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，整個系統(tǒng)由五個部分組成，分別是系統(tǒng)電源、功率檢測模塊、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腳會輸出12V電壓，通過R13和R14分壓成6V再通過一個三極管加強(qiáng)驅(qū)動能力，三級管上有部分壓降，所以輸出電壓VDD大概為5V。

功率檢測模塊

圖3

功率檢測采用FC7759芯片，F(xiàn)C7759會根據(jù)采集到的電壓信號與電流信號計(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)讀到的脈沖頻率來判斷功率的大小從而發(fā)出相應(yīng)指令來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)動作。圖中FLQ為采樣電阻，采集的是電流信號，R3，R4，R5，R6電阻分壓，采集的是電壓信號。

MCU控制部分

圖4

控制部分采用MP20E01型單片機(jī)，該型號單片機(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，功率檢測模塊輸出的脈沖信號送到MP20E01單片機(jī)的P14腳，P12腳讀取按鍵信號，P15腳讀取外部紅外遙控信號，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)檢測到用電器功率過高或過低時(shí)控制繼電器導(dǎo)通或關(guān)斷從而實(shí)現(xiàn)對插座電源的控制。

輸入外設(shè)

圖6

通過按鍵輸入可以實(shí)現(xiàn)對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)。檢測按鍵或紅外信號，如果輸入無信號則繼續(xù)檢測按鍵和紅外信號，如果有信號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，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)支持多個紅外線頻段，可以使用各種紅外遙控器對系統(tǒng)進(jìn)行操作。解決了用電器待機(jī)能耗的浪費(fèi)問題，也解決了用電器短路或超負(fù)荷工作時(shí)安全問題，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)簡單，成本低廉具有很好的應(yīng)用前景。