基于單片機控制下的智能型模塊化插座的研究與設計

湯雪峰 周皓

（蘇州健雄職業技術學院中德工程學院，江蘇太倉 215400）

基于單片機控制下的智能型模塊化插座的研究與設計

湯雪峰 周皓

（蘇州健雄職業技術學院中德工程學院，江蘇太倉 215400）

目前市場上的一些過載保護插座，其保護功能已經遠不能滿足人們的需求。基于單片機控制下的智能型模塊化插座，不僅具備報警功能，而且可以實現模塊式過載保護，提高插座的使用效率。通過對市場原有過載保護插座的研究，結合電子、電工專業知識，利用單片機檢測電路檢測出插座上用電器的總功率與插座本身的額定功率，如接近插座的額定功率時報警，超出時插座僅切斷發生過載的用電器，而其余用電器可以繼續使用。插座的每個插孔具有獨立過載保護，互不影響。

插座；單片機；模塊化；獨立過載

隨著我國居民生活質量的提高，家用電器的快速普及，特別是各種大功率設備的使用，居民用電量也大大增加。目前，電力部門走向市場經濟，廢除了原來居民用量負荷的限制，鼓勵居民用電，這無形之中又加速了居民用電負荷的增長。隨著居民用電量的增長，對用電設備額定參數的忽視，極易導致插座在使用過程中出現過載現象，從而發生電氣火災。據統計，我國每年發生的電氣火災占全年火災總數的30%以上，而插座出現問題是引起火災的重要原因之一。雖市場上已有一些過載保護的插座，但其功能還不夠完善，有時也給用戶造成了一定的麻煩和損失。如某用戶使用傳統的過載保護插座，插上臺式電腦進行辦公時，突然插座上出現過載情況時，則插座斷電保護，切斷插在上面的所有用電器，此時就有可能出現該用戶未能及時保存電腦上的重要資料［1-3］。

1 智能型模塊化插座結構設計

該智能型模塊化插座用戶在使用過程中，如果接到插座上的用電器將要接近該插座的額定功率時，此時檢測電路檢測到此信號后，通過A/D轉換器轉換成數字信號后將該信號傳輸到單片機中，由單片機處理后，再傳輸到報警電路中，報警指示燈點亮報警并切斷電源。主要電路結構如圖1所示。

圖1 智能型模塊插座系統結構圖

2 智能型模塊化插座功能設計

該智能型模塊化插座的模塊式過載保護插孔的設計（即發生過載時，各個插孔具有獨立切斷電源的功能），不僅可以有效地避免此類情況的發生，而且該插座可以在出現過載現象前發出報警提示。用戶在使用過程中，一是如果用戶插在該插座上的所有用電器的總功率將要接近插座的額定功率值時，便開始報警（如該智能型模塊化插座額定功率值為2 500W，最大電流10A，電壓220V，當插座上用電器的總功率達到2 490W時，便報警提示，告知用戶）。二是如果直接出現過載現象，該插座只是切斷發生過載的用電器，而其他用電器可以繼續使用（如用戶在該智能型模塊化插座上已經插上了電腦、電視和冰箱，用戶如繼續在上面插上吹風機，則所有用電器的總功率超過了該插座的額定功率，此時插座僅切斷吹風機上的電源，而電腦、電視和冰箱可以繼續使用，各用電器間互不影響）。這樣即保證了安全，也達到了用戶在使用某些電器時，不希望出現突然斷電的情況。

3 智能型模塊化插座系統設計

3.1 電流過載/短路檢測模塊設計

電流過載/短路檢測模塊設計，該檢測模塊同時也具備A/D裝換功能。其主要包括檢測電路、處理電路和執行電路三部分。其中，檢測電路主要是交流霍爾傳感器，用來檢測流過插孔上交流電流的大小，通過取樣信號調節旋鈕來設定檢測交流電流的大小范圍（現設定的交流電流值的調整范圍為0～20A）；處理電路主要由整流電路、運放電路及開關電路等組成，其主要功能可將檢測到的交流電轉換為模擬信號（現輸出大小為5V）和數字信號輸出，模擬信號的輸出大小可通過模擬信號輸出校準旋鈕來設定，數字信號的輸出可通過電平信號閥值調節旋鈕來設定。

3.2 單片機模塊設計

本設計主要采用了AT89C51單片機來進行信號處理。根據交直流電壓對照，選取交流190.3V對應的直流1.705V和交流240.4V對應的直流2.182V兩組作為正常電壓邊界域值，當參考電壓+5V時，1.705V和2.182V對應的A/D結果為56H和6FH，將兩值在程序中設定為比較的邊界值。本系統采用8位工作方式，轉換通道為A0，數字長度為8位，MSB前導，單極性。報警是采用位操作指令，指示燈電路是從各引腳引出，低電平時電路導通，點亮LED；相反高電平時，LED滅；蜂鳴器電路是高電平導通。

4 結語

該智能型模塊化插座作為獨立插座來使用，可以設置通過該插座額定功率的大小（目前設計的插座可通過電流范圍為0～20A）。作為插排來使用，插排上每個插孔具有獨立過載保護功能。雖然市場上已有獨立過載保護功能的插排（如公牛品牌），但這些插排的主要功能是：使用過程中每個插孔獨立使用，當發生過載情況時，所有插孔均斷電［4］。而本文所設計的插排是：使用過程中每個插孔獨立使用，當發生過載情況時，每個插孔也是獨立斷電，互不影響使用［5］。

［1］何立民.單片機應用系統設計［M］.北京：北京航天航空大學出版社，1999.

［2］張毅剛.MCS-51單片機應用設計［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1997.

［3］鄧元慶，賈鵬.數字電路與系統設計［M］.西安：電子科技大學出版社，2003.

［4］謝自美.電子線路設計、實驗、測試［M］.武漢：華中理工大學出版社，2000.

［5］李朝青.單片微機原理及應用技術［M］.天津：南開大學出版社，1998.

Research and Design of Intelligent Modular Socket Based on Single Chip Microcomputer

Tang XuefengZhou Hao
（Suzhou Institute of engineering,Chien-shiung Institute of Technology,Taicang Jiangsu 215400）

At present,the protection function of overload protection socket on the market is far from meeting people's needs.The intelligent modular socket based on single chip microcomputer not only has the alarm function,but also can realize the overload protection of the module,which improves the use efficiency of the socket.On the market by the original research overload protection socket,combining the electronic and electrical professional knowledge,the total power of the electric appliance and the rated power of the socket were detected by the single chip microcomput?er detecting circuit,such as start the alarm close to the rated power socket,beyond the outlet only to cut off the socket overload of electric appliances,and the rest the use of electrical appliances can continue to use.Each jack of the socket has independent overload protection,and does not affect each other.

socket；single chip microcomputer；modularization；independent overload

TM503.5；F416.61

A

1003-5168（2016）12-0104-02

2016-11-20

蘇州健雄職業技術學院重點課程《電氣安裝規劃與實施》（ZK201505）；江蘇高校哲學社會科學研究基金指導項目（2014SJD594）；浙江省教育廳科研項目（Y201225916）。

湯雪峰（1983-），男，本科，工程師，研究方向：機電一體化。