安全插座項目規劃書

一、項目概述

本項目旨在設計并開發一款安全插座，通過集成多種安全保護功能，有效預防因電氣故障引發的安全問題，如過載、短路、漏電等，為用戶提供更加可靠的用電環境。

二、技術架構

（一）硬件架構

1. 主控單元
   選用一款高性能、低功耗的微控制器（MCU），如STM32系列。其豐富的外設資源和強大的處理能力，能夠滿足對插座各種狀態的實時監測與控制需求，實現數據處理、邏輯判斷以及與外部設備的通信。
2. 電源模塊
   • AC - DC轉換：采用開關電源芯片，如TNY277PN，將市電220V交流電轉換為穩定的直流電，為MCU及其他電路模塊提供所需的工作電壓，如3.3V、5V等。
   • 電源濾波與穩壓：通過一系列電容、電感和穩壓芯片，如AMS1117，對轉換后的直流電進行濾波和穩壓處理，確保輸出電壓的穩定性，減少電壓波動對其他電路的影響。
3. 檢測模塊
   • 電流檢測：使用電流互感器或霍爾電流傳感器，如ACS712，實時監測插座回路中的電流大小，用于過載保護和漏電檢測。當電流超過設定閾值時，及時通知主控單元采取相應措施。
   • 電壓檢測：采用電阻分壓電路結合ADC采樣，將市電電壓轉換為適合MCU檢測的電壓信號，實時監測市電電壓是否在正常范圍內，以應對過壓或欠壓情況。
   • 漏電檢測：利用零序電流互感器（ZCT），檢測電路中是否存在漏電電流。當檢測到漏電電流超過安全閾值時，迅速觸發漏電保護機制。
4. 控制模塊
   • 繼電器控制：使用繼電器作為電路的開關控制元件，如G5V - 1 - DC5V繼電器。在檢測到異常情況時，主控單元通過控制繼電器切斷電路，實現過載、短路和漏電保護。
   • 指示燈控制：采用不同顏色的LED指示燈，如紅色LED用于指示故障狀態，綠色LED用于表示正常工作狀態。通過主控單元控制LED的亮滅，向用戶直觀展示插座的工作狀態。
5. 通信模塊（可選）
   • Wi - Fi模塊：如ESP8266，實現插座與智能手機或智能家居系統的無線通信。用戶可以通過手機APP遠程監控插座的用電狀態、設置定時開關等功能。
   • 藍牙模塊：選用HC - 05藍牙模塊，可與附近的藍牙設備進行短距離通信，適用于近距離控制和配置插座參數。

（二）軟件架構

1. 操作系統（可選）
   對于較為復雜的功能需求和多任務管理，可選擇輕量級實時操作系統（RTOS），如FreeRTOS。它能夠有效地管理系統資源，實現任務調度、通信和同步，確保各個功能模塊能夠穩定、高效地運行。
2. 驅動層
   編寫針對各個硬件模塊的驅動程序，包括電源管理驅動、電流檢測驅動、電壓檢測驅動、漏電檢測驅動、繼電器驅動、指示燈驅動以及通信模塊驅動等。這些驅動程序負責與硬件底層進行交互，向上層軟件提供統一的接口，使上層軟件能夠方便地調用硬件資源。
3. 應用層
   • 安全檢測與保護邏輯：實現過載、短路、漏電等安全檢測算法，根據檢測模塊獲取的數據進行實時分析和判斷。當檢測到異常情況時，迅速觸發相應的保護機制，如切斷電路、點亮故障指示燈等。
   • 用戶界面（UI）交互邏輯（若有通信模塊）：如果集成了Wi - Fi或藍牙通信模塊，開發與手機APP或其他控制終端的交互邏輯。包括接收用戶指令、向用戶反饋插座狀態信息等功能，實現遠程控制和狀態監測。
   • 數據存儲與管理：對于一些需要記錄的數據，如用電歷史數據、故障記錄等，可使用EEPROM或Flash存儲器進行存儲管理。應用層軟件負責數據的讀寫操作，以便后續查詢和分析。

三、開發工具與技術框架

（一）硬件開發

1. 開發工具
   • 電路設計軟件：使用Altium Designer進行電路原理圖繪制和PCB版圖設計。它提供了豐富的元器件庫和強大的設計功能，方便進行復雜電路的設計與布局。
   • 編程器：對于STM32系列MCU，使用ST - Link編程器進行程序燒錄和調試。它支持在線仿真功能，能夠幫助硬件工程師快速定位和解決硬件電路中的問題。
   • 示波器：選用普源精電DS1000Z系列示波器，用于測量電路中的各種信號，如電壓、電流波形等，以便調試和驗證電路的正確性。
   • 萬用表：用于測量電路中的電阻、電壓、電流等參數，輔助硬件調試和故障排查。
2. 技術框架
   硬件設計遵循電子產品設計規范，依據各芯片的數據手冊進行電路連接和參數配置。注重電磁兼容性（EMC）設計，減少電路中的電磁干擾，提高產品的穩定性和可靠性。

（二）軟件開發

1. 開發工具
   • 集成開發環境（IDE）：使用Keil MDK - ARM作為STM32開發的IDE，它提供了完善的代碼編輯、編譯、調試功能，支持多種調試方式，方便軟件工程師進行軟件開發和調試。
   • 編譯器：采用ARM GCC編譯器，為STM32芯片提供高效的編譯優化，生成性能優良的可執行代碼。
   • 調試工具：借助Keil MDK - ARM的調試功能，結合ST - Link編程器，實現對軟件程序的斷點調試、變量監測、內存查看等功能，幫助軟件工程師快速定位和修復代碼中的問題。
2. 技術框架
   • RTOS框架（若使用）：如果選擇FreeRTOS，按照其官方文檔進行移植和配置。利用FreeRTOS的任務管理、調度和通信機制，將安全檢測、控制邏輯、通信等功能劃分為不同的任務，實現高效的多任務處理。
   • 通信協議棧（若有通信模塊）：對于Wi - Fi模塊（如ESP8266），使用其官方提供的AT指令集進行通信編程；對于藍牙模塊（如HC - 05），遵循藍牙通信協議進行開發。實現與外部設備的可靠通信，確保數據的準確傳輸。

四、參與人員

1. 硬件工程師
   • 職責：負責安全插座硬件電路的設計，包括原理圖繪制、PCB設計、元器件選型與采購。進行硬件調試和測試，解決硬件電路中出現的問題，確保硬件系統穩定可靠運行。與軟件工程師協作，提供硬件接口規范和技術支持。
   • 技能要求：具備扎實的模擬電路、數字電路基礎，熟悉常用電子元器件的特性和應用。熟練掌握電路設計軟件和調試工具，有豐富的硬件設計和調試經驗。
2. 軟件工程師
   • 職責：承擔安全插座軟件程序的開發工作，包括驅動程序編寫、操作系統移植（若使用）、應用層功能開發。與硬件工程師緊密配合，完成軟件與硬件的集成測試。優化軟件性能，提升系統響應速度和穩定性。
   • 技能要求：熟悉C/C++編程語言，掌握MCU開發流程。了解RTOS原理和應用開發，具備通信協議開發經驗，能夠熟練使用相關開發工具進行軟件開發和調試。
3. 測試工程師
   • 職責：制定詳細的測試計劃，對安全插座的硬件和軟件進行全面測試，包括功能測試、性能測試、安全測試、兼容性測試等。使用專業測試工具和方法，記錄并反饋測試過程中發現的問題。協助硬件和軟件工程師定位和解決問題，確保產品質量符合設計要求和相關標準。
   • 技能要求：熟悉各類測試方法和流程，掌握常用測試工具的使用。具備良好的問題分析和解決能力，能夠準確描述問題并提出有效的改進建議。

五、元器件硬件成本

1. 主控芯片（STM32系列）：5 - 10元
2. 開關電源芯片（TNY277PN）：3 - 5元
3. 穩壓芯片（AMS1117）：0.5 - 1元
4. 電流互感器或霍爾電流傳感器（ACS712）：3 - 5元
5. 零序電流互感器（ZCT）：2 - 4元
6. 繼電器（G5V - 1 - DC5V）：2 - 3元
7. LED指示燈（紅、綠）：0.2 - 0.5元
8. Wi - Fi模塊（ESP8266）（可選）：5 - 8元
9. 藍牙模塊（HC - 05）（可選）：3 - 5元
10. 其他電阻、電容、電感等分立元件：約5元

總計：約28.7 - 46.5元（不含外殼等其他非電子元器件成本，且價格會因采購數量、市場波動等因素有所不同）。

以上項目規劃書可根據實際項目需求和具體情況進行調整和完善。