Wi-Fi智能定時器的設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院 張雨晴 褚麗莉 楊邦立 白蘭杭

Wi-Fi智能定時器的設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院 張雨晴 褚麗莉 楊邦立 白蘭杭

介紹了由脈沖發生電路、邏輯控制電路、數碼管顯示電路和繼電器控制電路結合完成了一種實用Wi-Fi智能定時器的設計。主要實現三大功能：通過按鍵對Wi-Fi進行定時、顯示定時時間和定時關閉Wi-Fi。首先通過脈沖發生電路產生秒脈沖，再經過3600分頻電路輸入到邏輯控制電路中，在邏輯控制電路中通過按鍵對Wi-Fi的使用時間進行定時，同時計時時間通過七段數碼管顯示，由繼電器控制電路控制Wi-Fi的開與關，當定時時間到達后，繼電器斷開，Wi-Fi關閉。

定時器；七段數碼管；繼電器；Wi-Fi

0 引言

隨著產業結構的不斷調整、生產工藝的飛速發展、人們生活水平的不斷提高及家用電器的逐漸普及，待機能耗也成為了“吃”電的罪魁禍首，無異于對資源的直接浪費，據統計我國城市家庭的平均待機能耗相當于這些家庭每天都在使用著一盞15瓦到30瓦的的長明燈。為避免能源消耗，市場對定時控制系統的需求越來越大如：定時自動報警、定時自動打鈴、定時通斷動力設備以及各種電氣的定時啟動等成為未來的發展趨勢。而今網絡的迅速發展，Wi-Fi上網解決了運營商的互聯互通、高收費、漫游性的問題，已走近千家萬戶。然而它帶來便利的同時也隱含著待機消耗，Wi-Fi智能定時器可以根據使用者的要求對Wi-Fi進行定時，智能的控制Wi-Fi開啟的時間，實現了節約能源，綠色環保、節能減排的目的。

本文是結合模擬電路技術以及數字電路的相關知識設計的Wi-Fi智能定時系統，目的就是實現以下要求：Wi-Fi使用者可以根據自身要求，通過按鍵裝置對Wi-Fi定時器對進行定時，通過控制計數器的時間從而控制繼電器的吸合與斷開，以保證擁有足夠上網時間的同時，避免無人上網路由器產生的待機損耗和對人體微量的輻射。減少電子設備的功耗以及進一步延長電子設備的使用壽命。

1 系統總體設計

本文所設計的Wi-Fi智能定時器包括如下的幾個部分：脈沖發生電路、邏輯控制電路、數碼管顯示電路和繼電器控制電路。利用555定時器接成施密特觸發器，產生1HZ的秒脈沖作為脈沖發生器，將脈沖發生信號產生的脈沖經過由4片74LS160形成的3600分頻的電路，輸入邏輯控制電路中，系統等待用戶輸入定時時間，使用者每按一次按鍵開關計數器輸入一個脈沖，并計數一次，代表定時一個小時。開關撥動兩次，計數器輸入兩個脈沖，并計數兩次，代表定時兩個小時，同時定時時間會通過七段數碼管顯示出來，當定時時間未到時，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi上電工作，當計時時間到達后，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。系統設計的總體框圖如圖1所示。

2 單元電路設計

智能定時器裝置是由脈沖發生電路、邏輯控制電路、數碼管顯示電路和繼電器控制電路四部分組成。將脈沖發生信號產生的脈沖輸入邏輯控制電路中，等待用戶輸入定時時間，所設置的定時會經由邏輯控制電路判斷，時間未到時，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi正常工作，當計時時間到達后，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。

圖1 系統設計的總體框圖

2.1 脈沖發生電路設計

脈沖發生電路由555定時器產生秒脈沖電路與3600分頻電路兩個電路組成。555定時器在工業自動控制、定時、仿聲、防盜報警等方面有著廣泛應用。電路如圖2所示。

圖2 555定時器電路連接圖

對于74LS160和74LS161兩種計數器芯片來講，都需要采用多片級聯的方式來實現3600分頻的功能；獲得n進制計數器的方法有兩種，分別為置零法和置數法，置零法在計數過程中因為電路結構的關系，會出現一個計數的丟失，而采用置數法設計電路需要計數范圍為0～n-1。以六進制為例說明其工作原理：74LS160輸入端都接地，QA、QC、經四輸入與非門接到端，ENP、ENT、接高電平，計數方位從0到5，每接收6個周期的脈沖就輸出一個高電平，且進位信號直接由引腳RCO輸出，完成6分頻功能。本電路采用4片74LS160分別6×6×10×10來實現3600分頻，如圖3所示。

圖3 3600分頻電路圖

2.2 邏輯控制電路設計

邏輯控制電路由定時輸入電路、時間計數電路和時間檢驗電路組成。加法器時鐘脈沖引腳接入電平開關，開關撥動一次，計數器輸入一個脈沖，并計數一次，代表定時一個小時。開關撥動兩次，計數器輸入兩個脈沖，并計數兩次，代表定時兩個小時，以此類推。可根據用戶需要，最多定時9個小時。[7]

圖4 時間定時電路圖

時間計數部分由74LS160、數碼管驅動器74LS48和七段數碼管組成。計數器時鐘脈沖引腳接分頻電路的時鐘輸出。清零端接確定開關S，當用戶設置好定時時間后，按下確定功能鍵，74LS160開始在分頻脈沖下自動計數。

時間檢驗部分由門電路74LS136和74LS32組成，用于檢驗定時時間輸入部分的時間和時間計數部分的時間是否相同。當兩者時間相同時，門電路輸出低電平，使繼電器2斷開。電路圖如圖5所示。

圖5 時間檢驗電路圖

2.3 數碼管顯示電路設計

七段數碼管是一類價格便宜，使用簡單的元器件，在電器特別是家電領域應用極為廣泛，如顯示屏、空調、熱水器、冰箱等等，具有體積小、顯示醒目、直觀的優點。從各發光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。本次研究選用共陰極的數碼管，將七段數碼管的陰極連接在一起，經過譯碼驅動電路，顯示定時時間。

2.4 繼電器控制電路

繼電器是一種電子控制器件，在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用，目前已廣泛應用于計算機外圍接口設備、恒溫系統、電機控制、數控機械，遙控系統、工業自動化裝置等等。一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點簧片等組成，由通電產生的電磁效應控制銜鐵的吸合與斷開，這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。

當邏輯控制電路輸出處在計數時間內時，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi上電工作，當計時結束時，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。又因為盡可能的降低設備功耗，在計時結束的時候不止將Wi-Fi電源斷開，還可以將定時器的電源斷開以求更低的功耗，更能延長設備的使用壽命，因此需要增加一個繼電器來控制定時器的所有電源，處在計時期間的時候繼電器吸合，開始計數，計時結束的時候，將所有電源斷開。繼電器(1)用來控制Wi-Fi電源的通斷，繼電器(2)用于控制整個定時電路所有芯片的電源通斷，可用一個發光二極管來代替Wi-Fi設備，電路圖如圖6所示。

圖6 繼電器控制電路圖

3 仿真結果

本次實驗的電路仿真部分是在 Multisim 軟件中進行的。利用空格鍵模仿按鍵設置定時時間，利用LED燈模仿Wi-Fi的工作狀態，LED燈亮則表示此時Wi-Fi處于工作狀態，LED燈滅，則Wi-Fi不工作。按下按鈕，根據用戶需求設置定時時間，開關撥動一次，計數器輸入一個脈沖，代表定時一個小時。開關撥動兩次，計數器輸入兩個脈沖，代表定時兩個小時，定時時間設置完畢后計數器開始計數，數碼管顯示定時時間，此時LED燈亮，表示Wi-Fi處于工作狀態，可以使用網絡。當到達定時時間后，會發現LED燈熄滅，此時可以得出Wi-Fi不工作，達到了定時關閉的目的，減少了待機損耗，實現了本次研究的目的。

4 發展前景

隨著電器的時代的到來，使能源方面面臨著巨大的挑戰，合理用電，節約用電，以及利用清潔能源發電被大力提倡，其中利用節能的新理念，開發節能新技術成為一種有效可行的好方法。節能型產品的特點都是在耗能少的情況下，為用戶提供同等的服務，而本產品同樣采用了節能的理念。定時關閉Wi-Fi電源體現了本產品的智能化特征，在用戶能享受網絡的同時，也避免了用戶忘記關閉電源而帶來的能源消耗，減少二氧化碳的排放量，節約電能。本產品使用的定時裝置，符合未來發展的要求，滿足國家提倡的節能減排理念，具有廣闊的發展前景。

5 結論

本次設計解決市面上大部分路由器沒有定時功能或者繁瑣的界面設置方式，采用硬件定時的方式，傻瓜式操作，更能方便沒有計算機基礎的人們使用。定時裝置不僅限于用于Wi-Fi定時，還可以用在生活中的其他方面；比如晚上給電動車充電，傳統的電車充電器在電池充滿之后不會停止沖電，這樣會降低電池的使用壽命，因此可以在充電前設置好充電時間，記滿時間之后停止充電，等等方面。

[1]康華光.電子技術基礎[M].北京高等教育出版社,2006.

高小平.中國智能家居的現狀及發

[2]胡杰.組合邏輯電路的設計方法[J].山東工業技術,2012.

[3]趙書范.王憲偉.基于電子技術試驗與課程設計[M].清華大學出版社,2014.

[4]Multisim在電工電子課程教學中的典型應用[J].張志友.實驗技術與管理,2009.

[5]陳立萬.模擬電子技術基礎實驗及課程設計[M].西安:西安交通大學出版社,2012.

[6]沙春芳.Multisim 10在模擬電子教學中的應用[J].中國現代教育裝備,2011(2):10-21.

[7]曹文.電子設計基礎[M].北京:機械工業出版社,2013.

[8]田良.綜合電子設計與實踐[M].江蘇:東南大學出版社,2010.

The Design Of Wi-fiintelligent timer

Zhang Yuqing Chu Lili Yang Bangli Bai Lanhang
（School of Electronics & Information Engineering，Liaoning University of Technology，Jinzhou Liaoning 121001，China）

Describes the design and implementation of the wi-fiintelligent timer based on the combination of pulse generator circuit，logic control circuit，digital tube display circuit and relay control circuit. The three main functions: the wi-fitiming，display timing and shut down of wi-fiby pressing the key. First，the pulse generating circuit generates a second pulse，and then through the 3600 frequency division circuit input to the logic control circuit，the use time of wi-fiin the logic control circuit timing，and the timing time through seven segments of digital tube display，the relay control circuit controls the opening and closing of wi-f i，when the timing arrival，the relay disconnect，wi-fito shut down.

timer；Seven segment tube；relay；wi-f i

張雨晴，現就讀于遼寧工業大學電子與信息工程學院。

褚麗莉。