基于對射式光電傳感器的智能主動防觸電插座的研制

文/吳昊 和思銘 張巖 王金秋 王家昊

隨著社會經(jīng)濟與科技的發(fā)展,人們對家居生活的要求正逐步的提高。伴隨越來越多的家電的使用，將會存在一些安全隱患。插座做為連接電器的核心器件，其安全問題變得尤為重要，而現(xiàn)今市場插座的功能往往十分單一，不能滿足人們對安全保護的需求。

本文介紹了一種基于光電對管智能插座，該插座打破傳統(tǒng)插座的弊端，當外部條件所引發(fā)斷電需求時，基于光電對管的智能插座將會從內(nèi)部進行自我斷電，實現(xiàn)自我保護，大大提安全系數(shù)，在當今科技高速發(fā)展的社會中，智能插座有著廣闊的市場前景。

1 智能插座的總體方案

基于光電對管的智能插座,采用雙 STC12C5A60S2單片機作為主要控制芯片，與LM393對射光電傳感器、繼電器共同構(gòu)成智能插座的核心器件。在插座的每個插孔兩邊將光電發(fā)射器和接收器相互對射安裝，發(fā)射的光直接對準接收器，當被測物擋住光束時，對射光電對管發(fā)生電壓變化，產(chǎn)生數(shù)字量0，1，隨后發(fā)送給單片機，單片機接收到信號控制繼電器通路。以三相插座為例，只有當三個插孔同時檢測到被測物時才會通電。系統(tǒng)的總框圖如圖1。

2 硬件設(shè)計

該項目運用STC12C5A60S2為核心芯片，同時選用LM393 對射光電對管，復(fù)位電路模塊構(gòu)成外圍電路來完成智能插座控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

2.1 對射光電傳感器電路

圖1：系統(tǒng)總框圖

圖2：電源模塊流程圖

該電路采用LM393，LM393是電壓比較器，將紅外傳感器接收和失去光信號時產(chǎn)生的電阻值變化，變成電壓信號傳遞給電壓比較器的同相輸入端，這個變化的電壓信號與電壓比較器的反相輸入端的基準電壓相比較，當同相端電壓大于反相端端電壓時，電壓比較器的輸出端輸出高電平電壓，當同相端電壓小于反相端端電壓時，電壓比較器的輸出端輸出低電平電壓，此時LED燈亮。

2.2 電源模塊

首先是對220V的高壓進行變壓，變壓之后的電流仍然為交流，在通過整流電路后，變?yōu)槊}沖直流。后面再接濾波電路可以消除脈沖，但是輸出的直流電壓仍不穩(wěn)定。最后，通過穩(wěn)壓電路，使得電壓的穩(wěn)定性大大提高。如圖2是電源模塊流程圖。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)由單片機 C 語言編寫而成，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要實現(xiàn)的功能是：把單片機控制技術(shù)、對射光電對管有機地結(jié)合起來，運用繼電器等完成基于單片機STC12C5A60S2的智能插座系統(tǒng)的設(shè)計。其內(nèi)部軟件流程圖如圖3所示。

3.1 對射光電傳感器原理

它可以相對于光軸在0°到25°的范圍內(nèi)改變發(fā)射角度，使得光束幾乎從一條發(fā)射線反射或者從該反射線返回。光纖（也稱為光纖LWL）擴大了光電傳感器的應(yīng)用范圍，并形成了一種特殊的嵌入式收發(fā)器。它可以在特殊的環(huán)境中使用，檢測微小的物體。它在非常高的外界溫度中，在結(jié)構(gòu)受限制的環(huán)境里，都可以獲得滿意的答案。對射式光電開光若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關(guān)就稱為以射分離式光電開光，簡稱對射式光電開關(guān)。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時，光發(fā)射器和光接收器分別設(shè)置在檢測對象通過路徑的兩側(cè)，檢測對象通過時光路被阻斷，光接收器用于輸出開關(guān)控制信號。

圖3：光電對管程序流程圖

3.2 對射光電傳感器實驗數(shù)據(jù)真值表

如表1所示，A,B,C分別為三孔處的輸入 ‘0’無遮擋，‘1’有遮擋。

4 光電傳感器技術(shù)分析與前景預(yù)測

根據(jù)發(fā)展的需要光電傳感器的傳輸速度與穩(wěn)定性方面應(yīng)用廣泛，有著很大的市場前景需求也會變的更大。

文獻[4]闡述了光電傳感器的原理以及應(yīng)用方式，包含了許多應(yīng)用光電傳感器的實例。

文獻[5]在分析原理的基礎(chǔ)上，列舉了傳感器應(yīng)用在鋼鐵生產(chǎn)，傳送機，國防領(lǐng)域等方面。

文獻[6]是應(yīng)用光電傳感器設(shè)計的PM2.5檢測傳感器，成功的產(chǎn)品實例。

以上都為我們的安全插座提供了完善的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用實例，從而側(cè)面展示出我們的產(chǎn)品具有很大的市場前景。

5 結(jié)論

本設(shè)計主要采用電子元器件進行控制，在觸電危險發(fā)生之前進行主動斷電保護，防患于未然，相較于傳統(tǒng)的安全插座在發(fā)生危險時才做出反應(yīng)，我們的設(shè)計更加的安全，構(gòu)思新穎，有著很廣闊的發(fā)展前景。

表1：真值表