基于51單片機的多功能智能插座的設計研究

塔里木大學機械電氣化工程學院　劉　川　張　慶　何文軒　師曉玲　劉　鵬　左靖人　王　麗

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基于51單片機的多功能智能插座的設計研究

塔里木大學機械電氣化工程學院劉川張慶何文軒師曉玲劉鵬左靖人王麗

【摘要】本設計以實用性和安全性的角度為出發點，采用美國Atmel公司的AT89C51單片機作為裝置核心控制部件，加上外圍的定時設置按鍵、12864顯示器、無線遙控模塊、USB供電模塊、紫外線燈驗鈔模塊等相關功能電路，使用Keil Uvision5計算機軟件編寫主控芯片的C控制程序，對系統硬件結構和軟件功能描述進行了充分的優化后設計了一種控制精確、安全實用的可實現定時開啟和關斷、無線遙控通斷、減少待機損耗、備用電源、過流保護等多功能的智能插座。設計的實用性比較強，適合普通的大眾家庭使用，其為人民的生活提供了諸多便利，適合推廣。

【關鍵詞】精確控時；單片機；無線遙控；減少待機損耗

0　引言

隨著科學技術的進步，越來越多的高能耗電器逐漸進入了人們的家庭里，其為我們的生活創造了很多便利的同時也造成了一些潛在問題，比如未及時完全關閉電器電源時待機功耗的浪費等，這使家庭能源的消耗急劇增長，造成了大量的能源浪費。抽樣調查表明，中國城市家庭的平均待機耗能已經占到了家庭總能耗的10%左右，相當于每個家庭使用著一盞15至30瓦的“長明燈”。與此同時，不斷開電源使電器長期處于待機或工作狀態，可能會引起災難性事件。此外，在一些特殊的場合里，由于特定要求需要在規定的時間段里實現定時通斷，或者在雙手不方便的時候需要遙控通斷電，所以為了滿足人們的需求，對于具有定時器功能和無線遙控功能的節能插座的設計與研究也變得尤為重要。

1　設計要求與研究流程

1.1設計要求

定時器功能：可實現智能插座在設定時間內的定時開啟和關斷；

遙控斷電和通電：通過無線遙控器可以實現遠距離隨時遙控斷電和遙控通電；

減少待機功耗：在用電器處于待機狀態下插座可以自動斷電，減少待機功耗；

短路保護：當短路或者功率過大時，自恢復熔斷器斷開，正常時閉合供電；

此外，它還具備紫外線驗鈔、備用電源、USB5V供電等功能。

1.2實驗研究流程（見圖1）

2　設計研究方案

2.1裝置的組成與簡要介紹

本設計主要由定時器模塊、無線遙控模塊、防止待機損耗模塊3大電路組成，除此以外、還有USB5v供電模塊、紫外線驗鈔模塊、短路保護模塊、220v轉12v和5v雙輸出模塊等輔助電路，當所有的模塊系統統一起來后智能插座智能插板可實現定時開啟和關斷、實現家用電器0待機功耗、可實現對家用電器的隨時遙控能斷、還可以實現應急電源的開啟和具備紫外線驗鈔功能以及有過載保護、防漏電等多種功能。裝置實用性強，價格便宜，適合普通大眾家庭使用，適合推廣。

圖1

2.2實驗實例列舉

設計重點研究傳感器對電流自動實時檢測并將輸入信號通過處理轉送到單片機中進行分析，通過與待機電流對比，當在待機電流范圍內并經過一定延時時間，自動將電器電源完全切斷，使家用電器的待機功耗降低至0，實現電器設備無待機能耗的電源轉換，從而節約了不必要的電能消耗。其結構如圖2所示：

通過對獨立按鍵的操作可以實現智能插座的定時開啟與斷開，我們可以根據作息時間來設置它在確定時間下的工作情況，其電路如圖3所示。使非智能電器具有智能的工作方式，適合普通大眾家庭使用。

研究無線遙控家用電器的通電，通過無線遙控器可以實現遠距離隨時遙控斷電和遙控通電，為我們的生活帶來便利。

圖2

圖3

3　系統工作流程

圖4　系統工作流程圖

4　研究結果分析

4.1多功能智能密碼鎖研究分析

多功能節能智能插板是源于對生活的細心觀察，系統設計目標明確，技術路線合理，成果非常實用，為人們的生活提供便利，值得研究。定時器與無線遙控功能可以滿足人們的許多特定通斷要求，提高了插座的實用性，防止待機功耗功能可以減少能源浪費，響應國家節能減排的號召。

4.2多功能智能密碼鎖的優越之處

○多功能節能智能插座是一種智能控制裝置，此裝置可以自己切斷電器電源以節省電量，使用戶不需要時刻記得關閉電器。

○裝置可以按時開啟電源，上下班，不再擔心黑燈瞎火，因為它已經幫你開好了夜燈，在吃完飯又可以洗個熱水澡，魚缸里也可以實現定時供養氧，為人們忙碌的生活提供了便利。

○遠距離無線遙控，在不方便的情況下可以實現遙控控制。

○限流限壓，可以解決在功率過大時可能引起火災的安全問題。

○備用光源，在停電時自帶燈光系統可以實現照明工作，為生活提供便利。

○簡單的紫外線驗鈔可以實現隨時驗鈔，貼近生活具有很高的工作范圍。

5　總結

本設計研究從生活出發，以日常中的實際問題為出發點，設計研究了一款可以實現具備定時器功能、遠距離無線遙控以及限制待機能耗等多種功能的多功能智能插座，大大方便了人們的生活需要，提高了生活質量。此外裝置系統穩定性好，安全可靠具有廣闊的市場前景。

參考文獻

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劉川，大學本科，現就讀于塔里木大學。

王麗，塔里木大學機械電氣化工程學院副教授，研究方向：無損檢測和智能控制技術的研究。

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