插座系统

2024-05-30

插座系统（共7篇）

插座系统篇1

0 引言

本设计采用TI公司的MSP430F149和TM4C123GH6PMI作为核心处理器, 符合设计要求。本设计在智能家居方面[1], 应用价值很高, 其具有如下优点:

(1) 远程控制和近程无线操控, 给用户带来极大便捷。

(2) 管理方式简易, 设备可操作性和界面显示友好, 用户只需简单的操作, 便可实施控制。

(3) 安全可靠, 如果室内插座异常, 系统断开该插座的通电, 并在上位机界面显示异常插座的方位信息。

1 总体设计方案

本设计包含两个部分。第一个部分是网络控制部分。此部分硬件分为Wi-Fi接收模块和网关模块 (网关模块可使用普通的无线路由器以及手机蜂窝网络热点代替) 。此部分软件分为手机应用Smart Config和物联网免费平台YEELINK及其官方手机应用。

第二个部分是短距离蓝牙控制部分。通过蓝牙建立连接, 用户可以控制室内插座的通断, 从而控制继电器。在插座部分, 设计上加入了电路保护, 可以保证用户安全。

2 硬件设计方案

在网络控制部分, Wi-Fi接收模块硬件上采用Tiva C Launchpad和CC3000 Booster Pack, 通过CC3000接收网络端的数据, MCU控制继电器的通断。网关模块采用基于AM335X的Beaglebone-Black中国版和Winlik8 Cape, 通过Beaglebone-Black的RJ45接口连接互联网, 使用Wilink8 Cape作为无线访问接入点。此部分软件分为手机应用Smart Config和物联网免费平台YEELINK及其官方手机应用。通过Smart Config应用, 使CC3000轻松连接到手机已经处于的Wi-Fi网络, 在CC3000获得IP地址后, 可以通过YEELINK平台提供的官方APP操作已创建的传感器开关状态, 并更新网络端存储的传感器数据。

在MCU的程序[2]中, 通过HTTP的POST和GET请求分别创建和添加YEELINK平台的设备与传感器, 在HTTP得到网络端的传感器开关状态数据后通过MCU控制继电器的打开与闭合。

在短距离蓝牙控制部分。此部分别为装置1和装置2。

装置1为上位机, 硬件上采用了无线模块n RF905[4], 温湿度传感器DHT11, 4*4矩阵键盘和液晶显示屏12864等。用户通过操控按键选择待发数据, MCU控制无线模块将待发数据发送出去[3], 从而控制相应的插座的通断。同时在液晶显示屏上, 插座通断状态的信息会更新, 并且显示温湿度信息, 提醒用户对室内环境进行管理。

装置2为下位机, 硬件上采用了蓝牙模块HC-05, 无线模块n RF905, 液晶显示屏12864和插座模块等, 其中插座模块在硬件上采用继电器, 蜂鸣器, 热释电红外传感器和电流传感器等。用户操控手机, 与下位机建立连接, 通过手机界面的虚拟按键选择对室内插座的通断进行控制, 同时, 上位机界面的插座通断状态也会实时跟新。插座模块部分, 电流传感器可以检测当前插座所连接的用电器电流的大小[5], 所检测的电流大小与用户所设置的安全电流阀值进行比较, 一旦超出即启动保护电路, 并发送方位信息给上位机, 提示技术人员及时维修。插座内部还设有感应装置, 如果检测到有人将手指伸进去或是插座产生火花, 同样启动保护电路, 同时报警予以警戒。

3 系统软件设计

根据结构化程序设计的要求, 我们编程时采用模块化和结构化的方法进行编程。根据这一要求以及系统的功能要求, 我们设计了如下描述的程序。

3.1 网络控制部分

在MCU的程序中, 通过HTTP的POST和GET请求分别创建和添加YEELINK平台的设备与传感器, 在HTTP得到网络端的传感器开关状态数据后通过MCU控制继电器。

3.2 蓝牙控制以及电路保护部分

整个系统上电启动后, 上位机便发送指令, 下位机接收到指令显示插座的电流和功率信息, 同时发送指令给上位机, 上位机接收到指令, 便显示温湿度信息, 此过程实时进行。当用户按下上位机处的按键, 可以控制插座的通断。当用户使用手机连接蓝牙后, 便可以在手机界面上对室内插座的通断进行遥控, 同时下位机接收到蓝牙发送的信息后, 发送数据给上位机, 跟新上位机插座通断的状态, 供用户查看。

当用电器电流过大时, 保护电路便会启动, 同时返回该异常插座的方位信息给上位机, 提示专业人员维修。插座内部设有感应装置, 如果人手指伸进去或是插座内部产生火花, 保护电路便会启动, 切断电路。

4 结束语

设计了一种基于网络和蓝牙控制的智能插座控制系统, 同时具有功率检测, 温湿度检测, 以及防止误触、防止短路, 故障定位等功能。它拥有智能控制、本地监测、无线通讯等多种特色, 将满足智能家居系统和物联网技术的发展需求。随着智能家居系统的快速发展, 物联网技术的普及, 智能插座的应用将越来越广泛。

参考文献

[1]徐伟.智能插座在智能家居系统中的设计和应用[J].中国仪器仪表, 2010 (10) :45-47.

[2]黄界.基于AVR的智能节能插座的设计[J].现代电子技术, 2010 (12) :31-32.

[3]王啸东.智能避雷定时插座的设计[J].电工电气, 2010 (05) :17-19.

[4]温铁钝.无线遥控智能插座的设计[J].测控技术, 2003 (10) :53-56.

[5]张凯.新型数字节能功率分配型智能插座的设计实现[J].电子设计应用, 2009, 07:90-93.

插座系统篇2

建筑电气工程中, 存在着供电配电, 量多面广的情景, 为了在使用上的方便, 到处设置众多的电气插座。电气接线位置布置的正确与否, 关系着供配电使用的安全与性能的发挥, 影响面也相当广。2003年6月1日建设部颁发实施的GB50303-2002《建筑电气工程施工质量验收规范》 (以下简称《规范》) 第22.1.2条强制性条文, 依据该条文对工程建筑电气供配电作出系统的确定, 就成了工程现场广大电气工作者应付的职责。结合具体的建筑工程, 于TN-S (含TN-C-S下同) 电气系统中, 进一步明确规范的描述与实施的方法, 使保护线或中性线做到在插座间不串联, 达到工程电气配电三相四孔插座安装使用的有效性。

1《规范》第22.1.2条针对TN-S系统描述

1.1 插座接线应符合下列规定

(1) 单相两孔插座, 面对插座的右孔或上孔与相线连接, 左孔或下孔与零线连接;单相三孔插座, 面对插座的右孔与相线连接, 左孔与零线连接。

(2) 单相三孔、三孔四孔及三相五孔插座的接地 (PE) 或接零 (PEN) 线接在上孔。插座的接地端子不与零线端子连接。同一场所的三相插座, 接线的相序一致。

(3) 接地 (PE) 或接零 (PEN) 线在插座间不串联连接。

1.2《规范》第22.1.2条在TN-S系统中的描述

(1) 单相两孔插座, 面对插座的右孔或上孔与相线连接, 左孔或下孔与中性线 (N) 连接。

(2) 单相三孔插座, 面对插座的右孔与相线连接, 左孔与中性线 (N) 连接, 上孔与保护线 (PE) 连接。插座的接地端子不得与中性线端子直接连接。

(3) 三相四孔插座, 上孔与中性线 (N) 连接。同一场所的三相插座, 接线的相序一致。

(4) 保护线 (PE) 或中性线 (N) 在插座间不串联连接。

1.3 描述说明

(1) 对应于《规范》原文中的接地 (PE) 或接零 (PEN) 在TN-C-S系统 (见图1) , 标出零线 (PEN) , 保护线 (PE) , 中性线 (N) 。

(2) 原文第2款中三相五孔插座目前市场上无此产品, 故在描述中未给与提及。

(3) 《规范》第22.1.2条是按每根电线功能对插座和电线接线位置作出的规定, 符合国际惯例。若违反, 必然会失去保护控制功能, 在使用、维修中还会造成普遍的触电事故。这是强制性条文, 必须严格遵守的。

2 三孔四相插座在TN-S系统中正确使用

TN-S系统的中性线 (N) 与保护线 (PE) 是分开的, 即三相五线制, 其中中性线与保护线仅在电源系统接地处相连。TN-C系统的中性 (N) 与保护线 (PE) 是合一的, 称零线 (PEN) , 即三相四线制。如果该系统的零线 (PEN) 在负荷侧作重复接地, 其后中性线 (N) 与保护线严格分开, 即为TN-C-S系统。在此系统中, 三相四孔插座上的第四孔 (其他三孔, 接三相线) 应接系统中性线。从开关箱处单独敷设一根保护线 (PE线) 与用电设备接地处连接, 这是正确的接线法。如果不单独敷设这根保护线, 而把插头的中性线接在用电设备接地处 (见图2a) 或接在用电设备中性线与用电设备接地处相连接点 (见图2b) , 这就是错误的接线法。因为配电系统中三相负荷总是不平衡的, 即使在正常用电情况下, 中性线上也会有 (零序) 电流通过。由于用电设备金属外壳与中性线连接如图2a, 其上产生对地的电压, 该电压值随中性线阻抗和中性线电流的增大, 愈接近负荷末端, 情况愈严重。当三相负荷严重不平衡或中性线因故开断时, 设备金属外壳就有可能带上相当于相电压值的对地电压, 这是很危险的。再者, 如果开关箱中, 该供电回路装有漏电保护器 (RCD) , 当用电设备发生漏电时, 中性线上同时存在零序电流和漏电电流, 如图2所示。这必导致漏电保护器保护性能受到破坏。因此, 无论供电系统为TN-S还是TN-C-S, 使用三相四孔插座时, 保护线必须单独敷设, 决不于中性线混同。工程施工人员, 特别是工程现场施工人员应引起十分注意:在编制电气工程施工组织设计及现场施工临时供电施工方案时, 应特别注意该配电线路的正确应用。

为了避免出现上述类似错误, 减少施工麻烦, 建议政府有关职能门尽快协调统一, 制定出民用三相五孔插座、插头的规范标准, 并由专业厂家制造生产, 投放市场, 以供设计、生产、安装单位使用。

3 保护线 (PE) 或中性线 (N) 在插座间如何做到不串联连接

保护线 (PE) 或中性线 (N) 干线 (或分干线, 下同) 是依据建筑物使用寿命和功能来布置选择的。它的连接通常具有不可拆卸性, 应采用熔焊连接, 使干线经常处于良好的电气导通状态。保护线 (PE) 或中性线 (N) 支线是指由干线引向某个用电设备、器具 (如电动车、单相三孔插座等) 以及其它需要接保护线或中性线的单独个体的连接, 通常用可拆卸的螺栓连接。在住宅或公用建筑插座比较多的场所, 为了避免因配线管路过多交叉, 而造成敷设困难, 每一插座回路的保护线或中性线连接, 可用分干线不剪断与插座滚动连接。 (见图3-1) 。或采用在插座盒内与保护线或中性线分干线, 绕接搪锡后引出支线与插座连接 (见图3-2) 。

这种做法, 能保证插座在接线后, 单独拆卸某个插座器时, 保护线或中性线干线不会中断, 不影响在用插座保护控制功能, 避免触电事故发生。

4 结语

建筑电气安装工程以及工程施工临时供电系统, 存在大量的供电配线路和电器插座安装项目。插座安装事项虽小, 看上去很不起眼, 但安装的正确与否, 却与群众的人身安全息息相关。现有建筑供电系统中, 电源与设备的连接, 采用三相四极插座, 使得TN-S系统的安全性能降低很多, 在系统的配电布线以及相关插座, 采取了上述相应合理措施后, 大大提高了系统的用电安全性, 对工程电气安全防范, 具有一定的现实意义。

参考文献

[1]GB50303-2002, 建筑电气工程施工质量验收规范[S].

[2]DBJ13-22-99, 民用建筑电气工程施工技术操作规程[S].

智能插座的设计篇3

智能家居的普及大力推动着无线通信的发展,使我们能够享受智能家居带来的方便的同时也能享受无线带来的简洁。随着无线通信的发展,越来越多的智能手机、笔记本电脑、Pad等支持Wi Fi的终端产品越来越流行。在家庭中,无线路由器组建的Wi Fi网络已是常态。因此用户能够使用Wi Fi终端控制和检测用电器,将是未来智能家居的发展趋势。

本文采用ESP8266 Wi Fi芯片作为主采集芯片,主要采集通过插座的电流来推算用电器的使用电量,将采集到的用电流和电量发送到用户的手机中,用户通过手机来控制智能插座的通断电来控制用电器的开关。

1 WIFI协议

目前比较流行的无线通技术有:红外线、Zig Bee、蓝牙、Wi Fi等。对比这几种技术,红外线通信通常被用于短距离、低功率、无许可证的通信,由于媒介红外线的特点导致传输距离受到很大限制;蓝牙的通信距离一般为10米,价格高,兼容性差等问题是组建智能家居比较局限的条件;Zig Bee协议传输速率慢,连接Internet需要网关增加了成本需求。

Wi Fi技术在智能家居中的应用的主要优点有:传输速率高;传输距离大可达到100m左右;而且Wi FI智能节点可以直接连接无线路由器,接入Internet网,不需要家庭网关,节点可以任意扩充;不会破坏现有装修;智能终端可以进行局域网控制和远程控制[2]。

本系统采用的是星形网络,所有的智能插座连接家庭无线路由器,用户通过手机或其他无线终端直接或通过路由器来连接智能插座进行控制。

2 esp8266介绍

本系统采用乐鑫信息科技有限公司自主研发的ESP8266芯片。这款芯片嵌入了一个超低功耗32位微型CPU,带16位精简模式;存储控制器包含ROM和SRAM;含有16个GPIO管脚。ESP8266拥有高性能无线SOC,给移动平台设计师带来福音,它以最低成本提供了最大的实用性,为Wi Fi功能嵌入其他系统提供无限可能。由于ESP8266能够直接从外接闪存中启动,所以本系统中采用ESP8266作为主处理器,而且内置的高速缓存存储器有利于提高系统性能,并减少内存需求。

ESP8266强大的片上处理和存储能力,使其可通过GPIO口集成传感器及其他应用的特定设备,实现了最低前期的开发和运行中最少地占用系统资源。ESP8266高度片内集成,包括天线开关balun、因此仅需极少的外部电路,且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占PCB空间降到最低。

芯片特点:

(1)支持802.11b/g/n标准

(2)支持STA/AP/STA+AP三种工作模式

(3)内置TCP/IP/HTTP协议栈,支持多路TCP Client连接

(4)支持UART/GPIO数据通信接口

(5)支持PWM输出

(6)支持I2C接口

通过固件设计可以支持Smart Link智能联网功能和支持远程固件升级(OTA),如图2。

3 智能插座设计

3.1 硬件设计

ESP8266芯片设计图如图3所示。

Esp8266芯片通过PIN13(ADC)与HLW8012测量芯片相连,来测量通过插座功率。HLW8012单相多功能计量芯片来检测通过智能插座的电流和功率。HLW8012测量芯片如图4所示:

由于无线插座自身不能通过芯片直接控制其开关,因此选择使用继电器来控制无线插座的开关。Esp8266芯片的PIN(GPIO_3)是继电器输出控制引脚,软件默认输出为高。继电器的电路图如图5。

3.2 软件设计

ESP8266兼容IP/TCP协议,Wi Fi终端设备连接芯片后可以通过web设置和查询芯片的参数。

手持设备安装APP可以通过网络检测到家里所有的智能插座,利用Smart Link功能连入家庭路由器。本系统采用星形网络足以覆盖用户家里的所有智能插座。

ESP8266支持web Server可以让户使用移动终端进行现场数据的配置和查询,采用JSON的格式对数据进行打包。JSON作为一种轻量级的数据传输格式,易于阅读和编码,且他是Ja-va Script规范的子集,能被支持Java Script浏览器的移动终端所解析,这些特性使JSON成为理想的数据交换语言,使网络传输更有效率[3]。

4 结语

现在越来越多的家用电器及电子产品开始支持WiFi功能,WiFi的普及以及相关软件的发展将会使家用电器完成功能上的飞跃[4]。未来的发展是实物互联,智能家居作为最接近我们生活的一个方向,家居自带无线联网功能是未来的趋势。虽然目前还很难达到,而智能插座的出现将是这个过程中不可或缺的副产品。通过智能插座我们可以控制电器的开关,未来我们将会增加更多的功能,比如监控空调的温度,监控洗衣机的模式,监控热水器等。智能家居的大力发展将会给我们生活带来很多便利。

参考文献

[1]张敏超.智能小区周界防盗报警系统的研究与设计[J].电器应用,2012,32(2):36-38.

[2]肖宛昂,苏高民,陆廷,等.一种由Wi Fi智能插座构成的智能家居[J].新器件技术,2014(5):46-48.

[3]高静,段会川.JSON数据传输效率研究[J].计算机工程与设计,2011,32(7):2267-2270.

插座面板注射模设计篇4

图1所示为插座板盖零件图。该塑料制品的整体外形呈T型形状, 作为电源插座的配件, 与底座部分装配后进行使用。该插座面板的长宽均为70mm, 厚度为3.52mm。产品底部带有四处倒扣的凸起。根据该产品的使用特点要求产品在成型后外表面无凹陷、无气泡、无缩孔、不发生变色和翘曲变形以及不产生熔接痕等缺陷。

综合以上产品的形状特征和使用要求, 故产品的材质采用PVC (聚氯乙烯) ;模具设计时采用斜顶机构来完成扣位的成型和抽芯, 同时顶出产品。由于塑件成型时冷却过程中会产生收缩, 产品有可能会紧箍在凸模或成型型芯上, 增加脱模难度。为了便于制品从模具中顺利脱模, 防止由于脱模力过大而顶坏塑件, 在与脱模方向平行的塑件的内外表面上应设计合理的脱模斜度。考虑以上因素, 该产品在设计中内外表面均采用1°的脱模斜度。

2 模具结构的设计

根据插座面板的结构特点以及生产批量和使用条件的要求, 所设计的模具结构采用了一模四腔的平衡式布置形式、侧浇口进料、斜顶机构顶出的结构形式, 模具装配图如图2所示。

2.1 分型面设计

塑料制品在模具中成型后, 要将其从模具中取出来, 通常塑料制品从模具的动模和定模的接触面处取出。模具上用来取出制品和浇注系统产生的冷凝料的可分离的接触表面 (常设计在动模和定模的接触处) 称为分型面。由于该塑件属于薄壁浅型腔类制品, 根据分型面选取设计原则, 插座面板上分型面的选取只能是沿着塑件的边缘且在塑件的最大截面处, 分型面示意图如图3所示。模具的分型面设计位置与塑件的分型面位置选择保持一致, 也选择在塑件的最大截面并沿塑件的边缘处。

1.导套2.导柱3.斜顶杆4.顶杆5.定位环6.定模镶件7.动模镶件8.螺钉9.定模座板10.浇口套11.A板12.B板13.斜顶滑座14.顶杆固定板15.C板16.顶板17.动模座板18.复位杆

2.2 型腔与流道的布置

考虑到塑件上有两两对称的四处侧扣, 如图1中C、D两处位置所示, 结构尺寸如图4所示。结合模具设计的特点和保证生产效率的需要, 因此该模具中采了一模四腔的结构设计。结合制品的形状特点和尺寸大小, 同时考虑平衡式和非平衡式进料方式的优缺点以及对模具和制品的影响, 模具的设计方案采用了平衡式的进料方式, 分流道的截面形式则采用了圆形截面。该模具中的主、次分流道截面尺寸分别设计为准5mm、准4mm, 浇口采用了侧浇口这种标准的浇口形式 (如图2所示) 。

2.3 脱模机构与冷却系统的设计

模具中的脱模机构在设计时常使用顶杆顶出机构, 由于插座面板上有两两对称的四处侧扣, 为了方便产品的顶出, 结合产品的结构特征, 该模具中采用了斜顶的顶出结构形式来推出塑件 (如图2所示) 。同时, 为了让浇注系统中的凝料方便地从模具中脱出, 保证模具工作过程正常进行, 模具在分流道上也设置了2根顶杆, 用来增强顶出力, 使凝料和制件一起从模具中脱落。

根据冷却系统的设计原则, 该模具在动模部分和定模部分均采用了循环式冷却形式的冷却系统 (如图2所示) 。

2.4 斜顶机构的设计

塑件上有四处倒扣结构如图4所示, 为了方便脱模, 同时在推出过程中不损坏制件, 注塑时容易封住塑料熔体, 倒扣处的设计如图2所示。

斜顶机构是利用斜顶杆在开模时一方面进行侧向的抽芯动作, 另一方面同时顶出制件。这类侧向分型抽芯机构的特点是结构紧凑, 动作安全可靠, 加工制造方便。

2.5 模架的选择及排气结构

考虑模具的加工制造成本, 该模具采用了龙记标准模架, 其型号为CI 2525-A50-B50-C80。模架中的定模板和动模板采用了开框结构设计。模具的型腔部分采用了定模型腔镶件和动模镶件、型芯等零件组成, 以便于成型零件的加工制造和使用磨损后的维修。模具的排气结构考虑型腔的容积空间大小, 并考虑模具的成型零件的设计方案, 该模具采用了分型面间隙及推杆与镶件间的间隙、成型零件间的间隙来进行排气。间隙的大小控制在0.03mm以内, 以不超过塑料的溢边值为限。

3 模具的工作过程

模具的总体结构如图2模具装配图所示。当塑料制品在模具型腔中充分冷却后, 在注射机开模机构的作用下, 模具由A板11与B板12之间打开, 动模部分同时后退, 浇注系统凝料同时从主流道中脱出, 随动模一起与塑件往后运动, 当移动一定距离后, 注射机的顶出系统作用于顶板16, 带动斜顶杆3、顶杆4以及顶杆固定板14向前运动, 斜顶杆3在进行侧向分型抽芯的同时, 又顶动制件, 将制件及浇注系统中的凝料从模具顶出来, 完成模具的脱模过程。

模具合模时, 注射机的顶辊复位, 模具上的顶杆固定板14在复位杆18的复位作用下, 回到成型位置, 同时, 斜顶杆3也回复到成型位置, 动、定模在注射机合模机构的作用下进行锁模, 模具处于完全闭合状态回到成型位置, 进入到下一个工作循环。

4 结语

合理地确定分型面和型腔数, 便于模具中设计侧向分型与抽芯机构, 模具结构紧凑, 模具便于加工制造。经检测, 该模具结构合理, 能满足生产实际需要。

参考文献

[1]塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[2]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社, 2005.

智能避雷定时插座的设计篇5

通常人们日常生活中使用的插座,只具有单一功能,实现开关和接用各种电器,但有时需要对电器设备进行时间控制。另外通常的插座不具备避雷的作用,当发生雷击时,接在插座上的电器(例如:电视)就可能被烧毁。因此,人们需要具有定时和避雷功能的智能插座。智能避雷定时插座将定时功能加入到插座中,用户可以根据需要自由设定时间,待时间到达时,插座自动接通或者断开。当发生雷击时,插座保持断电状态,保护接在插座上的电器。

1 系统组成

智能避雷定时插座,包含一个变压器,将AC220 V变成AC 9 V;一些二极管组成全波整流电路;一些电容组成滤波电路;一个7805稳压块,以上部分组成稳压电源把AC 220 V变成DC 5 V。3节5号电池组成4.5 V备用电源;DC 5 V继电器电路,通过继电器的得电或失电来控制插座的通电或断电;一个4位共阳极7段数码管;一些按钮、RC滤波电路组成输入电路,RC滤波电路可防止按钮输入的抖动影响;瞬态电压抑制二极管组成防雷保护电路,当有雷电发生产生过电压时,过压电流可经瞬态电压抑制二极管入地,从而保护电器设备。一个AT89C51单片机系统;一个ULN2003A集成芯片,该集成芯片提高了单片机的驱动能力;两个二极管组成电源选择电路,选择电路的作用是当有AC 220 V时,稳压电源提供DC 5 V给单片机系统,当AC 220 V断电情况下,由电池提供DC 4.5 V给单片机系统。

2 系统硬件

智能避雷定时插座的硬件部分通过以下技术方案来实现。

2.1 稳压电源电路

稳压电源电路如图1所示。变压器变压后的9 V交流电经过整流电路、滤波电路、7805稳压电路后,输出DC 5 V电压。

2.2 DC 5 V继电器电路

继电器电路如图2所示。当JDSC端有DC 5 V时,继电器不工作,220V1端与220V3端断开,插座断电;当JDSC端有0 V时,继电器工作,220V1端与220V3端接通,插座通电。

2.3 4位共阳极7段数码管电路

数码管电路如图3所示。采用动态显示方式,4BIT端、3BIT端、2BIT端、1BIT端循环高电平,逐一点亮每一位数码管,使4位7段数码管高速循环显示,从而显示出当前数值[1]。

2.4 按钮、RC滤波电路组成输入电路

输入电路如图4所示。按钮开关的结构为机械弹性元件,在按键按下和断开时,触点在闭合和断开的瞬间会接触不稳定(抖动),键盘的抖动时间一般为5～10 ms,抖动现象会引起CPU对一次按键操作进行多次处理,从而产生错误。为了消除抖动现象,采用了RC滤波电路,例如,当按钮S1按下时,由于电容两端电压不能突变,QIEH端并不能立即变成0 V,要待电容C4放电结束(约10 ms时间)后,QIEH端才为0 V,从而有效避免了一次按键操作进行多次处理。

2.5 防雷保护电路

防雷保护电路如图5所示。当有雷电发生产生过电压时,过压电流可经线地之间的瞬态电压抑制二极管VD2、VD3入地,而它们的对地电压之差又被两线间双极型瞬态电压抑制二极管VD1进一步抑制,从而保护电器设备。

2.6 ULN2003A集成芯片和单片机的综合应用

ULN2003A集成芯片和单片机综合应用如图6所示。在单片机控制系统中,常需要用开关量去控制和驱动一些执行元件[2],但80C51单片机驱动能力有限,且高电平(拉电流)比低电平(灌电流)驱动电流小。通常会采用晶体管相关电路来提升驱动能力,单片机一个输出点对应一个晶体管驱动电路,当单片机系统由多个输出点时,晶体管驱动电路就会比较多,会占用印刷电路板的空间,而且晶体管驱动电路的驱动能力有限。为了节省印刷电路板空间和加大驱动能力,采用ULN2003A集成芯片和单片机的综合应用。ULN2003A集成芯片每片封装了7个达林顿管,每个驱动管的输出电流可达500 mA(峰值600 mA),输出电压达DC 50 V,为感性负载集成了抑流二极管,对于较大的电流,可以将输出并接使用,输入与TTL/CMOS/PMOS/DTL兼容。

ULN2003A集成芯片在使用时,相当于一个反向器。如图6所示,当P2.0为低电平时,4BIT为高电平,第4位数码管选通;当P2.0为高电平时,4BIT为低电平,第4位数码管不显示。

2.7 电源选择电路

电源选择电路如图7所示。当AC 220 V有电时,稳压电源电路正常输出DC 5 V电压,VCCG处有DC 5 V电压,这时二极管D2导通,二极管D1截止,VCC处输出DC 5 V电压;当AC 220 V失电时,稳压电源电路不能输出DC 5 V电压,VCCG处悬空,这时二极管D1导通,二极管D2截止,VCC处输出DC 4.5 V电压,改为备用电池供电(如图6)。

当采用备用电池供电时,ULN2003A集成芯片输出端VCCG悬空,所以4BIT、3BIT、2BIT、1BIT、JDSC悬空,继电器不工作,数码管中数字不显示,节省备用电池的电能。数码管中间两点显示是独立控制的(如图3),引脚7上面接的是VCC,电池供电时,VCC处输出DC 4.5 V电压,所以中间两点是有显示的,表示系统仍然在工作中。

3 系统软件

单片机系统的主程序用于设定中断系统和定时器的初值,然后一直等待定时中断的产生,如图8所示。定时中断程序是实现系统功能的核心部分,在定时中断程序中实现数据处理和按键扫描检测以及根据条件实现对继电器的控制,从而实现插座的接通和断开。

进入定时中断程序,程序首先检测用户是否按功能切换键如图9所示,用户每按一次功能切换键,程序变换一下执行方向,程序由执行功能一程序段变换成执行功能二程序段,或者程序由执行功能二程序段变换成执行功能一程序段,然后执行数码管显示程序,让用户能够看到正在执行的时间,然后重装定时器初值,返回主程序,等待下一次定时中断产生。

功能一程序段主要实现倒计时接通或者关闭插座的功能。进入功能一程序段,程序先检测用户是否按确认键,没按确认键,程序进入时间设定部分,用户可以自由设定时间;按确认键,程序则进入倒计时状态,待时分秒全为零时,插座接通或者断开。然后检测用户是否按复位键,按复位键系统复位,时分秒全归零、插座断开;没按复位键,退出功能一程序段。功能二程序段显示时间,初态为00:00,用户可以自由设定时间,用户还可以设定插座接通和断开的时间,当时间达到时,插座接通或者断开。

4 系统功能

智能避雷定时插座有5个按键供用户操作,分别是功能切换键、时调整键、分调整键以及开时间设定/复位和关时间设定/确认键两个复用键,两个复用键在功能一中分别起到复位、确认的作用,在功能二中则是相应的第二功能。系统初次通电后,自动处于功能一状态,每按一次功能切换键,功能一与功能二作一次切换。

智能避雷定时插座初始状态四位数码管上时分都显示为零,用户可以通过时调整键和分调整键自由调整时、分的数值,然后按确认键,系统开始倒计时,当时分秒都等于0时,继电器的状态作一次变化(由通到断或由断到通),插座的通断则也发生一次变化,继电器的额定工作电流是20 A。

无论系统处于功能一状态还是功能二状态,当有雷电发生产生过电压时,过压电流经过瞬态电压抑制二极管入地,插座没有电压,从而保护电器设备。

5 结语

智能避雷定时插座内分别设有定时电路和防雷电路,可以同时起到定时和防雷的作用,这样就大大地方便了人们的日常生活,而且能够对接在插座上的电器形成有效的保护。智能避雷定时插座在实际应用中取得了很好的效果。

参考文献

[1]孟祥旭,李学庆.人机交互技术——原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

自动断电电源插座研究篇6

1 自动断电电源插座总体方案设计

1.1 总体结构设计

自动断电电源插座主要由手动启动按钮、交流电源输入、启动延时电路、主控电路、主设备电流检测电路、驱动控制电路、直流供电电路、主设备插座以及外部设备插座。采用NE555时基电路作为主控电路, 由一个主设备插座和一个或一个以上外部设备插座为设备提供输出电源。交流电源输入的其中一路直接通过驱动控制电路与外部设备插座、主机插座单元相连, 另一路通过手动启动按钮经直流供电电路后再与主设备电流检测电路、启动延时电路和主控电路相连。另外主设备电流检测电路和启动延时电路均与主控电路的输入端相连, 而主控电路的输出端通过驱动控制电路与外部设备插座、主机插座单元相连, 其总体结构如图1所示。

1.2 主要功能电路分析

1.2.1 直流供电电路

直流供电电路采用阻容降压结构电路, 阻容降压的核心部分为电阻和电容并联电路, 其工作原理是利用容抗限流, 其电容器为限制电流和动态分配电容器及负载两端电压的角色, 由于阻容降压电路空载时市电220V电压大部分都加到电容C上。故电路设计过程中其限流 (降压) 电容器C一定要选择高耐压值且大于两倍电源电压值。实际上此电路中的电容仅起到限流作用, 它类似于电阻有自身的容抗抑制电流, 因此阻容降压电路类似于市电串接电阻后输出, 实际的输出电压取决于负载电抗, 极不稳定。一般都采用稳压管进行稳压, 在输出电流小于最大电流情况下, 输出电压值等于稳压管电压。

1.2.2 主控电路

主控电路采用555时基电路, 外部另配上适当阻容元件即可以构成单稳态触发器, 单稳态触发器存在稳态和暂稳态两种状态。当有触发脉冲信号输入时, 单稳态触发器将由稳态变为暂稳态, 其暂稳态保持一定时间后, 能自动返回到稳定状态。当没有触发脉冲信号时, 其单稳态触发器处于稳态。为确保电路能够实现单稳态触发, 其触发脉冲信号必须是窄脉冲信号, 且比暂稳态的时间还要短, 否则触发作用将始终存在, 输出信号将不能返回至低电平。

1.2.3 驱动控制电路

继电器控制电路包括继电器和二极管, 驱动控制电路继电器线圈一端与主控电路输出端相接, 另一端与直流供电电源接地端相连, 当主控电路输出为高电平时继电器的线圈通电, 此时继电器触点闭合, 从而实现了主控电路对继电器的控制。当主控电路输出为低电平时继电器绕组会感应出一个较大的自感电压, 为了消除这个感生电动势对电路造成的有害影响, 继电器线圈两端反向并联一个二极管吸收反向感生电动势, 确保产生的感生电动势叠加后加到控制继电器线圈的主控电路输出端跟地之间不会被击穿。

2 电路设计

2.1 电路结构

自动断电电源插座电路图如图2所示。

其主控电路采用由555时基电路。直流供电电路采用阻容降压结构电路, 由电容C1、C2、C3、电阻R1、R2以及二极管D1、D2、D5组成。电容C4和电阻R4构成启动延时电路, 相线L和零线N实现交流电源输入。主设备电流检测电路包括电容C5, 电阻R3-R5, 三极管Q1和二极管D3。驱动控制电路由继电器K1以及二极管D4构成。主设备电源插座单元为J1, 外部设备插座为J2。交流电源输入的相线L通过启动按钮S1与直流供电电路并联的电阻R1电容C1相接, 主设备电流检测电路的电阻R8和主控电路的4、8脚与直流供电电路的输出端相接, 启动延时电路的电阻R4和电容C4相连再与主设备电流检测电路的三极管Q1集电极、主控电路的2、6脚相连, 驱动控制电路的K1、D4与主控电路的输出端相接, 交流电源输入相线L和外部设备插座J2、主设备插座单元J1均与驱动控制电路中继电器K1的被控端1、2端和启动按钮的公共端相连, 主设备插座的另一端通电流检测电路中的取样电阻R5再与220V交流电源输入零线N相连。

2.2 断电工作原理

当启动按钮S1按下时, 220V交流电源经S1后由R1、C1完成降压, D1、D2实现整流, R2起限流作用, C2、C3滤波, 再由12V稳压管D5稳压输出12V直流电源, 该直流稳压电源由启动延时电路中的电阻R4向电容C4充电时, 主控电路中555集成电路2、6脚电压低于8V, 主控电路的输出端输出电压为直流电源电压, 驱动控制电路K1的控制端3、4得电, 被控端1、2闭合, 主设备插座J1、外部插座J2和直流供电电路得电, 当启动按钮按下后30秒内主设备仍未工作, 电流取样电阻R5上检测到通过主设备插座的电流较少, 三极管Q1截止, 集电极为直流电源电压。此时启动延电路中电容C4没有发生突变, 电源由电阻R4向电容C4充电, 当充电至主控电路555集成电路2、6脚电压高于8V时, 其输出端输出为零, 此时驱动控制电路中K1的被控1、2端断开, 直流供电电路、主设备插座J1和外部设备插座J2的交流电源被自动断开。当30秒以内开启主设备的电源开关, 主设备插座中的取样电阻R5上产生压降经D3整流C5滤波后, 再由R3与三极管Q1的基极相连, 三极管Q1导通, 三极管的集电极电压为零, 主控电路的输出端输出直流电源电压, 驱动控制电路K1继续维持闭合状态, 主设备插座J1、外部设备插座J2和直流供电电路得电。当主设备关机后处于待机状态, 主设备插座电路中的电流取样R5检测到流过主机插座的电流减少, 三极管Q1截止, 三极管Q1的集电极为直流电源电压, 由于启动延时电路中电容C4没有突变, 电源通过电阻R4向电容C4充电, 当充电至主控电路555集成电路的2、6脚电压高于8V电压时, 主控电路输出端输出为零, 驱动控制电路中K1的被控1、2端断开, 直流供电电路电路、主设备插座J1和外部设备插座J2的220V交流电源被切断, 达到了电源插座自动断电功能。

3 结语

基于用电设备关机后转待机情况电流变化的不同设计了一种自动断电电源插座, 能够实时响应、方便使用、节能环保, 其稳定性和可靠性完全满足人们使用需要, 真正实现了待机自动断电的功能。

摘要：针对日常生活中家用电器产品长期处于待机状态造成耗电大的现象, 研究并开发一种自动断电电源插座是有必要的。该插座可根据用电设备电流大小的不同来判断用电设备为工作状态还是待机状态。如果检测为工作状态转为待机状态时, 主控电路控制插座电源停止输出, 实现自动断电。实践证明, 该插座能在用电设备工作中实现自动断电, 既保证了用电安全, 又可以降低日常电器静态功耗造成的用电损耗。

关键词：自动断电,电源插座,安全用电,节能

参考文献

[1]孔令文.家用电器长期“待机”有危害[J].中国消防, 2009 (18) :49.

[2]李进学.家用电器长期“待机”有危害[J].科普天地, 2009 (12) :13.

[3]王宏.智能节电插座省电就是省钱[J].现代营销:创富信息版, 2008 (7) :23.