基于STM32F103的智能安全插座

張鑫 仲晨陽 楊奕

摘 要 設計了基于STM32F103的智能安全插座，介紹在普通插座的基礎上加上STM32F103主控的電流、電壓、功率因數及有功功率的監測裝置。通過單片機讀取CS5463芯片測量的負載工作時的電能參數，利用主控模塊的程序算法，顯示出用電器的種類、電能參數及工作狀態，同時計量用電器工作時間，當用電器工作時間和電能參數異常時，控制繼電器斷開電路。

關鍵詞 CS5463 電能參數 繼電器

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A

0引言

據消防部門統計，近年來全國因電器原因的火災事故達4萬多起，平均每13分鐘就會發生一次電氣火災，而插座問題是引起火災的主要原因之一。然而傳統的插線板還存在結構模式單一，智能化水平低，安全性能低的等問題。針對以上問題，本文設計了一種基于STM32F103的智能安全插座。當有用電器工作時，CS5463檢測用電器的電流、電壓、有功功率和功率因數的數據，STM32F103單片機采集數據，并將采集到的數據轉換為特定參量，再通過這些參量來識別電器種類，接著將用電器種類和功率顯示在LCD顯示屏上并設置斷電時間，同時實時監測插座供電情況，智能保護用電器以及插座本身安全。

1系統方案設計

本設計是以STM32F103為微控制器，實時讀取CS5463芯片采集的電壓、電流、功率、功率因數等各項數據，并通過LCD顯示器將各項數據顯示出來，直觀的了解用電的各項指標。當出現電路短路或電路出現異常時，通過單片機發出一個低電平信號控制繼電器斷開，達到安全用電的效果。系統框圖如下圖1：

2硬件方案設計

本系統中CS5463多功能電能計量芯片計量負載的信號數據。CS5463 芯片是一個包含兩個 模-數轉換器（ADC）、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的 模-數轉換器。它可以精確測量和計算電流、電壓、瞬時功率、功率因數等。電流互感器采用CT118F，該電流互感器具有1000：1的變比，且線性度為0.2%，測量精度高。電壓互感器采用ZMPT101B，該電壓互感器變比通過兩端電阻值的比值的不同，實現不同變比，且輸入端與輸出端可互換，降低實驗中的誤差幾率。繼電器則通過單片機I/O口發出的高低信號控制用電器的開關。

3軟件功能設計

本作品的軟件設計是以STM32F103單片機來作為CPU控制器來完成的。系統上電后，首先對各設備（單片機、顯示屏、cs5463等）進行初始化，然后進入等待狀態，掃描是否接收到CS5463芯片的電流標志信號。當單片機接收到信號后，檢測其電流大小，判斷是否需要進行安全處理（過流斷電）。若電流參數正常，則采集用電器功率因數、溫度等到單片機寄存器。通過CPU對其進行數據處理，對比單片機內的數據庫對用電器進行分類，并把其種類和數據顯示在LCD顯示屏上。對于某些高危用電器，單片機內對其設置了定時斷電保護，當單片機定時器達到預定時間后，會發出信號使CS5463自動斷電，以防產生意外事故。軟件流程圖如下圖2所示：

4結束語

本設計完成了家用電能參數測量，實現了對家用電器的電能參數的檢測，且本設計在不處理數據時，單片機處于待機狀態，只有CS5463處于電能檢測狀態，能耗相對較低，且具有測量范圍寬、穩定性好、精度高等優點。

基金項目：重慶理工大學學生創新創業。

參考文獻

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