雍圣任

摘 要：文章基于GPRS技術(shù)，使手機(jī)App通過無線網(wǎng)絡(luò)控制室內(nèi)電路的斷與開，達(dá)到節(jié)電的目的。采用以ARM架構(gòu)的STM32F1系列單片機(jī)為主控制器，結(jié)合了電流檢測、聲光報(bào)警、WiFi數(shù)據(jù)傳輸、DS1302實(shí)時時鐘、SD卡數(shù)據(jù)讀寫、語音播報(bào)、室內(nèi)人數(shù)計(jì)數(shù)等功能。利用室內(nèi)人數(shù)計(jì)數(shù)模塊，在檢測到室內(nèi)無人時自動斷電。同時，手機(jī)App可遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)電流的變化，防止電功率過大而引起火災(zāi)。該設(shè)計(jì)能夠減少因?yàn)殡娐冯娏鬟^大而發(fā)生火災(zāi)的頻率，同時能夠減少電能的浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：GPRS;Stm32;ARM構(gòu)架;WiFi數(shù)據(jù)傳輸

0 ? 引言

現(xiàn)階段，人們的生活越來越智能化，對電的需求量也越來越高，同時浪費(fèi)電的現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重，而大功率電器的使用，電路中電流過大引起的火災(zāi)發(fā)生率也逐漸增加。設(shè)計(jì)一種能根據(jù)人體活動情況自動使相應(yīng)電器斷電，并且可以遠(yuǎn)程控制的裝置將具有重要意義[1]。該裝置的功能表現(xiàn)在室內(nèi)電路電流的檢測，人走電斷，定時斷電，電路的通斷可人為遠(yuǎn)程控制，還具有語音提醒功能。當(dāng)電流過大時，能夠進(jìn)行語音報(bào)警，輔以聲光報(bào)警，還能通過手機(jī)提醒。斷電之前，語音提醒室內(nèi)成員離開前該做好準(zhǔn)備工作，使裝置更加人性化。

1 ? 技術(shù)路線

本文通過技術(shù)路線對項(xiàng)目進(jìn)行研究，采用科學(xué)的安排對遠(yuǎn)程控電裝置進(jìn)行研發(fā)。在前期準(zhǔn)備階段查閱相關(guān)資料，分析理解各項(xiàng)技術(shù)，分析項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)，得到初步設(shè)計(jì)方案;項(xiàng)目中期則設(shè)計(jì)裝置的電路原理圖，計(jì)算選擇相關(guān)的元器件，進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)，構(gòu)建相應(yīng)的程序框架;最后對各模塊進(jìn)行制作、調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)及測試[2]。

2 ? 系統(tǒng)整體與方案設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)基于GPRS技術(shù)使手機(jī)App通過無線網(wǎng)絡(luò)控制室內(nèi)電路的斷與開，以達(dá)到節(jié)電的目的。采用以ARM架構(gòu)的STM32F1系列單片機(jī)為主控制器，結(jié)合了電流檢測、聲光報(bào)警、WiFi數(shù)據(jù)傳輸、DS1302實(shí)時時鐘、SD卡數(shù)據(jù)讀寫、語音播報(bào)、室內(nèi)人數(shù)計(jì)數(shù)等功能[3]。

本裝置由太陽能發(fā)電模塊供能，經(jīng)過穩(wěn)壓模塊后對內(nèi)置電池進(jìn)行充電，再由電池對單片機(jī)、傳感器和GPRS通信模塊供電。當(dāng)電流檢測模塊檢測到電路中電流超過設(shè)定值時，向單片機(jī)發(fā)送報(bào)警信號，單片機(jī)將信號進(jìn)行處理，觸發(fā)聲光報(bào)警器并斷開電路，并通過語音播報(bào)模塊對室內(nèi)人員進(jìn)行語音提示，通過WiFi模塊傳送至手機(jī)App進(jìn)行顯示。用戶也可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制電路的開關(guān)，防止人不在時發(fā)生火災(zāi);使用人數(shù)檢測模塊對室內(nèi)人數(shù)進(jìn)行實(shí)時計(jì)數(shù)，做到人走斷電，保證用電安全。

3 ? 模塊電路設(shè)計(jì)

3.1 ?DS1302時鐘模塊

采用DS1302時鐘芯片實(shí)現(xiàn)時鐘。DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年進(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高，工作電壓2.5V～5.5 V，2.5 V時耗電小于300 nA。DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。若采用單片機(jī)計(jì)時，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片DS1302，則能很好地解決這個問題。

3.2 ?人數(shù)計(jì)數(shù)模塊

工作原理：兩對光電檢測裝置安裝在進(jìn)出通道上。其中一邊，光源A（發(fā)送器）和光敏電阻LDR1（接收器）安裝在通道進(jìn)口處;另一邊，光源B（發(fā)送器）和光敏電阻LDR2（接收器）則安裝在通道出口處。光源的兩束光線要保持照射在接收器的光敏電阻上，光束要求準(zhǔn)確定向。

3.3 ?聲光報(bào)警工作原理

當(dāng)聲信號和光信號同時作用時，聲信號通過MIC經(jīng)瓷片電容104濾波后，再經(jīng)三極管9014放大，從而使CD4011的2腳輸入1（高電平）;而光信號則使光敏電阻的阻值減小，進(jìn)而使電阻R3分得的電壓升高，則1腳也輸入1（高電平），由CD4011真值表得：3腳輸出1（高電平）。3腳的輸出為5腳和6腳的輸入，即5腳和6腳均輸入1（高電平），由真值表可得4腳輸出1（高電平）。4腳輸出1（高電平）后，二極管IN4007導(dǎo)通，使8腳和9腳輸入1（高電平），再由真值表得，10腳輸出1（高電平），即12腳和13腳輸入1（高電平），最后查真值表得11腳輸出1（高電平），從而使BELL發(fā)出報(bào)警信號，聲光報(bào)警模塊電路如圖1所示。

3.4 ?電流檢測模塊

電流互感器由一次線圈、二次線圈、鐵心、絕緣支撐及出線端子等組成。電流互感器的鐵心由硅鋼片疊制而成，其一次線圈與主電路串聯(lián)，且通過被測電流I1，它在鐵心內(nèi)產(chǎn)生交變磁通，使二次線圈感應(yīng)出相應(yīng)的二次電流I2。如將勵磁損耗忽略不計(jì)，則I1n1=I2n2，其中n1和n2分別為一、二次線圈的匝數(shù)。電流互感器的變流比K=I1/I2=n2/n1。由于電流互感器的一次線圈連接在主電路中，所以一次線圈對地必須采取與一次線路電壓相適應(yīng)的絕緣材料，以確保二次回路與人身的安全。

電流互感器依據(jù)電磁感應(yīng)原理，它的一次繞組經(jīng)常有線路的全部電流流過，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。

4 ? 結(jié)語

本文基于GPRS技術(shù)使手機(jī)App通過無線網(wǎng)絡(luò)控制室內(nèi)電路的斷與開，以達(dá)到節(jié)電的目的。采用以ARM架構(gòu)的STM32F1系列單片機(jī)為主控制器，結(jié)合了電流檢測、聲光報(bào)警、WiFi數(shù)據(jù)傳輸、DS1302實(shí)時時鐘、SD卡數(shù)據(jù)讀寫、語音播報(bào)、室內(nèi)人數(shù)計(jì)數(shù)等功能，將電流檢測模塊所檢測的電流大小等信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞至手機(jī)，在電路電流過大時進(jìn)行報(bào)警，同時選擇是否切斷正在待機(jī)的設(shè)備的電源。利用DS1302時鐘模塊，實(shí)現(xiàn)在特定時間點(diǎn)切斷電源的功能。此外，在斷電之前進(jìn)行語音播報(bào)，提醒室內(nèi)人員即將斷電，以及離開前該做的一系列事情;利用室內(nèi)人數(shù)計(jì)數(shù)模塊，在檢測到室內(nèi)無人時自動斷電。本設(shè)計(jì)能夠減少因?yàn)殡娐冯娏鬟^大而造成火災(zāi)的發(fā)生率，同時能夠減少用電的浪費(fèi)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾嶸娟.GPRS/GPS下電動汽車動力電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].通訊世界，2020（1）：75-76.

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[3]蔣林華，柯育華.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].物流技術(shù)，2020（7）：149-153.

（編輯 王雪芬）