

法都五花八门：无线插座、智能接线板、WiFi插座等等不计其数。然后市场上的

智能插座主要有如下几种：

定时智能插座。这种插座的主要优点在于能够很好的帮助用户节省一些不必要的

用电，完美的实现低碳生活，节能。

遥控控制智能插座。该类型的插座系统组成中，肯定存在接收装置，无论是红外

遥控，无线遥控还是声控，都能够帮助用户进行远程控制。

计量智能插座。这种插座可以满足客户随时想知道家用电器的用电消耗量，家用

电器的正常额定功率，电压电流等数值，便于观察家电的用损情况。

综上所述，现如今的智能插座，多着重于控制方面，产品功能过于单一，不能够

完美的适用于整个智能家居系统中来，我国对于智能插座的研究和设计还有待提高。

3 智能插座的设计理念

基于STM32的智能插座设计是基于单片机开发系统的一种硬件设计，主要实现的功能既要满足智能化设计，也应该能够简单的运用到智能家居的系统中，在选择

的操作系统时，32的单片机可能很好的进行硬件的搭设，以及软件的烧写与仿真。附录A即为单片机的原理图。从命名的方式上来说，比如STM32F103C8T6。

STM32，值得是产品系列是基于ARM的32位微控制器；F指的是产品类型，表

示通用；103是增强型，与101的基本型、102的USB基本型和105或107的互

联型有着明显区别。关于产品引脚数量的区分，共分为五种，分别是：T、C、R、V、Z，其中T对应了36个引脚数量，C对应了48个引脚数量，R对应了64个引

脚数量，V对应了100个引脚数量，Z对应了144个引脚数量，每个系统自带的

闪存存储器的容量由引脚数量后一位决定，在闪存存储器中，其有七种对应的容量，其中4对应16K字节的闪存存储器，6对应的是32K字节，8对应的是65K

字节；B、C、D、E类指的是字节数为128、256、384、512的闪存存储器；最后

两位对应一个是封装类型，另一个是温度范围。T类封装也就是LQFP类型的封装，温度范围在-40℃~80℃。所以整个系统的功能主要如下：

3.1 控制功能

红外控制系统通常由两个部分组成，一个部分负责发送，另一个是用来接收。发

送端是借助单片机，对准备发送的二进制信号编码进行调制，使其成为连续性的

脉冲串信号，借助红外发射管，完成红外信号的发射。接收端完成对红外信号的

接收后，还需要对信号进行进一步的方法和检测，并进行信号解调，调出遥控编

码脉冲。通常情况下，其具有一定的干扰性。为了降低干扰因素，所采用的红外

接收头一般为LS1838B，其能接受红外信号的频率为38kHz，周期约26μs，且星

界比高，可靠性较强。能够在接收信号的同时对信号进行放大和整形，得到TTL

电平的编码信号，之后再将这些信号传送到单片机，经过单片机的解码，进而实

现其控制功能。

整个原理中最少不了的就是关于红外系统的编码和解码过程，原理如下：

1) 二进制信号的调制

在二进制信号的调制过程中，二进制信号经过编码后，借助单片机来调制成有一

定频率的剪短脉冲串，频率为38kHz，这一脉冲串相当于用二进制信号的编码与

频率为38kHz 的脉冲信号相乘得到的结果，在经过调制后，用于红外发射二极管

的信号发送。

红外的接收需要先进行解调，这一过程需要借助红外接收管完成。基本的工作过

程表现如下：在接收到调制信号时输出高电平；没有接收到信号时输出的电平为

低电平，为调制的逆向步骤。（图解调）

作为一体化集成的红外接收器件，LS0038可以直接性的输出经过调解之后的信号，