基于涓電流檢測(cè)的節(jié)能插座設(shè)計(jì)

沈毅斌,田巧玉

（四川大學(xué)錦江學(xué)院，四川眉山，620860）

基于涓電流檢測(cè)的節(jié)能插座設(shè)計(jì)

沈毅斌,田巧玉

（四川大學(xué)錦江學(xué)院，四川眉山，620860）

為了能夠在電器設(shè)備關(guān)機(jī)或待機(jī)情況下有效切斷外設(shè)電源，達(dá)到節(jié)能的目的，以低功耗STC89C52RC微控制器作為控制電路的核心，通過檢測(cè)回路的涓電流以及紅外遙控信號(hào)，設(shè)計(jì)了一種節(jié)能插座，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器電源的智能控制。本節(jié)能插座使用方便有效，實(shí)現(xiàn)了外設(shè)的零待機(jī)功耗，順應(yīng)了節(jié)能減排的時(shí)代潮流。

ACS712;節(jié)能插座;涓電流檢測(cè);待機(jī)能耗

0　引言

隨著家用電器不斷普及，產(chǎn)生了越來越多的待機(jī)功耗。家用電器的待機(jī)能耗就占到中國(guó)家庭電力消耗總數(shù)的10%以上。本文提出了一種基于單片機(jī)的低成本新型的節(jié)能插座，通過對(duì)涓電流的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)家電處于待機(jī)時(shí)，插線板電源自動(dòng)切斷功能，同時(shí)兼有定時(shí)開關(guān)、過載保護(hù)、功率顯示、USB充電等功能，并且能夠通過普通家電的遙控器控制。節(jié)能插座使用方便且可有效的避免電器待機(jī)時(shí)的損耗。

1　系統(tǒng)概述

本設(shè)計(jì)以STC12C5A60S微控制器為核心，由降壓電路、涓電流采樣檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路、遙控開關(guān)及繼電器控制電路、計(jì)時(shí)電路、按鍵電路、功率和時(shí)間顯示電路構(gòu)成。節(jié)能插座具有自動(dòng)斷電功能，主要是利用霍爾型電流檢測(cè)芯片ACS712對(duì)待機(jī)與開機(jī)兩種狀態(tài)下工作電流的數(shù)值進(jìn)行檢查比較。當(dāng)檢測(cè)到的工作電流比設(shè)定的閾值大時(shí)，判定所使用電器正在正常工作；當(dāng)檢測(cè)到的工作電流比設(shè)定閾值小時(shí)，判定所使用電器處于待機(jī)狀態(tài)；多次判定待機(jī)后，節(jié)能插座自動(dòng)斷電。節(jié)能插座的原理框圖如圖1所示：

圖1　節(jié)能插座原理框圖

2　相關(guān)計(jì)算

系統(tǒng)采用ACS712進(jìn)行電流檢測(cè)。ACS712根據(jù)型號(hào)尾綴的不一樣，量程分為三個(gè)規(guī)格：±5A、±20A、±30A。輸入與輸出在量程范圍內(nèi)為良好的線性關(guān)系，其系數(shù)Sensitivity分別為，185 mV/A、100 mV/A、66mV/A。因?yàn)閿夭娐返脑颍漭敵鰧⒓虞d于0.5*Vcc上。ACS712的Vcc電源一般采用5V。則輸出與輸入的關(guān)系為Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。

本設(shè)計(jì)中選用±30A 量程的ACS712芯片，輸出端VOUT接到STC12C5A60S片內(nèi)10位的ADC模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ACS712的電壓輸出VOUT和被檢測(cè)的電流IP間的關(guān)系為：

VOUT的輸出范圍為0.5V～4.5V，量程為4V，若采用10位的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊時(shí)，量化單位△=4／1024V=3.9mv，小于ACS712的輸出靈敏度，即用10位的ADC在轉(zhuǎn)換精度上可以滿足需要。ADC輸入的模擬量VIN和輸出的數(shù)字量D之間的關(guān)系為：

由于VOUT=VIN，所以ADC輸出的數(shù)字量D和被檢測(cè)電流IP間有如下的關(guān)系：

即被檢測(cè)電流與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量間建立對(duì)應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)被檢測(cè)的電流為-30A時(shí)D=0；當(dāng)被檢測(cè)的電流為0A時(shí)，D=512；當(dāng)被檢測(cè)的電流為30A時(shí)，D=1024，被檢測(cè)電流的大小通過ACS712和ADC模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

涓電流通過ACS712芯片IP端后，VOUT便會(huì)輸出對(duì)應(yīng)的電壓值，將此時(shí)的電壓值輸入到ADC模塊，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將輸入的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，此時(shí)單片機(jī)便獲取到了電流值。

當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，可通過遙控開關(guān)和手動(dòng)兩種方法啟動(dòng)節(jié)能插座。利用紅外遙控器利用繼電器K1、T2控制節(jié)能插座啟動(dòng)或關(guān)閉。當(dāng)節(jié)能插座正常工作，如果控制系統(tǒng)檢測(cè)到電器處于待機(jī)狀態(tài)，通過繼電器T2可以關(guān)斷電器電源。

3.2軟件設(shè)計(jì)

主程序完成初始化設(shè)置、定時(shí)器設(shè)置及時(shí)間顯示，啟動(dòng)節(jié)能插座的電器電源后進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)。插座智能節(jié)能的功能主要在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中實(shí)現(xiàn)。如圖4所示

4　系統(tǒng)測(cè)試

4.1電器待機(jī)狀態(tài)下切斷電源時(shí)間的測(cè)試

測(cè)試首先給節(jié)能插座連接聯(lián)想A7180電腦作為用電負(fù)載，打開紅外開關(guān)，節(jié)能插座正常工作。然后使電腦處于待機(jī)狀態(tài)，待機(jī)5分鐘后可以用電流表測(cè)試電腦的電源已經(jīng)斷開。

4.2電流檢測(cè)的最小分辨率測(cè)試

輸入市電電壓為220V，頻率50Hz，測(cè)試霍爾傳感器檢測(cè)端能夠檢測(cè)到的最小電流。連續(xù)測(cè)試3次，節(jié)能插座能夠檢測(cè)到的最小電流的平均值為37mA。

4.3系統(tǒng)整機(jī)測(cè)試

節(jié)能插座通電打開后讓電視機(jī)處于工作狀態(tài)，通過控制板上的按鍵設(shè)置定時(shí)開關(guān)的時(shí)間，LED顯示當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)時(shí)間到了定時(shí)開關(guān)時(shí)間的時(shí)候可以觀察到電視機(jī)電源被切斷。

5　結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的這種節(jié)能插座通過對(duì)電器待機(jī)狀態(tài)微小電流的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器待機(jī)狀態(tài)電源的有效控制，同時(shí)兼具定時(shí)開關(guān)、過載保護(hù)、功率顯示等多種功能，在節(jié)能減排方面應(yīng)用前景將會(huì)十分廣闊。

[1]張毅剛 彭喜元 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)[M] 電子工業(yè)出版社2010.1.4

[2]高吉祥.數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]電子工業(yè)出版社2004.1.5

The Design of Energy Saving Socket Based on Weak Current Detection

Shen Yibin,Tian Qiaoyu
（Sichuan University Jinjiang college，Meishan city,Sichuan province.620860）

A socket for energy saving with high reliability，which uses STC12C5A60S as the core of the control circuit，is designed to cut off the peripheral power supply effectively by detecting the electrical consumption of the current in the circuit and external infrared signal to achieve the purpose of energy saving. In such way the socket realize the intelligent power control. The socket is efficient and easy to use, enables the zero standby power of the peripherals, which conforms to the trend of energy saving.

ACS712；Energy Saving Socket；Weak Current Detection；Stand-by Power Consumption

圖2　涓電流采樣檢測(cè)電路

圖3　遙控開關(guān)電路遙控開關(guān)及繼電器控制電路

圖4　主程序流程圖