智能插座的设计与实现(附件)【字数：9666】
摘 要插座作为我们日常生活最常用的电器产品之一，因其方便性得到了很好的推广和广泛的使用，但是随着人们用电量的增加，普通插座已经不能满足人们的需求，特别是在一些用电设备不工作和一些充电设备完成充电时，会存在一些安全隐患，这显然不能满足人们对用电安全的要求。因此，设计一款安全的、节约能源的智能插座成为一个迫切需要解决的问题。本文设计了一款以单片机为核心处理器的智能插座，整个系统分为电源转换模块、电能检测模块、定时模块、APP模块和液晶显示等模块。本插座的定时功能可以选择按键定时或APP定时来控制插座的工作时间，电量统计功能可以通过手机端查看插座电能的损耗，电路过载保护功能可以提高用电的安全性，所以本智能插座具有更高的安全性和易用性。测试表明，本系统不仅能够实现预期功能，而且实用性强、安全性高，可广泛应用于各种需要供电的环境。本系统安全实用、体积小、性价比高，具有很好的市场应用前景。
目 录
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究目的和意义 2
1.3.1研究目的 2
1.3.2研究意义 2
1.4全文组织结构 2
第2章 系统总体方案设计 4
2.1系统需求分析 4
2.1.1系统概述和产品特点 4
2.1.2系统功能需求 4
2.2系统总体设计方案 5
2.3系统的器件选型 5
第3章 系统硬件设计 9
3.1智能插座的系统硬件电路设计 9
3.2系统硬件功能模块设计 9
3.2.1 单片机最小系统 10
3.2.2 按键模块电路设计 10
3.2.3 LCD显示电路设计 10
3.2.4 电源转换模块设计 11
3.2.5 蓝牙模块电路设计 11
3.2.6 时钟电路设计 12
3.2.7 复位电路设计 12
3.2.8 电能计量模块设计 13
第4章 系统软件设计 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.1 主程序 14
4.2 LCD显示子程序 15
4.3 计时模块子程序 16
4.4 定时模块子程序 18
4.5 功率统计模块子程序 19
第5章 实物焊接与系统调试 20
5.1 电路的焊接 20
5.2 程序的烧写 20
5.3 系统硬件调试 21
5.3.1 LCD显示模块的调试 21
5.3.2 按键定时模块的调试 22
5.3.3 蓝牙模块的调试 22
5.3.4 APP模块的调试 23
5.4 出现的问题及解决方法 23
第6章 总结与展望 25
6.1 总结 25
6.2 展望 25
参考文献 26
致 谢 27
第1章 绪论
1.1研究背景
随着人们生活水平的提高，以及对生活用品安全性的提高，普通插座存在容易失火、耗电过多的问题越来越引起人们的关注，人们开始普遍需求一种安全、便捷、节省能源的插座。在此背景下，人们的视线逐渐转向了对智能插座的研究。由于近几年无线技术的成熟和发展，智能产品的价格越来越亲民，使智能插座的发展突飞猛进。智能插座在插座原有的功能基础上创新研发出智能功能，满足了当前人们的需求，具有大众化的趋势。因此智能插座的发展具备很大的潜力，并且已经成为一个研究热点。
本设计实现了一种具有多种功能的智能插座。该插座可以使用按键定时，也可以通过手机定时，同时能够实现电路的过载保护功能，电量统计功能给用户电量的使用情况提供了参考。该智能插座具有较高的实用性和安全性，具有很好的推广性。
1.2国内外研究现状
智能插座作为物联网的基础应用，是物联网发展的产物。大数据时代下云计算、物联网等新兴技术的崛起，伴随着科技信息技术的迅速发展，智能插座的应用越来越频繁的得到人们的关注。智能插座是通过一系列网络技术、传感技术、单片机的应用，将传统插座与当今科学技术的完美融合，从而使家庭生活质量得到改善，打造出舒适、安全、环保节能的生活环境[2]。从全球总体行业发展趋势来看，智能插座因其造价成本低、易实现、安全便捷、节约能源。符合当前国外人们安全、绿色的生活理念，并且保持着稳定的增长率，显现出智能插座在国外巨大的需求和发展潜力[3]。
2013年，随着国内智能插座的首次推出，它让消费者无需重新布线也无需重新购置家电设备的情况下，就能以低成本体验远程控制的乐趣，广受消费者的亲睐，智能插座的市场突然爆发式增长。电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的电气附件，它与人们生活有着十分密切的关系，近几年随着无线通信技术，如WiFi、zigbee、蓝牙、RFID等的快速发展和成功应用，智能插座已经逐步走入人们的日常生活中，并且掀起了人们对智能插座的探索与研究[4]。李宏年提出的一种手机遥控的智能插座设计实现了通过手机就可向智能插座下达控制指令，来控制各用电设备的开关状态、使用时长等[5]；李相敏提出的基于单片机的智能蓝牙插座的设计是一种以手机蓝牙为基础的智能蓝牙插座，根据安卓的智能手机来操控，用手机APP来编写程序然后通过蓝牙来控制插座电源、定时、显示等开关[6]；杨蓓莹等人提出的利用 AVR 单片机、ZMCT103B/C 电流互感器、OLED 显示屏设计并实现的一个可实时测量用电器电流及功率的智能插座给我们提供了一种方便的可检测电能的方法，但因以上三人的作品未能实现电路过载保护的功能，所以仍然有可以提升的空间[7]；于树科等人提出的基于STM32F107的能耗管控型物联网WiFi插座的设计能够很好的实现无线控制以及电路过载保护等功能，但它缺少定时功能，仍然会造成电能不必要的浪费[8]；郭春育等人提出的的具有无线数据通信功能的智能插座及其实现方法能够利用红外线遥控器以及手机短信的方式实现控制，在运用过程中能够实现安全保护功能，并且可以用按键实现定时功能[9]；刘诗涵等人提出的基于蓝牙技术的智能插座设计，实现了智能插座的电能计量、过载保护、通过蓝牙进行定时的功能，但根据实际生活的需求，通过蓝牙进行定时和通过按键定时的方式显得过于单一，不满足人们对于智能插座定时功能的多样化需求，因此这两个智能插座的设计仍有进一步优化的必要[10]。
目 录
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究目的和意义 2
1.3.1研究目的 2
1.3.2研究意义 2
1.4全文组织结构 2
第2章 系统总体方案设计 4
2.1系统需求分析 4
2.1.1系统概述和产品特点 4
2.1.2系统功能需求 4
2.2系统总体设计方案 5
2.3系统的器件选型 5
第3章 系统硬件设计 9
3.1智能插座的系统硬件电路设计 9
3.2系统硬件功能模块设计 9
3.2.1 单片机最小系统 10
3.2.2 按键模块电路设计 10
3.2.3 LCD显示电路设计 10
3.2.4 电源转换模块设计 11
3.2.5 蓝牙模块电路设计 11
3.2.6 时钟电路设计 12
3.2.7 复位电路设计 12
3.2.8 电能计量模块设计 13
第4章 系统软件设计 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.1 主程序 14
4.2 LCD显示子程序 15
4.3 计时模块子程序 16
4.4 定时模块子程序 18
4.5 功率统计模块子程序 19
第5章 实物焊接与系统调试 20
5.1 电路的焊接 20
5.2 程序的烧写 20
5.3 系统硬件调试 21
5.3.1 LCD显示模块的调试 21
5.3.2 按键定时模块的调试 22
5.3.3 蓝牙模块的调试 22
5.3.4 APP模块的调试 23
5.4 出现的问题及解决方法 23
第6章 总结与展望 25
6.1 总结 25
6.2 展望 25
参考文献 26
致 谢 27
第1章 绪论
1.1研究背景
随着人们生活水平的提高，以及对生活用品安全性的提高，普通插座存在容易失火、耗电过多的问题越来越引起人们的关注，人们开始普遍需求一种安全、便捷、节省能源的插座。在此背景下，人们的视线逐渐转向了对智能插座的研究。由于近几年无线技术的成熟和发展，智能产品的价格越来越亲民，使智能插座的发展突飞猛进。智能插座在插座原有的功能基础上创新研发出智能功能，满足了当前人们的需求，具有大众化的趋势。因此智能插座的发展具备很大的潜力，并且已经成为一个研究热点。
本设计实现了一种具有多种功能的智能插座。该插座可以使用按键定时，也可以通过手机定时，同时能够实现电路的过载保护功能，电量统计功能给用户电量的使用情况提供了参考。该智能插座具有较高的实用性和安全性，具有很好的推广性。
1.2国内外研究现状
智能插座作为物联网的基础应用，是物联网发展的产物。大数据时代下云计算、物联网等新兴技术的崛起，伴随着科技信息技术的迅速发展，智能插座的应用越来越频繁的得到人们的关注。智能插座是通过一系列网络技术、传感技术、单片机的应用，将传统插座与当今科学技术的完美融合，从而使家庭生活质量得到改善，打造出舒适、安全、环保节能的生活环境[2]。从全球总体行业发展趋势来看，智能插座因其造价成本低、易实现、安全便捷、节约能源。符合当前国外人们安全、绿色的生活理念，并且保持着稳定的增长率，显现出智能插座在国外巨大的需求和发展潜力[3]。
2013年，随着国内智能插座的首次推出，它让消费者无需重新布线也无需重新购置家电设备的情况下，就能以低成本体验远程控制的乐趣，广受消费者的亲睐，智能插座的市场突然爆发式增长。电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的电气附件，它与人们生活有着十分密切的关系，近几年随着无线通信技术，如WiFi、zigbee、蓝牙、RFID等的快速发展和成功应用，智能插座已经逐步走入人们的日常生活中，并且掀起了人们对智能插座的探索与研究[4]。李宏年提出的一种手机遥控的智能插座设计实现了通过手机就可向智能插座下达控制指令，来控制各用电设备的开关状态、使用时长等[5]；李相敏提出的基于单片机的智能蓝牙插座的设计是一种以手机蓝牙为基础的智能蓝牙插座，根据安卓的智能手机来操控，用手机APP来编写程序然后通过蓝牙来控制插座电源、定时、显示等开关[6]；杨蓓莹等人提出的利用 AVR 单片机、ZMCT103B/C 电流互感器、OLED 显示屏设计并实现的一个可实时测量用电器电流及功率的智能插座给我们提供了一种方便的可检测电能的方法，但因以上三人的作品未能实现电路过载保护的功能，所以仍然有可以提升的空间[7]；于树科等人提出的基于STM32F107的能耗管控型物联网WiFi插座的设计能够很好的实现无线控制以及电路过载保护等功能，但它缺少定时功能，仍然会造成电能不必要的浪费[8]；郭春育等人提出的的具有无线数据通信功能的智能插座及其实现方法能够利用红外线遥控器以及手机短信的方式实现控制，在运用过程中能够实现安全保护功能，并且可以用按键实现定时功能[9]；刘诗涵等人提出的基于蓝牙技术的智能插座设计，实现了智能插座的电能计量、过载保护、通过蓝牙进行定时的功能，但根据实际生活的需求，通过蓝牙进行定时和通过按键定时的方式显得过于单一，不满足人们对于智能插座定时功能的多样化需求，因此这两个智能插座的设计仍有进一步优化的必要[10]。
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