智能插座的设计.docx

智能插座的设计》论文概述一、文献综述1. 前言该论文详细阐述了家电管家的概念、创新性、工作原理、设计 方案、社会应用价值等家电管家是一个由 APP 加一个智能插座的科技产品上 的 APP 通过蓝牙来连接智能插座，简单的操作 APP 按钮，实现对家用 电器的智能化、安全化控制第一点：节能环保家用电器通常大多数时间处于待机状态，造成很大的电能浪费， 据统计一个普通家庭的待机功耗相当于其一个月的用电量，这还仅仅 是一个家庭相比之下智能插座不需要来回的插拔、不需要机械开关、 就可以实现对家用电器电源的通断电，以达到节能环保的目的第二点：安全用电多次的插拔造成插座不牢固、接触不良、极易产生电弧（电弧的 危害极大），自动控制插座孔的通断电可以省去插拔电源次数，降低 了电弧产生的可能性，降低了因电弧发生火灾的概率，大大提高了插 座的使用寿命将不使用的插孔及时的自动闭合，减少了电磁辐射对人们身体的 损害，父母再也不用担心孩子乱触碰电源插座等造成的安全问题第三点：智能、方便可以通过 APP 来设定用电器工作时间，可以设定在何时去工 作在 APP 中可以添加或减少控制任务，比如何时控制饮水机烧水、 控制电饭煲做饭、控制、平板等移动设备的充电时间（省去插拔 的麻烦）、控制WiFi的工作时间等等。

同时检测因不明原因造成的用 电器断电，即时传送到上，及时提醒人们发现亦可以通过 APP 来搜寻、添加设备实现对多个插座的控制目录第一章引言 - 2 -1.1 设计背景 - 2 -1.2 总体设计概述 - 2 -1.3 文本结构 - 3 -第二章电源设计方案 - 3 -2.1 各种电源电路介绍 - 3 -2.2 桥式整流电路的设计 - 3 -第三章 控制电路设计方案 - 4 -3.1 MCU的选择与应用 -4 -3.2 继电器的选择 - 5 -3.3 三极管驱动原理 - 5 -3.4 无线传输控制 - 6 -第四章 电路设计的问题及PCB设计要求 -7 -4.1 如何最大限度的降低功耗 - 7 -4.2 元器件的选择与承受功率问题 - 7 -4.3 PCB设计的要求与规则 -7 -4.4 整体电路图 - 9 -4.5 PCB 图： -10 -第五章软件设计 - 11 -5. 1设计概述 - 11 -5.2使用到的MCU资源 -11 -5.3 定时程序 - 11 -5.4主程序及其算法 - 12 -第六章 APP的设计 -16 -6.1 APP的开发概述 -16 -6.2 应用程序 - 16 -6.3 程序库 - 16 -6.4 设计要求 - 16 -第七章整体设计调试、外观设计 - 18 -7.1 整体测试技术指标 - 18 -7.2 外观整体设计 - 18 -结 论 - 19 -参考文献： - 20 -附录B:实物、演示效果图 -21 -智能插座的设计作者1,作者 2,作者 3****1,2，***1，***1摘要:通过APP来控制智能插座、实现插座的通断电、定时、智能化控制；及时自动切 断家用电器的电源解决待机功耗，达到节能的目的；免去插拔的麻烦、降低产生电弧的可能 性、发生火灾的概率；定时智能化控制体现智能家居概念。

采用STM32作为主控芯片，利用 内部定时器资源控制继电器，通过蓝牙与连接实现定时通断控制关键词：节能、安全、智能、定时、蓝牙、STM32第一章 引言1.1 设计背景随着社会的发展，家用电器的使用率越来越高，但是家用电器大 部分时间处于待机状态，造成很大的电能浪费，据统计一个普通家庭 一年待机功耗相当于一个月电费，不是人们的节能意识不高，而是来 回的插拔电源很麻烦；来回的插拔电源会产生电弧、造成插座接触不 良、插孔不牢固、加速老化、严重的话会发生火灾，因线路发生火灾 的情况有很多；如果有一种智能化的插座，通过来控制通断电就 能很好的解决这些问题，与此同时可以定时控制，实现定时一段时间、 从一个时间点到另一个时间点，就可以随意控制用电器工作日期、工 作时间，实现预约定时工作；同时在APP 上实时的显示用电器的 工作状态、及时反馈不明原因造成的断电，智能化的控制进一步方便 了人们的生活，体现了智能家居的概念1.2 总体设计概述控制电路要求功耗尽可能的低、可靠性高、成本低整体设计时 应该考率到产品的体积，PCB面积尽可能的小，使产品小巧，精致 继电器尽可能的选择负载能力大的继电器在设计时是选用蓝牙控 制，还是Wifi联网控制都需要经过慎重的考虑，尽量不使用模块化 的东西。

在设计电源时，直接从 220V 电路取电，这需要将 220V 变成 5V/3.3V，在设计电源时，一般都是经过降压，整流、滤波、稳压； 还有RC降压，还有开关电源等等方案，这几种电源方案各有优缺点， 在设计时应根据需求选择在开发APP是要充分考虑到应具备的功能，在设计APP时要尽可 能的是人机界面友好，界面易于操作，容易上手考虑到软件的兼容 性，还有软件所支持的操作系统，An droid、IOS、Win dows以后需 要开发各种版本，定期的对软件进行维护，升级1.3 文本结构 文本分为五章，第一章引言对整体概述；第二章是对电源的设计 介绍电源设计的重要性；第三章介绍主控电路的设计方案；第四章介 绍整体电路图及PCB设计的可靠性；第五章是对软件程序的设计，介 绍一些满足设计的算法；第六章是对APP的设计，基于安卓版本的初 期版本；第七章是对插座的整体调试、外观设计第二章 电源设计方案2.1 各种电源电路介绍 在设计电源时，直接从 220V 电路取电，这需要将 220V 变成5V/3.3V，在设计电源时，一般都是经过降压，整流、滤波、稳压； 还有RC降压，还有开关电源等等方案，这几种电源方案各有优缺点， 在设计时应根据需求选择。

220V相对于5V电压较高，一定要保证较高的电压通断产生的电 磁不会对控制电路产生干扰，两部分电源要尽可能的距离远，必要时 对芯片加装金属频闭外壳，设计电路板时，处理好各种“地”的问 题2.2 桥式整流电路的设计选择合适的电源方案，从稳定性考虑，可以选择降压、整流、滤 波、稳压方案一定要保证较高的电压通断产生的电磁不会对控制电 路产生干扰，两部分电源要尽可能的距离远，在核心的芯片上加装金 属屏蔽罩，降低电压波动产生的杂乱电磁波对芯片的影响220VACAW! I Is-片“冲 1将桥式整流电路做成模块，采用220V-5V模块作为工作电源，做 成直插式封装、体积小，直接焊接在电路板上就可以使用；这样既保 证了电源的稳定性，又保证PCB的面积、体积尽可能的小，可以极大 限度的利用插座内部的空间第三章 控制电路设计方案3.1 MCU的选择与应用MCU的设计要求CPU的频率要合适，CPU的频率过高会增加功耗， 频率过低满足不了实时性的需求，本设计采用STM32F103CBT6作为控 制芯片STM32是一款基于基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入 式应用专门设计的ARM Cortex-M内核，基于ARMv7架构。

增强型系 列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品；时钟频率 72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗 最低的产品，相当于0.5mA/MHz再者采用LQFP48 封装，具有体积小，10mm*10mm，方便焊接等特 点；这也符合设计是尽可能的减小PCB面积的要求主控芯片电路图：FAd AMJA!L兔□JTdiETCO PKixrrcisTicLK PM EMSt DTIKba■ESC■即XRiTV&AlVDQ L v&3"iV&3：2VTKXAT£； h-l» FILL P1LJ P1L] PTU PT-15K^.Ta^£KE.J."TCPCL-I45CJJ! IK K.L5-O5ZJ2 dhr93.2 继电器的选择采用 HK4100F-DC5V-SHG重量：3.5g 触点形式：1C （SPDT） 触点负载：3 A 250 VAC/30 VDC阻抗：WIOOmQ、额定电流：3A、 电气寿命：$10万回机械寿命：$1000万回继电器控制电路图：3.3 三 极 管驱 动原理继电器采用PNP型三级管驱动：三极管的型号为8550, PNP型三 极管发射区和集电区是P型半导体,基区是N型半导体，它的发射区 多数载流子（空穴）浓度很高,集电区空穴浓度较低,基区做得很薄、而 且多子（自由电子）浓度很低如图所示。

T™ +在外加电压作用下,发射区向基区发射空穴,形成射极电流 IE , 其方向与空穴运动方向相同，即由发射极流入三极管基极电流IB主 要由外电路补充基区复合掉的自由电子形成的,故其方向是由管子流 出基极;集电极电流IC主要由收集的空穴流组成，其方向也是由管子 流出集电极ucafV)u()- -nvu =100x0.015x r—io«BE —— CL 2 + 240=0. 045mA3V(I2)3,■TX(1)RX(2)GND 仃 3)KEY(34)!LED2(32) LED1(31)可见，IE、IB和IC的方向正好与NPN管相反，所示，发射极的箭 头方向指向基极和集电极由图中可以看出，IE、IB和IC规定的正 方向与实际方向相同，而uBE和uBC规定的正方向与实际方向相反, 故uBE和uCE为负值3.4 无线传输控制采用HC-05主从一体蓝牙模块作为无线通信控 制蓝牙 2.0 带 EDR，2Mbps-3Mbps 调制度内置 2.4GHz 天线， 用户无需调试天线；外置 8Mbit FLASH，低电压3.3V工作可选，PIO控制标准HCI 端口 (UART or USB)USB 协议：Full Speed USB1.1, Compliant With 2.0 模 2.4GHz 无线收发射，0 CSR BC04蓝牙芯片技术自适应跳频技术，体积小(27mm X 13mm 2mm)简单的外围设计电路，蓝牙Class 2 功率级别。

第四章 电路设计的问题及PCB设计要求4.1 如何最大限度的降低功耗在设计时，主控电路的设计要求尽可能的简单、可靠、满足设计 需求即可，选择合适的芯片，在驱动继电器时，三极管的选择合适， 从放大倍数、基极电阻、等方面考虑保证驱动的电流输入＞=继电器 动作电流即可还有插座上的指示灯的作用，也会产生功耗，在保证 亮度的同时，尽可能的增大限流电阻，减小工作电流在主芯片不工作时，降低内核的频率，只让内部外设工作，使芯 片进入待机休眠模式，只有在工作时才正常工作，这也是降低功耗的 一个方法PCB设计的性能也将决定整体的功耗，在设计PCB时，元件的布 局要合理，线路走线尽可能的短（要保证电路板的抗干扰能力），布 线的线宽要尽量宽，可以起到降低阻抗的作用4.2 元器件的选择与承受功率问题为了使电路的稳定性高、PCB面积小、主板上所有的芯片都要采 用贴片封装，包括电阻、电容、三级管等；电阻电容统一大部分使用 0402封装，经验证0402封装的可以满足要求，三级管选择S0T23, 尺寸极小，安装使用较方便4.3 PCB设计的要求与规则在设计PCB时在设计PCB时，元件的布局要合理，线路走线尽可 能的短（要保证电路板的抗干扰能力），布线的线宽要尽量宽，可以 起到降低阻抗的作用。

1.距板边距离应大于5mm。