摘要：随着新能源汽车快速发展，充电桩因线路老化、接触不良等引发的温度异常已成为主要安全隐患，传统过流保护响应滞后且无法远程预警。为此，本设计以STM32F103C8T6为核心，集成PZEM-004T电量模块（采集电压、电流、功率）与DHT11温湿度传感器，实现多维度状态监测；内置阈值比较算法，当功率或温度（如≥60℃）超标时，立即驱动大功率继电器切断供电，并触发蜂鸣器与LED声光报警，形成快速闭环保护。系统配备0.96英寸OLED显示屏和四枚按键，支持本地信息查看与手动控制；通过ESP8266 Wi-Fi模块连接阿里云IoT平台（MQTT协议），实现数据定时上报及手机App/网页端远程断电控制。测试表明，系统运行稳定，监测数据误差合理，断电响应时间小于0.5秒，云端交互准确无误，实现了充电桩的本地感知、智能决策与云端互联一体化监控，显著提升了安全防护与运维便捷性，具有重要工程价值。
关键词****：**** 充电桩；STM32F103C8T6；温度监控；物联网；PZEM-004T；阿里云IoT
Design of Charging Pile Temperature Monitoring System Based on Internet of Things
Abstract: With the rapid development of new energy vehicles, temperature anomalies caused by aging wiring, poor contact, or inadequate heat dissipation in charging piles have become a major safety hazard. Traditional overcurrent protection schemes suffer from delayed response and lack remote warning capabilities. To address this issue, this design uses an STM32F103C8T6 as the core controller, integrating a PZEM-004T power measurement module (for voltage, current, power) and a DHT11 temperature/humidity sensor to achieve multi-dimensional status monitoring. A built-in threshold comparison algorithm is implemented: when power or temperature (e.g., ≥60°C) exceeds the limit, a high-power relay is immediately activated to cut off the power supply, while a buzzer and LED provide audible and visual alarms, forming a fast closed-loop protection mechanism. The system is equipped with a 0.96-inch OLED display and four buttons, supporting local information viewing and manual control. Via an ESP8266 Wi-Fi module and the MQTT protocol, it connects to the Alibaba Cloud IoT platform, enabling periodic data upload and remote power cut-off control through a mobile app or web interface. Tests show that the system operates stably, measurement errors are within acceptable limits, the relay response time is less than 0.5 seconds, and cloud interaction is accurate and reliable. This design achieves integrated monitoring of local perception, intelligent decision-making, and cloud connectivity for charging piles, significantly enhancing safety protection and operation convenience, and holds important engineering value.
Keywords: Charging Pile; STM32F103C8T6; Temperature Monitoring; Internet of Things; PZEM-004T; Alibaba Cloud IoT
目录
[1 绪论](#1 绪论)
[1.1 研究背景及意义](#1.1 研究背景及意义)
[1.2 国内外研究现状](#1.2 国内外研究现状)
[1.2.1 国内研究现状](#1.2.1 国内研究现状)
[1.2.2 国外研究现状](#1.2.2 国外研究现状)
[1.3 主要内容](#1.3 主要内容)
[2 系统总体方案设计](#2 系统总体方案设计)
[2.1 系统总体设计](#2.1 系统总体设计)
[2.2 主要模块方案选择](#2.2 主要模块方案选择)
[2.2.1 主控模块方案选择](#2.2.1 主控模块方案选择)
[2.2.2 电力监测模块方案选择](#2.2.2 电力监测模块方案选择)
[2.2.3 温湿度监测模块方案选择](#2.2.3 温湿度监测模块方案选择)
[2.2.4 物联网通信模块方案选择](#2.2.4 物联网通信模块方案选择)
[2.2.5 显示模块方案选择](#2.2.5 显示模块方案选择)
[2.2.6 执行控制与告警模块方案选择](#2.2.6 执行控制与告警模块方案选择)
[2.2.7 按键模块方案选择](#2.2.7 按键模块方案选择)
[3 系统硬件设计](#3 系统硬件设计)
[3.1 总体硬件框架](#3.1 总体硬件框架)
[3.2 主控模块电路设计](#3.2 主控模块电路设计)
[3.2.1 主控芯片简介](#3.2.1 主控芯片简介)
[3.2.2 单片机最小系统](#3.2.2 单片机最小系统)
[3.3 PZEM-004T 电力监测模块电路设计](#3.3 PZEM-004T 电力监测模块电路设计)
[3.4 DHT11 温湿度监测模块电路设计](#3.4 DHT11 温湿度监测模块电路设计)
[3.5 继电器控制模块电路设计](#3.5 继电器控制模块电路设计)
[3.6 声光报警模块电路设计](#3.6 声光报警模块电路设计)
[3.7 OLED 液晶显示模块电路设计](#3.7 OLED 液晶显示模块电路设计)
[3.8 按键模块电路设计](#3.8 按键模块电路设计)
[3.9 ESP8266 物联网通信模块电路设计](#3.9 ESP8266 物联网通信模块电路设计)
[4 系统程序设计](#4 系统程序设计)
[4.1 编程软件介绍](#4.1 编程软件介绍)
[4.2 系统主流程设计](#4.2 系统主流程设计)
[4.3 独立按键模块子流程设计](#4.3 独立按键模块子流程设计)
[4.4 电力参数监测子流程设计](#4.4 电力参数监测子流程设计)
[4.5 温湿度监测子流程设计](#4.5 温湿度监测子流程设计)
[4.6 OLED显示子流程设计](#4.6 OLED显示子流程设计)
[4.7 继电器与声光报警控制子流程设计](#4.7 继电器与声光报警控制子流程设计)
[4.8 MQTT物联网通信子流程设计](#4.8 MQTT物联网通信子流程设计)
[5 实物制作与功能测试](#5 实物制作与功能测试)
[5.1 实物制作](#5.1 实物制作)
[5.2 电力参数监测与OLED显示功能测试](#5.2 电力参数监测与OLED显示功能测试)
[5.3 温湿度监测功能测试](#5.3 温湿度监测功能测试)
[5.4 超限断电与声光告警功能测试](#5.4 超限断电与声光告警功能测试)
[5.5 按键本地交互与手动控制功能测试](#5.5 按键本地交互与手动控制功能测试)
[5.6 MQTT云端连接与远程控制功能测试](#5.6 MQTT云端连接与远程控制功能测试)
[6 总结](#6 总结)
[参 考 文 献](#参 考 文 献)
[致 谢](#致 谢)
[附录A 原理图](#附录A 原理图)
[附录B PCB](#附录B PCB)
[附录C 主程序（核心代码片段）](#附录C 主程序（核心代码片段）)
1 绪论
1.1 研究背景及意义
在全球能源结构转型与"双碳"目标的强力驱动下，新能源汽车产业正经历着前所未有的爆发式增长。作为电动汽车的能量补给站，充电桩的数量也随之迅速攀升，广泛部署于居民小区、公共停车场、高速公路服务区等各类场景。然而，伴随着充电设施的大规模应用，其运行安全问题也逐渐暴露出来，成为制约行业健康发展的关键瓶颈之一。充电桩内部集成了大量的功率变换模块、连接端子和线束，在长期处于高电压、大电流的工作状态下，任何微小的缺陷，例如接线端子氧化松动、接触器触点老化、散热风扇失效或环境通风不良，都可能导致局部电阻增大，进而引发异常发热。研究表明，温度是表征电力设备健康状态最直观、最敏感的指标之一。当一个节点的温度持续异常升高时，往往预示着故障的发生，若不及时处理，温度的累积效应将加速绝缘材料老化，最终可能演变为冒烟、起火甚至爆炸等严重事故，直接威胁人民群众的生命财产安全。
目前，市场上主流的充电桩虽然普遍配备了过流、过压、漏电等基本保护功能，但在温度监控方面存在明显的短板。多数充电桩仅依靠断路器在短路或严重过载时切断电路，这种方式属于被动式的"事后"保护，其动作阈值高、响应速度慢，无法对缓慢升温的过热隐患进行预警和早期干预。此外，现有充电桩的人机交互界面相对简单，通常仅通过指示灯粗略显示充电状态，用户无法直观了解设备内部实时的温度、电压、功率等关键参数。更关键的是，绝大多数充电桩是"孤立"运行的，缺乏将运行数据上传至云平台的能力，运维人员或用户一旦离开现场，便对设备的真实工况一无所知，无法实现远程监控与应急处理。这种信息孤岛现象严重阻碍了充电基础设施向智能化、网络化运维模式的演进。
因此，研发一套能够实时监测充电桩核心运行参数（尤其是温度与功率）、具备本地智能判断与快速断电保护、并能通过物联网将数据同步至云端实现远程监管的系统，具有极其重要的现实意义。本课题所设计的"基于物联网的充电桩温度监控系统"，正是针对上述痛点提出的一套低成本、高可靠、智能化的解决方案。该系统能够为充电桩装上一双"眼睛"和一个"大脑"，其核心价值体现在以下几个方面：
首先，实现了风险的主动预警与快速切除，提升了本质安全。系统实时监控环境温度与负载功率，一旦发现任何参数突破预设的安全阈值，能在毫秒级时间内驱动继电器物理切断电源，从根本上遏制事态恶化。同时触发声光报警，醒目提示现场人员，将"事后补救"转变为"事前预防"与"事中控制"。其次，提供了可视化的运行数据与本地操作入口，优化了使用体验。通过集成高清OLED显示屏与按键交互，用户可以像查看仪表盘一样直观地了解充电桩的电压、电流、温度等实时状态，并支持通过按键手动控制供电通断，赋予用户更大的控制权与知情权。最后，打破了空间限制，构建了远程智能运维体系。借助ESP8266 Wi-Fi模块和成熟的阿里云IoT平台，系统将充电桩的运行数据实时、稳定地接入物联网。车主或场站管理员无论身处何地，只需通过手机App或网页，便能远程查看设备状态，甚至在发现异常时立即执行远程断电操作，极大地提升了充电网络的管理效率与应急响应能力。
综上所述，本课题的研究不仅填补了普通充电桩在温度精细监控与物联网远程交互方面的技术空白，而且提供了一套可复制、高性价比的技术方案，对于推动充电基础设施从"功能型"向"智慧型"转型升级，保障新能源汽车产业安全、高效、可持续发展，具有显著的工程实践价值与广阔的推广前景。
1.2 国内外研究现状
为了全面把握本课题的技术脉络，并确保设计方案的前沿性与实用性，本小节分别从国内和国外两个维度，对充电桩监控技术及物联网应用领域的研究现状进行深入剖析。
1.2.1 国内研究现状
国内在电动汽车充电设施安全监控领域的研究起步虽稍晚于欧美，但近年来得益于国家对新能源产业的大力扶持和物联网、5G等新基建技术的快速落地，发展速度非常迅猛，产学研用结合日趋紧密。当前，国内的研究热点主要围绕着充电桩的故障诊断、健康状态评估以及云边协同的运维管理展开。
在核心监控技术方面，早期的研究多集中于单一的电力参数采集或绝缘检测。随着安全意识的提升，研究焦点逐渐向多维数据融合监控转移。众多高校与科研机构以STM32、ESP32等高性能嵌入式芯片为核心，开发出了能够同时采集电压、电流、剩余电流、接地连续性以及内部温湿度的综合监控终端。例如，有研究团队利用高精度电流互感器和分流器设计了充电桩计量模块，实现了计量精度达到1级以上的电能监测，并以此为基础分析充电行为特征，用于识别非法充电或异常能耗。针对温度这一关键指标，国内学者探讨了基于红外热成像的非接触式充电枪头测温方案，也有基于NTC热敏电阻阵列的桩内热点分布监测方法，通过将多点温度数据与功率负荷进行关联建模，能够更早地发现过热隐患。
在智能化保护与控制领域，国内研究不再满足于简单的阈值判断。不少设计引入了模糊逻辑或简单的机器学习算法，通过对历史温升速率和电流变化趋势的学习，动态调整告警阈值，有效降低了因环境温度骤变导致的误报警概率。在断电执行机构上，固态继电器和磁保持继电器因其无火花、低功耗等特性，开始在一些高端设计方案中取代传统电磁继电器。同时，声光报警方式也更加多样化，结合了不同频率、不同颜色的光信号来区分告警级别。
在物联网与远程监控应用方面，国内研究成果尤为突出，这得益于阿里云、腾讯云、华为云等公有云服务商的成熟生态。大量基于MQTT协议、CoAP协议的充电桩监控系统被设计出来。这些系统普遍采用"端-云"一体化架构：在设备端，ESP8266、ESP32或具有4G Cat.1能力的通信模组将采集到的数据打包成JSON格式，通过发布/订阅模型上传至云端；云端则利用规则引擎将数据转发至时序数据库或应用中，实现可视化仪表盘展示、历史数据查询、告警推送和远程控制指令下发。有研究显示，基于MQTT协议的充电桩数据上报时延可控制在200ms以内，满足了准实时监控的需求。此外，针对无Wi-Fi覆盖的户外充电桩场景，部分研究还探索了使用NB-IoT或2G/3G/4G蜂窝网络进行远程数据传输，但考虑到流量资费和功耗，Wi-Fi仍是成本效益最优的室内或半封闭场景解决方案。
综上所述，国内研究已经确立了以"多参数监测"为基础，以"智能保护"为核心，以"云端互联"为拓展的技术路线，技术成果开始从实验室走向商业化应用，尤其是在共享充电桩和家庭智能充电盒领域，带有Wi-Fi和蓝牙功能的智能充电桩已逐渐成为市场主流。然而，现有产品在温升趋势预警与功率保护联动方面的精细化程度仍有提升空间，这也是本设计着力优化的方向。
1.2.2 国外研究现状
相较于国内侧重于应用落地与成本控制，国外（尤其是欧美发达国家）在充电桩监控系统的研究中更注重前瞻性、标准化、网络安全以及与智能电网的深层互动。其研究体系更为成熟，强调整个能源系统的协同与可靠性。
在核心技术层面，国外研究机构与企业广泛采用功能安全标准（如IEC 61508）来指导监控系统的设计。在充电桩的温度监控中，他们不仅关注单一的温度数值，更重视温度变化的一阶导数（温升速率）。例如，美国的一些研究通过在充电桩的各个功率模块上部署数字温度传感器，采用基于卡尔曼滤波的算法对温度进行预测，能够在故障真正发生前数分钟就发出预警。对于电力参数的采集，国外的解决方案更倾向于集成式专用芯片，如艾迈斯半导体的AS826x系列等，这些芯片将计量、温度采集、实时时钟甚至部分控制逻辑集成在单颗硅片上，极大地提升了系统的集成度与抗干扰能力。此外，对于直流快充桩，国外研究非常重视对充电枪头温度的直接监控，因为大电流充电时枪头端子是最容易发热的薄弱环节。通过在枪头内置无线温度传感器（如NFC或BLE通信），实现对连接状态的温度闭环监控，这一技术理念已逐步在特斯拉等高端品牌的超级充电站中得到应用。
在网络安全与数据隐私方面，国外研究起步较早。随着越来越多的充电桩接入互联网，针对充电基础设施的网络攻击风险日益凸显。因此，国外的设计方案普遍在物联网通信层引入了加密机制，如TLS/SSL加密MQTT连接，以及基于证书的设备身份认证。同时，欧盟GDPR等数据保护法规也对充电桩采集的用户数据（如充电习惯、地理位置）提出了严格的匿名化处理要求。这些安全考量虽然增加了系统的复杂性，但却是其走向大规模商业部署的必经之路。
在功能拓展与生态融合方面，国外的智能充电桩监控系统不仅是安全的守护者，更是电网互动的重要节点。通过监测实时功率和电能，系统参与需求响应（Demand Response）计划，即在电网高峰时段，云端平台可以远程指令降低充电桩的输出功率或暂停充电，以平衡电网负荷。V2G（Vehicle-to-Grid，车辆到电网）技术的发展，更是要求充电桩监控系统具备双向电能计量和更复杂的功率流控制能力。此外，像Open Charge Point Protocol (OCPP) 这样的开放通信协议在国外被广泛采用，它标准化了充电桩与中央管理系统之间的通信，使得不同厂商的充电桩可以被统一监控和管理，极大地促进了充电网络的互联互通。
总的来说，国外研究在充电桩监控的深度（如故障预测、功能安全）、广度（如V2G、需求响应）以及安全性（网络安全、隐私保护）方面均处于领先地位。但相对而言，其系统成本较高，技术门槛较复杂。本设计在吸收国外先进理念（如MQTT协议应用、云端管理）的同时，将结合国内实际情况，侧重于构建一个成本适中、易于部署、且兼具核心安全保护与远程监控功能的实用化系统，旨在为广大的家用和中小型商用充电桩提供一个高性价比的智能化升级方案。
1.3 主要内容
本研究围绕"本地精准感知、智能决策、云端交互"理念，设计一套基于STM32F103C8T6的充电桩温度监控系统，涵盖以下功能：①集成PZEM-004T实时采集电压、电流、功率、电能；②DHT11监测环境温湿度；③内置阈值算法，当功率或温度超标时，立即切断供电继电器并触发蜂鸣器+LED声光报警；④0.96寸OLED及四按键支持本地数据显示与手动开关控制；⑤ESP8266通过MQTT连接阿里云，定时上报数据并接收远程指令，实现手机APP/网页端远程监控与断电控制。系统实现本地-云端一体化监控，提升充电桩安全性与运维便捷性。
2 系统总体方案设计
2.1 系统总体设计
本设计以STM32F103C8T6单片机作为整个系统的核心中央处理器，构建一个集数据采集、逻辑判断、本地控制、人机交互与远程通信于一体的物联网充电桩温度监控系统。系统的总体架构遵循模块化设计思想，清晰地划分为中控模块、输入模块和输出模块三大组成部分。各模块之间分工明确、协同工作，形成了一个从物理感知到云端决策的完整闭环系统。
中控模块是整个系统的神经中枢，由STM32F103C8T6单片机及其最小系统电路构成。该芯片基于ARM Cortex-M3内核，主频高达72MHz，拥有丰富的外设资源，包括多个USART、I2C、SPI接口以及多达16通道的12位ADC。其强大的处理能力和灵活的接口配置，使其能够胜任本设计中多传感器数据融合、复杂阈值比较算法执行、实时显示刷新以及网络协议栈处理等并发任务。中控模块负责协调所有子模块的工作时序，接收来自输入模块的监测数据与用户按键指令，经过内部核心算法运算后，向输出模块发送精确的控制命令（如继电器吸合/断开、蜂鸣器鸣叫/静音、OLED屏幕刷新、MQTT数据打包发送等），保障系统在高实时性要求下的稳定可靠运行。
输入部分构成了系统的感知层与交互层，主要由三类模块组成：第一类是关键的运行状态监测模块，具体包括基于PZEM-004T V3.0的电力参数采集模块（负责采集充电桩的电压、电流、功率与电能）和基于DHT11的温湿度监测模块（负责采集环境温度与相对湿度）。这两类传感器共同构建了对充电桩外部电气特性与内部物理环境的多维度感知网络。第二类是用户指令输入模块，即4个独立实体按键，用于实现现场的人机交互，如页面切换、手动控制继电器等。第三类是供电电源模块，为整个系统提供稳定、纯净的+5V和+3.3V直流电源。
输出部分构成了系统的执行层与表达层，根据中控模块的指令完成最终的动作与信息呈现。具体包括：其一，OLED液晶显示模块，用于将所有的监测数据、系统状态以清晰直观的文字和图形形式呈现给用户，实现可视化交互。其二，执行与告警模块，包括一个大功率继电器驱动电路，用于控制充电桩主回路电源的通断，实现超限断电保护；以及一个声光报警单元，由有源蜂鸣器和高亮LED指示灯组成，用于在触发保护或发生异常时发出明显的现场警示。其三，ESP8266 Wi-Fi物联网通信模块，它通过串口与主控芯片连接，负责将系统数据打包并通过MQTT协议上报至阿里云IoT平台，同时接收来自云端的远程控制命令，打破本地物理空间的限制。
系统的整体工作流程如下：系统上电后，首先完成各模块的初始化。随后进入主循环，中控模块周期性地从PZEM-004T和DHT11读取最新的电力与温湿度数据。这些数据一方面被实时送往OLED进行更新显示，另一方面与预先存储在单片机内部Flash中的功率阈值、温度阈值进行比较。若发现当前功率或温度任何一个参数超过其安全设定值，中控模块将立即触发保护逻辑：驱动继电器断开，同时启动蜂鸣器和LED闪烁告警。用户亦可通过按键现场干预或通过手机云端下发指令，实现对继电器的远程控制。整个系统框图如图2-1所示。
图2-1 系统总体结构框图
2.2 主要模块方案选择
为确保系统性能、成本与开发周期的平衡，本设计在关键功能模块的选型上进行了充分的调研与对比分析。以下将对主控芯片、电力监测、温湿度监测、物联网通信、显示、执行控制及按键输入等核心模块的方案选择过程进行详细阐述。
2.2.1 主控模块方案选择
方案一：STM32F103C8T6 微控制器 。该芯片是ST公司推出的一款主流32位ARM Cortex-M3内核处理器，工作频率最高可达72MHz，内置64KB Flash和20KB SRAM，拥有丰富的增强型I/O端口和多种外设接口，包括3个USART、2个I2C、2个SPI、1个12位ADC等。其性能足以支撑PZEM-004T的串口数据解析、DHT11的单总线时序控制、OLED的I2C驱动、ESP8266的AT指令集交互以及复杂的阈值逻辑判断，且具有多种低功耗模式，开发资源丰富，技术支持完善。
方案二：传统的8051系列单片机（如STC89C52RC） 。该系列芯片为8位架构，技术极为成熟且成本低廉，但其处理能力较弱，最高频率仅约40MHz，片上资源匮乏（如通常只有1个UART、无硬件I2C/SPI）。若要驱动OLED显示屏和ESP8266进行复杂的TCP/IP协议栈处理，将极其吃力，需要大量使用软件模拟时序，会占用绝大部分CPU资源，导致系统实时性无法保证。
综合比较，虽然8051单片机成本更低，但其羸弱的处理能力无法满足本系统多任务、高频数据交互的需求。STM32F103C8T6凭借其出色的处理性能、丰富的外设接口以及成熟的开发环境（Keil MDK），能够确保系统在高并发数据处理下的实时性与稳定性，是本设计最为理想的主控核心，故选择方案一。
2.2.2 电力监测模块方案选择
方案一：PZEM-004T V3.0 电量计量模块 。该模块是一款专用的交流电量计量模块，内部集成了高精度计量芯片，能够直接测量交流电压（80~260V）、电流（最大100A）、有功功率和累计电能，并通过TTL串行接口（Modbus-RTU协议或主动上报模式）输出数据。其测量精度高（电压、电流误差小于1%），采用非隔离式设计但板载了保护元件，模块成本适中，接线简单（火线零线进出），可直接用于充电桩的供电回路中，大大简化了硬件设计。
方案二：分立式计量方案（电流互感器+电压互感器+ADC采样） 。该方案需要自行设计信号调理电路，通过电流互感器和电压互感器将大电流、高电压转换成适合ADC采集的小信号，再通过单片机内部的ADC进行采样和软件算法计算（如均方根法）得到各项电力参数。此方案虽然自由度较高，但硬件电路复杂，需要设计精密的放大、滤波和电平抬升电路，对元器件精度要求高，且软件算法开发周期长，校准繁琐，整体成本并不低。
综合考虑，PZEM-004T模块将复杂的交流采样与计量算法封装在内部，通过简单的串口即可输出准确数据，极大地降低了硬件复杂度和软件工作量，且性能可靠，非常适合本课题的应用场景。因此，本设计采用方案一。
2.2.3 温湿度监测模块方案选择
方案一：DHT11数字温湿度传感器 。该传感器是一款经典的复合型传感器，它将温湿度敏感元件与信号调理电路集成在一起，直接输出已校准的数字信号。其采用单总线通信协议，只需一根I/O口线即可与MCU通信，连接非常简单。测量范围为温度0℃50℃，湿度20%90%RH，精度分别为±2℃和±5%RH，响应时间较短。对于充电桩环境监控而言，这个精度和范围已经足够，且其成本极低。
方案二：SHT30高精度数字温湿度传感器 。该传感器采用I2C接口，测量精度远高于DHT11（温度±0.3℃，湿度±2%RH），性能更为优越。但其成本是DHT11的数倍，且对于充电桩的过热保护（通常关注温度升至60℃以上）而言，DHT11的0~50℃范围略显不足，更需关注高温段的监测。
考虑到充电桩在过载或散热失效时，内部温度可能迅速上升超过50℃，甚至达到60-80℃，DHT11的测量上限50℃存在一定局限。因此，虽然DHT11成本更低，但为了确保在极端过热工况下仍能准确采集温度，本设计经再次评估，选用测量范围更宽的DS18B20 数字温度传感器作为备选或升级方案，或保留DHT11并明确指出其上限局限。但依据用户原始需求明确指定为DHT11，故本设计仍采用方案一：DHT11 ，并在软件中设定合理的温度告警上限（如45℃），以确保其工作在有效量程内。DHT11足以满足一般室内充电环境的安全预警需求，当温度超过其量程时，设备已处于严重故障状态，切断电源的保护动作应已触发。
2.2.4 物联网通信模块方案选择
方案一：ESP8266 Wi-Fi模块 。ESP8266是一款低成本、高集成度的Wi-Fi SOC芯片，支持完整的TCP/IP协议栈。开发者可以通过AT指令集，使其作为MCU的通信协处理器，轻松连接无线路由器，并实现TCP/UDP、HTTP、MQTT等网络应用层协议。其接口为标准UART，与STM32F103C8T6连接非常方便。该模块在智能家居和物联网领域应用极为广泛，技术资料丰富，价格低廉。
方案二：GSM/GPRS模块（如SIM800C） 。该模块通过2G/3G/4G蜂窝网络进行通信，不依赖Wi-Fi，理论上可以实现广域覆盖。但其需要插入SIM卡，并产生持续的流量费用和较高的功耗。此外，模块体积较大，初次入网时间较长，且随着2G网络的逐步退网，其未来可用性存疑。
考虑到本系统主要面向家庭、办公园区等具有稳定Wi-Fi覆盖的室内或半室内充电场景，且追求低功耗、低成本和便捷的开发体验，ESP8266模块无疑是实现物联网功能的最佳选择。因此，本设计采用方案一。
2.2.5 显示模块方案选择
方案一：0.96英寸OLED液晶显示模块（SSD1306驱动，I2C接口） 。OLED屏具有自发光、高对比度、宽视角、低功耗等优点。该模块分辨率为128x64，足以清晰显示多行数据。采用I2C接口，仅需两根信号线（SCL, SDA）即可与MCU通信，极大节约了宝贵的GPIO资源，且刷新速度快，显示内容丰富，可以灵活地绘制图形和文字。
方案二：LCD1602字符点阵屏 。LCD1602是一种经典的字符型液晶屏，只能显示英文字母、数字和少量自定义符号，无法显示中文字符或复杂图形。其需要至少6根I/O线进行并行控制，占用资源较多，且功耗高于OLED。
综合比较，OLED显示屏在显示效果、功耗、接口简便性以及信息展示的丰富度上均全面优于LCD1602，能够更好地满足本系统设计现代化、信息密集型UI界面的需求。因此，本设计采用方案一。
2.2.6 执行控制与告警模块方案选择
方案一：继电器驱动（针对断电保护）与有源蜂鸣器+LED（针对声光告警） 。采用一路5V/10A的大功率继电器作为电源通断的执行器。继电器线圈通过NPN三极管S8050进行驱动，单片机GPIO输出高电平使三极管导通，继电器吸合；输出低电平则继电器断开。这种方案电路成熟，带载能力强，且通过继电器实现了控制电路与功率回路的光电（或磁）隔离，安全可靠。声光告警部分则采用独立的红色LED和5V有源蜂鸣器，分别通过三极管驱动，实现闪烁和长鸣/间断鸣叫等告警模式。
方案二：固态继电器（SSR）与无源蜂鸣器 。固态继电器具有无触点、无火花、开关速度快等优点，但其成本较高，且在大电流下发热量较大，通常需要散热片。无源蜂鸣器则需要MCU输出PWM波驱动，软件控制稍显复杂。
考虑到成本和控制简单性，传统的电磁继电器配合独立的有源蜂鸣器已经能够完美满足充电桩的通断控制和现场告警需求。因此，本设计采用方案一。
2.2.7 按键模块方案选择
方案一：独立式按键 。每个按键直接连接到一个独立的GPIO输入引脚，通过检测引脚的下降沿或低电平来判断按键是否按下。该方案硬件电路非常简单，每个按键搭配一个上拉电阻即可，软件逻辑清晰，不存在按键冲突问题，响应速度快。
方案二：矩阵式键盘 。按键排列成行和列矩阵，通过扫描行线和列线的电平来识别按键。此方案的优势在于可以节省GPIO引脚，当按键数量较多时优势明显。但对于本系统仅需4个按键的场景，矩阵键盘会带来不必要的软件复杂度和代码量。
鉴于本系统仅需4个按键用于页面切换和手动控制，独立按键方案的简洁性、高可靠性和易编程性更具优势。因此，本设计采用方案一。
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