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基于STM32的实验室智能插座设计汇报人：2024-01-27

目录CONTENTS项目背景与需求分析硬件设计软件设计通信协议与数据传输技术实验室应用场景展示总结与展望

01CHAPTER项目背景与需求分析

实验室用电现状及问题用电设备繁多，管理困难实验室中各种仪器设备众多，用电情况复杂，传统的管理方式效率低下，难以满足实际需求。能源浪费严重由于缺乏有效的用电监控和管理手段，实验室中常常存在设备长时间空转、待机等问题，造成大量能源浪费。安全隐患突出不规范的用电行为和设备老化等问题容易导致电气火灾等安全事故的发生，给实验室带来严重的安全隐患。

能够通过手机APP或Web端对插座进行远程控制，实现远程开关、定时开关等功能。远程控制实时监测插座的电压、电流、功率等参数，并将数据上传至服务器进行分析和处理。用电监测根据用电数据，提供用电统计、用电分析、节能建议等功能，帮助用户合理管理用电设备，降低能源浪费。能源管理具备过载保护、短路保护、漏电保护等安全功能，确保实验室用电安全。安全保护智能插座设计目标与功能需求

随着智能家居市场的快速发展，智能插座作为智能家居的重要组成部分，市场需求不断增长。同时，实验室等特殊场景的用电管理需求也日益凸显。市场需求目前市场上已经存在多款智能插座产品，如小米智能插座、欧瑞博智能插座等。这些产品具备一定的远程控制、用电监测等功能，但在实验室等特殊场景的应用方面还存在一定的局限性。因此，针对实验室场景的智能插座设计具有较大的市场潜力和竞争优势。竞品分析市场调研与竞品分析

02CHAPTER硬件设计

高性能72MHz工作频率，1.25DMIPS/MHz性能主控芯片选型STM32F103C8T6低功耗多种低功耗模式，适合电池供电应用易于开发配套STM32CubeMX软件，可快速生成初始化代码丰富的外设接口包括USART、I2C、SPI等，方便与其他设备通信主控芯片选型及特点介绍

电源输入电源转换电源滤波电源保护电源电路设用220V交流电源输入使用AC-DC转换器将交流电转换为直流电采用电容滤波，确保电源稳定性加入保险丝和过压保护电路，确保设备安全

输入输出接口电路设计采用光电隔离输入，提高抗干扰能力使用继电器输出，可控制大电流负载通过LED灯显示插座状态，方便用户识别预留USART接口，方便与上位机通信输入接口输出接口状态指示通信接口

过流过压保护防雷击防静电防火阻燃安全间距安全性考虑及保护措施在电源电路中加入过流过压保护电路，防止设备损坏使用阻燃材料制作外壳，提高设备防火等级在输入接口处加入防雷击防静电电路，提高设备抗干扰能力确保各元器件之间保持足够的安全间距，防止短路等安全隐患

03CHAPTER软件设计

选择FreeRTOS作为嵌入式操作系统，因为它是一款开源、可移植、可裁剪的实时操作系统，适用于各种嵌入式应用场景。FreeRTOS具有任务管理、时间管理、信号量、消息队列等丰富的功能，可以满足智能插座设计的多任务并发、实时响应等需求。FreeRTOS在STM32平台上有良好的支持，有丰富的开发资源和社区支持，便于开发和调试。嵌入式操作系统选择及原因阐述

初始化阶段包括硬件初始化、FreeRTOS系统初始化、任务优先级设置等。任务创建阶段根据智能插座的功能需求，创建相应的任务，如数据采集任务、数据处理任务、通信任务等。中断处理阶段负责处理外部中断事件，如按键输入、定时器溢出等。任务调度阶段由FreeRTOS负责，根据任务的优先级和时间片轮转算法进行任务调度。主程序流程图包括初始化、任务创建、任务调度、中断处理等关键步骤。主程序流程图展示

通过STM32的ADC模块实现电压电流数据采集，使用DMA传输方式提高数据采集效率。数据采集模块数据处理模块通信模块定时控制模块对采集到的电压电流数据进行滤波处理，提取有效信号，并根据设定的阈值进行异常检测。使用STM32的UART或SPI接口与外部设备进行通信，实现远程控制和数据上传功能。利用STM32的定时器功能，实现定时开关插座或定时发送数据等功能。关键功能模块实现方法论述

代码优化方面，可以采用内联函数、查找表、循环展开等方法提高代码执行效率；同时，合理划分函数和模块，提高代码可读性和可维护性。调试技巧方面，可以利用STM32的调试接口和仿真器进行在线调试，观察变量值、执行流程等信息；同时，可以在关键位置添加打印语句或日志记录功能，便于跟踪问题和分析原因。此外，还可以利用版本控制工具对代码进行版本管理，便于回溯和协作开发。代码优化和调试技巧分享

04CHAPTER通信协议与数据传输技术

传输速度快，传输距离远，可接入互联网。功耗较高，需要Wi-Fi路由器或热点作为中继。通信协议选择及其优缺点比较缺点优点

优点低功耗，短距离通信稳定，支持多