一種電源智能保護插座的設計

摘要: 傳統的電源插座長時間待機容易出現漏電、過載、短路甚至引起火災等問題。本文作者設計了一種電源智能保護插座，它由傳感器、單片機、無線通信模塊，以及執行模塊等幾部分組成。傳感器將檢測到的電流傳送給單片機，單片機根據設定的閥值來判斷是否出于待機狀態，從而發出相應的指令給執行模塊，執行模塊控制電源的通斷，有效地解決了長時間待機所引起的問題。

關鍵詞: 電源插座智能無線控制

1.前言

據專家估計，一臺25英寸至31英寸的電視機待機每小時能耗在10瓦左右。保守估計，一臺電視機一個月因待機用掉的電就達1.35度，一年累計是16.2度。所有家電產品加起來，每天平均損耗電量接近1度，一年超300度。同時，處于待機狀態下的電器壽命大大降低，變相增加了使用電器的成本。火災損失中有三成以上是由電氣火災引起的，其罪魁禍首多是連接電器的插座。究其原因，除了插座質量不過關以外，另一個重要的原因就是家電設備待機時間過長，導致超負荷工作而發生危險。電源智能保護插座既要解決這種“細水長流”的耗電問題，體現“節能環保”的理念，要提高電源插座的安全使用性能、方便人們使用。

2.設計要求及總體設計思路

2.1設計功能描述

電源智能保護插座具有如下功能:

2.2.1在待機狀態下實現用電設備自動切斷電源的功能，分閘狀態，不消耗電能。合閘狀態，產品自身耗電極小。

2.2.2在出現漏電、過載、短路等現象時，及時斷電，保護用電設備和用戶的安全。

2.2.3通過遙控去控制插座的通斷。

2.2總體設計思路

電源智能保護插座在設計思路上考慮以單片機為核心，通過電流環采樣來判斷回路中電流的大小，然后將這個值傳送給單片機，單片機根據設定的閥值來判斷是否出于待機狀態，從而發出相應的指令給執行模塊，執行模塊通過繼電器來控制電源的通斷。

3.硬件電路設計

硬件電路由電源模塊、接收，以及發送模塊、中心處理模塊、開關驅動模塊等組成，如圖1所示。

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圖1硬件電路結構框圖

3.1電源模塊

該模塊為智能插座的控制電路提供電源。主要由智能插座插頭引入220V電壓，然后通過220V/9V小型變壓器降壓，整流橋整流，電容濾波，78LS05穩壓后，給CPU、接收模塊和發射模塊等提供電源。

3.2接收模塊

無線電脈沖序列接收模塊采用ELC100。該模塊采用超外差方式接收、解調，工作頻率310MHz。對接收到的無線電信號經過解調以后，得到脈沖序列信號送CPU進行識別。

3.3發射模塊

發射模塊的主要功能是把CPU送出的數字脈沖序列以ASK方式調制成無線電脈沖序列發送出去。無線電脈沖序列發射模塊選用ELC200發射模塊。該模塊工作頻率為310MHz，發射有效距離為20m。為了避免發射模塊不停地發射無線電脈沖序列，致使接收模塊工作不正常，可以通過單片機來控制發射模塊的開關狀態。

3.4中心處理模塊

中心處理模塊作為整個插座的信息處理中心，主要完成無線電脈沖序列信息的識別、電器設備的控制和表示電器設備狀態的無線電脈沖序列信息的發送等功能。該模塊的核心CPU選用AT89C2051，它是一個有2KB可編程EPROM的高性能的通用微控制器，其資源可以完全滿足該系統的使用。

3.5開關驅動模塊

開關驅動模塊的功能主要是實現弱電對強電的控制。雙向可控硅具有雙向導通功能，可以通過可控硅的控制極控制可控硅的通斷。控制電路主要采用了繼電器和可控硅等電子元件。該智能插座可以通過硬件跳線而獲得12種不同的無線遙控插座編碼，使家庭中的每個智能插座都有惟一的插座編碼。

4.軟件設計

采用軟件解碼是該智能插座的一個特色。出于對該智能插座的實用性要求，軟件解碼不但要求能夠準確識別無線電脈沖序列信息，而且要求在編解碼過程中對該序列的時間常數的確認具有一定的容錯，這樣才能滿足系統的現場使用。在解碼過程中，根據無線電脈沖序列的特點，我們采用T0定時器計時的方法，在主流程中不停地對無線電脈沖序列中的低電平段時間循環計時，當檢測到時間常數大約為5600μs的低電平段時，就認為已經檢測到了脈沖序列的幀頭，可以對后面的脈沖數據編碼進行辨識。對數據編碼的辨識仍然采用T0定時器計時的方法，對各個不同數據編碼的時間常數進行識別，然后通過與標準時間常數的比較，確定數據編碼的值。系統的軟件流程圖如圖2所示。

圖2系統軟件流程圖

5.實驗耗能分析

以一臺25英寸的電視機為測試對象，分別連接到智能遙控插座和傳統插座上，每天固定時間段看完電視后將電視機切換到待機狀態，重復測試時間為14天，最終比較經過14天后采用兩種不同插座后的電表讀數，耗能分別為31度、250度。根據測試，與傳統插座相比，智能遙控插座可省電大約25%。

6.結語

電源智能保護插座作為浙江經貿職業技術學院大學生創新扶持項目之一，充分考慮到了該插座的安全實性和實用性。在硬件方面，采取了電源、信號濾波技術，布線時盡量增加了地線的寬度，縮短了地線長度，增加了系統的抗干擾能力。在軟件方面，采用了先采樣后判斷的軟件編解碼算法，增強了系統的可靠性。該智能插座已應用于一些教師和學生的家中，使用方便，工作可靠。

浙江經貿職業技術學院大學生創新扶持項目