论文总字数：18039字

目 录

1引言 1

1.1技术应用 2

1.2智能接口 2

1.3 本文主要内容 3

2系统设计 5

3硬件设计 5

3.1 主控模块 5

3.1.1启动电路 6

3.1.2JTAG接口电路 7

3.2电源模块 7

3.3监测模块 8

3.3.1数据采集 8

3.3.2数据的AD转换 9

3.4显示模块 9

3.5短信模块 11

3.6继电保护模块 12

3.6.1继电保护电路设计 12

3.6.2电路器件介绍 12

4软件设计 13

4.1主程序设计 13

4.2子程序设计 14

4.2.1显示模块的设置 14

4.2.2AD转换模块的设置 14

4.2.3短信模块工作流程介绍 15

5功能调试 17

5.1实时监测 17

5.2继电保护和短信报警功能 18

5.3短信通信功能 20

5.3.1短信模块初始化 20

5.3.2短信远程控制功能 21

6总结 22

参考文献 23

致谢 24

基于ARM的智能插座控制系统

姚 瑱

, China

Abstract：Smart home is one of the important achievements in the rapid development of Internet of things technology. With the emergence of low cost and high efficiency sensor, Intelligent hardware is endless which could meet the needs of a variety of smart home functions. Realizing intelligent of socket, as the most basic equipment in the family, is the first step to realize intelligent household. An intelligent socket control system based on STM32 chip is designed in this paper. As an embedded device, the system can monitor the current, voltage and power of the electrical equipment of the socket in real time. The system will automatically cut off and send a message to the user if the outlet load power exceeds the set maximum power value. Users can also send message to implement the intelligent of the socket by remote controlling circuit disconnection and connection. At the same time, the system also has the adoptive protection function. The designed system has some features such as low power consumption, stable performance characteristics and practical value in terms of household security and intelligence.

Keywords: STM32; intelligent electrical outlet; real-time monitoring; adoptive protection; SMS control

1引言

智能家居，这是一个近几年来在国内比较热门的词汇。伴随着各种传感器技术的发展，如今的智能家居行业可以说正在蓬勃发展，市面上的智能家居类产品是越来越多，如扫地机器人，智能插座等等。那么什么是智能家居呢，它到底可以实现什么功能呢。试想一下，未来我们将会住进这样的一幢房子，一幢配备有可以用智能手机或电脑远程控制的照明、加热或各种电器的房子被称为智能家居。你可以通过互联网联系你的家在你到家时来保证晚餐做好了，中央供暖系统已经开启，窗帘已经拉起来了，壁炉里的火已经燃烧起来了^[1]。

其实智能家居并不是一个新鲜事物，在国外，智能家居在很早以前就开始发展了。智能家居这个词汇第一次被正式使用是在1984年。当时美国房屋协会的建筑师们创建了一个兴趣小组叫“智能房子”，其目的是使必要的技术被包含在新设计的房屋中。考虑到20世纪发生的大规模的技术进步，这是一个非常自然的进程。在20世纪90年代早期，他们主要推荐家用真空吸尘器和缝纫机。这种情况的发生主要是由于劳动力短缺，然而在接下来的几年里，技术像野火一般迅速传播，它们开始在家庭中普及。Aldrichin写道，1940年，英国的以电力作为主要能源的家庭达到了65%^[2]。

二战后，厨房电器（如电饭锅，冰箱等）通过电视简介迅速普及。这导致了对电力的大幅度依赖，也拉动了消费的增长。事实上，在六、七十年代，小的电子设备在家中普及，同时这些设备也在家庭中由奢侈品变为必需品。

80年代和90年代人们见证了电子商品如电视机、录像机、播放器、无线移动电话等商品的繁荣。这也是一个出现家庭个人计算机（PC）和出售给群众的时期。不久后，这些电脑被连入英特网，因此给使用者带来了无限的可能。

在过去的几十年里，一个智能家庭的概念在互联网的扩散使一个房子充满互联设备的想法开始形成。家庭自动化预计在未来几年内大幅上升，2017年的时候大约达到9000万户。然而，真正的突破将发生在机器将开始与彼此使用开放的协议进行无缝通信。这个里程碑是非常重要的，2012年是被许多人看作是机器对机器（M2M）通信的一年。也有人估计，连接的设备的数量将从2010年的10亿上升到2020年的500亿。这将确保便宜的小设备可以使用如无线电通信这样的技术互相通信。它也会引起一个网状的自组装网络。他们会意识到自己的方位有全球定位系统的能力。因此，想象如果街道照明拥有这些功能，也许他们可以在没有人操控的情况下关掉，从而节省电力。万一出现故障，它们可以直接报告，从而省去了让工人们检查它们的麻烦。可能性几乎是无止境的。

除了为我们提供一个足够智能，以适应我们的需要的这样的新的水平的商业化设备，也有另一个重要的用途，就是驱使家庭自动化到新的水平。这是利用技术手段来延长老人和生病的人呆在家里的时间，让他们在一个安全的自动化环境中生活的概念，通常被称为环境辅助生活（AAL）。通过各种手段，如可编程的洗衣机，电饭煲等家电能够调整前以使用户感到舒适。为了保证老年人或病人的健康状况，当用户处于困境时，设备就会有紧急情况信号^[3]。

现在的智能家庭的状况远非理想，但随着时间的推移，我们看到了现代科技的快速进步。如果我们想让它成为现实，就有相当多需要考虑的难题。其中之一是传感器系统中的可靠性和有效性问题。另一个重要因素是标准化的信息和通信系统。

1.1技术应用

为了构建这样的一个系统,需要各种形式的网络使设备相互通信以及用户与这些设备通信。这些网络可以分为三个不同的组:

1、设备使用标准的技术互联,如Bluetooth1 Firewire2,USB3等等。有线网络,如USB和火线在家庭自动化中越来越少见是因为人们更喜欢无线网络。

2、专门的控制和自动化网络,包括各种类型的网络如X104,BACnet 5、EHS 6,无线局域网等等。

3、设备能够访问网络数据如以太网,wi-fi等。这些网络是非常常见,便宜和快速。他们可以是有线的也可以是无线的。特别是wi-fi因为它是灵活的,可扩展的,可以访问大多数移动设备,因此变得非常受欢迎。但它有一个明显的缺点是它往往是慢于有线网络^[4]。

除了网络以外,我们还需要设备通过这些网络进行通信。这些可以是控制器、执行器或传感器。控制器是用来处理信息和决定要采取行动(如果有的话)。它们要么是基于硬件或软件。可编程控制器在家用电脑上有很多优势,因为它们不容易崩溃或受到安全漏洞的威胁从而使它们更可靠。执行机构的设备在这样的环境下行动并且修改它。它的范围可以从复杂的机器如机器人手臂到简单的电灯开关。传感器是那些从环境中收集信息的设备如麦克风、摄像头,温度计,等等。这些传感器可以监测一系列条件并且做出响应,将消息发送给执行器，然后执行器将立即采取行动。一个例子是一个温度传感器,将消息发送给空调，空调会相应地修改温度。这些传感器不一定需要被放置在空调附近，但它们会处于房间里的关键位置,然后使用无线技术将信息发送给空调。控制这些设备的架构是基于一个集中控制器或围绕多个相互独立的智能设备。

1.2智能接口

家庭自动化系统最基本的一个功能性方面是用户与系统交互的方式。如今最常见的,是一个基于互联网的在手机或平板电脑应用程序^[5]。当一个人有多个设备,设计一个用户界面并不容易,因为通常的做法是为每个设备创建一个单独的控制器。尽管这可能是实现它最复杂的方式,并且它将创造相当多的限制。其中的一个限制是缺乏在触摸一个按钮设置一个特定的环境的能力，因为所有不同的设备需要单独设置。这些设备大部分也缺乏互联网连接从而通过网络很难控制他们。

通常来说一个集成控制的解决方案是更好的,但它也不可避免地限制了用户特定品牌的产品。统一的控制协议为有不同的设备用户提供访问每台独立设备所有的权限以及不同模式的设置。通常它们是被集成控制器或通过一个web界面控制^[6]。这些模式设置可以根据情况或特殊的场合同时使各种设备设置成特定模式。此外,应用程序的一个部分可以设计在某种程度上控制房子中的一个特定的房间或区域所有的设备。每个房间的温度信息也可以和通过安装的摄像头传输的现场监控一起存储在这个应用程序。这个应用程序还可以记录所有连接设备上的有关发生在一个特定的时间的事件和活动的日志。这种类型的接口的一个优点是只要有电脑和互联网连接它可以从任何地方控制。

当远程控制这些设备时,不同的手机能够访问相同的系统是至关重要的,因为一幢房子通常不止一位住户。显然,不同的人住在这个房子里可能有不同的访问级别。这意味着每个人都可以访问自己的房间但不一定可以访问其他人的。这是一种非常实用的方法,但我们仍然可以通过引入一个智能系统更进一步。

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