一、 智能斷電插座的開發(fā)背景

現(xiàn)在市面上的插座基本都是非智能的，用電器接在插座上人們一般不會(huì)直接切斷用電器電源因而用電器總是處于待機(jī)狀態(tài)，如果插座此時(shí)處于接通狀態(tài)，用電器就會(huì)產(chǎn)生待機(jī)功耗，造成電能的浪費(fèi)。更有甚者如果用電器發(fā)生短路或者超負(fù)荷有可能引起火災(zāi)，存在較大的安全隱患。這與社會(huì)提倡的節(jié)能環(huán)保、安全用電的理念背道而馳，因此設(shè)計(jì)一款安全節(jié)能的智能插座很有現(xiàn)實(shí)意義。本節(jié)能智能插座方案，正為解決能源浪費(fèi)及用電安全問(wèn)題促進(jìn)低碳生活而設(shè)立。

二、 設(shè)計(jì)的原理

1、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖

圖1

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，分別是系統(tǒng)電源、功率檢測(cè)模塊、MCU控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入外設(shè)。

2、硬件設(shè)計(jì)及原理

系統(tǒng)電源

圖2

電源模塊是基于LNK304設(shè)計(jì)。圖2中L和N為220V交流電接口，將交流電加在LNK304芯片上，LNK304的S腳會(huì)輸出12V電壓，通過(guò)R13和R14分壓成6V再通過(guò)一個(gè)三極管加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，三級(jí)管上有部分壓降，所以輸出電壓VDD大概為5V。

功率檢測(cè)模塊

圖3

功率檢測(cè)采用FC7759芯片，F(xiàn)C7759會(huì)根據(jù)采集到的電壓信號(hào)與電流信號(hào)計(jì)算功率，根據(jù)功率的大小在CF腳輸出一定頻率的脈沖序列，該脈沖序列的頻率與功率的大小成正比。單片機(jī)可以根據(jù)讀到的脈沖頻率來(lái)判斷功率的大小從而發(fā)出相應(yīng)指令來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)動(dòng)作。圖中FLQ為采樣電阻，采集的是電流信號(hào)，R3，R4，R5，R6電阻分壓，采集的是電壓信號(hào)。

MCU控制部分

圖4

控制部分采用MP20E01型單片機(jī)，該型號(hào)單片機(jī)功耗低，體積小，價(jià)格低廉同時(shí)IO也滿足本設(shè)計(jì)的需求。如圖4，功率檢測(cè)模塊輸出的脈沖信號(hào)送到MP20E01單片機(jī)的P14腳，P12腳讀取按鍵信號(hào)，P15腳讀取外部紅外遙控信號(hào)，P13腳控制LED指示燈，P1.1控制繼電器開啟或關(guān)斷插座電源。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖5

當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到用電器功率過(guò)高或過(guò)低時(shí)控制繼電器導(dǎo)通或關(guān)斷從而實(shí)現(xiàn)對(duì)插座電源的控制。

輸入外設(shè)

圖6

通過(guò)按鍵輸入可以實(shí)現(xiàn)對(duì)插座電源的開啟和關(guān)斷，還能進(jìn)行一些功能設(shè)定(如設(shè)置學(xué)習(xí)功能)，紅外遙控主要用來(lái)開啟插座電源。

2、整體硬件設(shè)計(jì)原理圖

圖7

3、程序流程圖

圖8

程序流程如圖8所示，上電后初始化單片機(jī)IO口、定時(shí)器，進(jìn)行中斷初配置然后進(jìn)入大循環(huán)。檢測(cè)按鍵或紅外信號(hào)，如果輸入無(wú)信號(hào)則繼續(xù)檢測(cè)按鍵和紅外信號(hào)，如果有信號(hào)輸入則開啟插座電源。然后單片機(jī)判斷此時(shí)是否為空載，如果為空載則控制繼電器關(guān)斷插座電源，如果不為空載則檢測(cè)學(xué)習(xí)功能設(shè)置標(biāo)志位是否為1，如果為1則進(jìn)行學(xué)習(xí)功能設(shè)定，如果不為1則進(jìn)入到下一步。單片機(jī)判斷當(dāng)前功率是否處于閾值<功率<2KW范圍內(nèi)，如果在該范圍內(nèi)則循環(huán)到按鍵檢測(cè)，如果功率不在該范圍內(nèi)則控制繼電器一段時(shí)間后關(guān)斷插座電源。

四、 總結(jié)

本智能插座設(shè)計(jì)本系統(tǒng)支持多個(gè)紅外線頻段，可以使用各種紅外遙控器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。解決了用電器待機(jī)能耗的浪費(fèi)問(wèn)題，也解決了用電器短路或超負(fù)荷工作時(shí)安全問(wèn)題，運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，操作人性化。更重要的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉具有很好的應(yīng)用前景。