一种电源智能保护插座的设计:智能电源插座
时间：2019-02-10 03:19:58 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要: 传统的电源插座长时间待机容易出现漏电、过载、短路甚至引起火灾等问题。本文作者设计了一种电源智能保护插座,它由传感器、单片机、无线通信模块,以及执行模块等几部分组成。传感器将检测到的电流传送给单片机,单片机根据设定的阀值来判断是否出于待机状态,从而发出相应的指令给执行模块,执行模块控制电源的通断,有效地解决了长时间待机所引起的问题。
关键词: 电源插座智能无线控制
1.前言
据专家估计,一台25英寸至31英寸的电视机待机每小时能耗在10瓦左右。保守估计,一台电视机一个月因待机用掉的电就达1.35度,一年累计是16.2度。所有家电产品加起来,每天平均损耗电量接近1度,一年超300度。同时,处于待机状态下的电器寿命大大降低,变相增加了使用电器的成本。火灾损失中有三成以上是由电气火灾引起的,其罪魁祸首多是连接电器的插座。究其原因,除了插座质量不过关以外,另一个重要的原因就是家电设备待机时间过长,导致超负荷工作而发生危险。电源智能保护插座既要解决这种“细水长流”的耗电问题,体现“节能环保”的理念,要提高电源插座的安全使用性能、方便人们使用。
2.设计要求及总体设计思路
2.1设计功能描述
电源智能保护插座具有如下功能:
2.2.1在待机状态下实现用电设备自动切断电源的功能,分闸状态,不消耗电能。合闸状态,产品自身耗电极小。
2.2.2在出现漏电、过载、短路等现象时,及时断电,保护用电设备和用户的安全。
2.2.3通过遥控去控制插座的通断。
2.2总体设计思路
电源智能保护插座在设计思路上考虑以单片机为核心,通过电流环采样来判断回路中电流的大小,然后将这个值传送给单片机,单片机根据设定的阀值来判断是否出于待机状态,从而发出相应的指令给执行模块,执行模块通过继电器来控制电源的通断。
3.硬件电路设计
硬件电路由电源模块、接收,以及发送模块、中心处理模块、开关驱动模块等组成,如图1所示。
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图1硬件电路结构框图
3.1电源模块
该模块为智能插座的控制电路提供电源。主要由智能插座插头引入220V电压,然后通过220V/9V小型变压器降压,整流桥整流,电容滤波,78LS05稳压后,给CPU、接收模块和发射模块等提供电源。
3.2接收模块
无线电脉冲序列接收模块采用ELC100。该模块采用超外差方式接收、解调,工作频率310MHz。对接收到的无线电信号经过解调以后,得到脉冲序列信号送CPU进行识别。
3.3发射模块
发射模块的主要功能是把CPU送出的数字脉冲序列以ASK方式调制成无线电脉冲序列发送出去。无线电脉冲序列发射模块选用ELC200发射模块。该模块工作频率为310MHz,发射有效距离为20m。为了避免发射模块不停地发射无线电脉冲序列,致使接收模块工作不正常,可以通过单片机来控制发射模块的开关状态。
3.4中心处理模块
中心处理模块作为整个插座的信息处理中心,主要完成无线电脉冲序列信息的识别、电器设备的控制和表示电器设备状态的无线电脉冲序列信息的发送等功能。该模块的核心CPU选用AT89C2051,它是一个有2KB可编程EPROM的高性能的通用微控制器,其资源可以完全满足该系统的使用。
3.5开关驱动模块
开关驱动模块的功能主要是实现弱电对强电的控制。双向可控硅具有双向导通功能,可以通过可控硅的控制极控制可控硅的通断。控制电路主要采用了继电器和可控硅等电子元件。该智能插座可以通过硬件跳线而获得12种不同的无线遥控插座编码,使家庭中的每个智能插座都有惟一的插座编码。
4.软件设计
采用软件解码是该智能插座的一个特色。出于对该智能插座的实用性要求,软件解码不但要求能够准确识别无线电脉冲序列信息,而且要求在编解码过程中对该序列的时间常数的确认具有一定的容错,这样才能满足系统的现场使用。在解码过程中,根据无线电脉冲序列的特点,我们采用T0定时器计时的方法,在主流程中不停地对无线电脉冲序列中的低电平段时间循环计时,当检测到时间常数大约为5600μs的低电平段时,就认为已经检测到了脉冲序列的帧头,可以对后面的脉冲数据编码进行辨识。对数据编码的辨识仍然采用T0定时器计时的方法,对各个不同数据编码的时间常数进行识别,然后通过与标准时间常数的比较,确定数据编码的值。系统的软件流程图如图2所示。
图2系统软件流程图
5.实验耗能分析
以一台25英寸的电视机为测试对象,分别连接到智能遥控插座和传统插座上,每天固定时间段看完电视后将电视机切换到待机状态,重复测试时间为14天,最终比较经过14天后采用两种不同插座后的电表读数,耗能分别为31度、250度。根据测试,与传统插座相比,智能遥控插座可省电大约25%。
6.结语
电源智能保护插座作为浙江经贸职业技术学院大学生创新扶持项目之一,充分考虑到了该插座的安全实性和实用性。在硬件方面,采取了电源、信号滤波技术,布线时尽量增加了地线的宽度,缩短了地线长度,增加了系统的抗干扰能力。在软件方面,采用了先采样后判断的软件编解码算法,增强了系统的可靠性。该智能插座已应用于一些教师和学生的家中,使用方便,工作可靠。
浙江经贸职业技术学院大学生创新扶持项目
