基于STM32设计的4G智能插座详解及常见疑问解答

 操作视频：基于STM32设计的4G智能插座一_哔哩哔哩_bilibili

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1 硬件详解

1.1 STM32最小系统板

芯片型号是STM32F103C8T6，下面这个文章对这个板子介绍比较详细，有兴趣可以学习一下；

基于STM32的最小系统电路设计（STM32F103C8T6为例）_stm32微控制器和最小系统电路-优快云博客

1.2 BL0942采集电路

 采样是电阻直接采样的方式，通过串电阻分压采集交流电压，通过合金电阻差分采样采集电流；然后芯片内部计算得出功率及用电量等值；采样的详细介绍可以参考这个文章：HLW8032交流电参数模块采样原理讲解-优快云博客

 这里比较容易不理解的地方就是BL0942的芯片GND是直接接到交流线的其中一根线的，也就是BL0942的GND直接接交流电了，这不会弄坏芯片或者导致接串口是把GND接到电脑上损坏吗？

第一点：BL0942会不会被烧坏？不会；因为GND是一个参考电平说法，如果我把220V当做另一个电源的零点，那225V可能就是这个电源的5V。还有就是测量ADC也是需要参考地才能测量准确的。

第二点：这个交流电的“GND”会不会烧坏外接电脑？不会，主要靠实物图中红色框的那个黑疙瘩，这个叫直流隔离电源，作用是把输入的3.3V电源完全隔离开成不需要共地的另一个3.3V电源；也就是说BL0942芯片的GND和STM32的GND不是直接相连的。

1.3 继电器驱动电路

这是一个比较常规的低电平驱动继电器电路，KA_IO直接接STM32的引脚；当KA_IO引脚为低电平时，U2（光耦开关 ）内部灯点亮，所以U2的3和4引脚导通；然后U17（S8550三极管）基极就被拉低为低电平，U17的发射机和集电极导通，此时继电器的线圈两端就是+5V和GND，线圈通电，继电器闭合，从而继电器的2和5引脚导通。

原理图中D2是一个续流二极管，就是在继电器线圈断电的时候，线圈两端会产生一个自感电动势，这个自感电势会造成破坏，而在继电器线圈两端反向并联一个二极管，为自感电动势提供一个放电电流回路（续流），进而起到保护作用。

1.4 蜂鸣器电路

 这个电路比较简单，用的蜂鸣器是有源蜂鸣器，就是通电就会响。主要是使用U20（S8550三极管）作为一个开关；R37是一个上拉电阻，保持电路稳定；R25是一个限流电阻，保护蜂鸣器的。

1.5 4G模块

4G模块用的是银尔达的D100P模块（屏蔽盖印的是Y100E），为了方便用的是DTU的固件，好处不需要STM32进行复杂的AT指令配置，直接在银尔达后台配置好参数，4G模块上电后自动进行配置，STM32只需要串口收发数据就可以了。缺点就是STM32无法获知4G模块的状态，不过可以通过观察4G模块的指示灯来分析4G模块的状态：

2 软件介绍

2.1 阿里云平台

阿里云物联网平台其实只是作为一个公网载体，负责转发两个设备之间数据转发的功能。当然物联网平台还有其他很多的功能，有兴趣的可以仔细研究一下。物联网平台设置比较繁琐，不过只要按照视频流程一步一步设置基本没有任何问题的；只要细心一点，标识符或者复制MQTT参数别出错。

在解析器只用了两个解析器，一个是负责把STM32上报的数据转发给手机端，另一个是负责把手机端的控制数据转发给STM32；还支持其他功能的解析器，例如设备上下线的消息也可以进行转发，不过因为4G模块如果直接断电断线，阿里云平台一般是轮询2分钟没有上报数据才判断设备断线的。

2.2 微信小程序

博主本人对小程序代码不熟悉，代码也是通过百度下载一个例程来修改的；所以小程序界面丑到爆，如果有朋友熟悉小程序代码可以优化一下，不介意的话可以发给我替换一下。

小程序上注意的点：

微信开发者工具上的这个AppId必须要是自己的，不然编译或者真机调试的时候都用不了。

 如果编译的时候报域名的错误，就检查一下项目配置里面有没有把域名添加到合法域名里面：

还有就是别复制错了阿里云的设备三元组数据：

2.3  STM32代码

 因为4G模块采用的是DTU固件了，所以STM32的代码比较简单，用了三个串口，

串口1是调试用的，代码里面的“printf”都是从串口1输出，调试的时候可以直观知道代码状态；

串口2用来接4G模块，如果想上报数据到云平台，就直接往串口2发送对应格式的字符串就可以了；当然串口2收到的数据就是云平台下发的数据，从里面解析出控制继电器的字段然后就可以了；

串口3是用来接BL0942数据的，对于BL0942的数据解析可以参考这个文章：BL0942电参数采集模块操作说明及疑问解答-优快云博客

 如果代码想实现大功率设备自动断电可以参考下面代码；如果想判断大电流，可以在165行插入判断C1的值。

3 常见疑问解答

3.1硬件类

3.1.1 BL0942的GND和交流的零线连在一起有危险吗

 BL0942的GND和交流的零线相连是为了提供一个参考地，不然无法准确测量电压和电流；当然也不会对BL0942芯片产生影响，对于BL0942而言，交流的零线是一个地线。

那这个交流零线的GND会不会对STM32造成影响？

不会，因为做了隔离；如下图，U18是一个直流3.3V的隔离电源，右侧是STM32用的GND，左侧是BL0942用的GND，这两个GND是没有连通的，所以这个交流零线的GND和STM32的GND并没有影响。

3.1.2PCB设计类问题

• 电流采样电阻的差分走线

 这种走线也叫开尔文接法，目的是为了提高测量精度；电阻两端挖的过孔是为了后面加锡方便，因为走线是从背面走线过来的，到测量电阻这里转了正面，挖孔是为了保证能正常通过大电流。

• 为什么BL0942用的GND不直接从采样电阻取，而是从接入端子取

这个也是为了防止GND的干扰导致电流测量精度误差大，因为采样电阻测量的电压非常小； 一般十几毫伏，所以为了防止干扰，单独从接入端子走一根GND过去给BL0942。

• 走线开窗（没有阻焊层）有什么作用

 开窗是为了后面加锡方便，为什么要加锡呢，不是有走线了吗？PCB电路板的铜是有厚度的，一般是1OZ，大概是35um的厚度；所以如果通过大电流就会容易发热烧断，所以需要自己加厚走线焊锡，增大走线。

• 这里挖槽有什么作用

 挖槽的目的是电气隔离，PCB板开槽能用来防止爬电距离不够、PCB板受潮后漏电流加大。PCB开槽后，短距离采用直接空气隔离，电气间隙，其耐压将得到一定的保证

3.2软件类