智能插座：基于 Arduino 与 RTC 的 120V 定时开关插座

安全警示 ⚠️

本项目涉及 120V 市电，操作前请务必阅读并遵守以下安全规范：

1. 使用三芯接地线，仅切断火线 (黑)：火线接继电器常开 (NO) 触点，零线 (白) 直通插座银色螺丝，地线 (绿) 直通插座绿色螺丝。
2. 必须使用成品继电器模块：含光耦隔离、飞轮二极管、驱动三极管。额定 10A，建议串联保险丝或选用更高额定模块。
3. 强弱电物理隔离：继电器模块焊面朝向塑料外壳，高压走线远离低压控制线，防震动导致短路。
4. 外壳必须阻燃、绝缘，所有高压接点不可触及。

硬件清单

接线指南

低压控制侧

• RTC: SDA → A4, SCL → A5, VCC → 5V, GND → GND
• 继电器模块: IN → D4, VCC → 5V, GND → GND

高压负载侧 (严格按下图)

墙插火线(黑) ──→ 继电器 COM
继电器 NO ──→ 插座铜螺丝(火线侧)
墙插零线(白) ─────────→ 插座银螺丝(零线侧)
墙插地线(绿) ─────────→ 插座绿螺丝(地线)

原理图实物照片见附件，接线务必核对无误再通电。

固件代码

基于 DS3231 库 (官网下载)：

#include 
int Relay = 4;
DS3231 rtc(SDA, SCL);
Time t;

const int OnHour  = 7;   // 07:15 开启
const int OnMin   = 15;
const int OffHour = 7;   // 07:20 关闭
const int OffMin  = 20;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  rtc.begin();
  pinMode(Relay, OUTPUT);
  digitalWrite(Relay, LOW);  // 默认断开
  // 首次运行取消下两行注释设定时间
  // rtc.setTime(21, 10, 0);
  // rtc.setDate(26, 6, 2018);
}

void loop() {
  t = rtc.getTime();
  Serial.print(t.hour); Serial.print(" hour(s), ");
  Serial.print(t.min);  Serial.println(" minute(s)");
  delay(1000);

  if (t.hour == OnHour && t.min == OnMin) {
    digitalWrite(Relay, HIGH);
    Serial.println("LIGHT ON");
  } else if (t.hour == OffHour && t.min == OffMin) {
    digitalWrite(Relay, LOW);
    Serial.println("LIGHT OFF");
  }
}

功能特性

• 每日定时开/关，精度取决于 DS3231 (±5ppm ≈ ±0.43 秒/天)
• 掉电不丢时，CR2032 电池续航数年
• 串口实时打印时间与继电器状态，便于调试
• 代码极简，易于扩展为多时段、周编程、光控/温控联动

外壳设计

3D 打印外壳 (STL) 采用分体式：底盒固定插座与继电器，盖板固定 Arduino 与 RTC，中间隔离槽实现强弱电布线分离。打印参数：PLA, 0.2mm 层高, 20% 填充。

进阶扩展建议

• 接入 ESP8266/ESP32 实现 WiFi 远程控制、Home Assistant 集成
• 增加电流互感器 (ACS712) 监测负载功率、检测设备异常
• 加入 OLED 显示屏本地显示时间/状态/功率
• 使用双路/四路继电器模块控制多组插座
• 编写 Web 配置界面，替代硬编码定时参数

项目文件

• Arduino 草图 (.ino)
• Fritzing 原理图 (.fzz) 与接线实拍
• 3D 打印外壳 STL