塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院　劉　川　張　慶　何文軒　師曉玲　劉　鵬　左靖人　王　麗

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基于51單片機的多功能智能插座的設(shè)計研究

塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院劉川張慶何文軒師曉玲劉鵬左靖人王麗

【摘要】本設(shè)計以實用性和安全性的角度為出發(fā)點，采用美國Atmel公司的AT89C51單片機作為裝置核心控制部件，加上外圍的定時設(shè)置按鍵、12864顯示器、無線遙控模塊、USB供電模塊、紫外線燈驗鈔模塊等相關(guān)功能電路，使用Keil Uvision5計算機軟件編寫主控芯片的C控制程序，對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能描述進(jìn)行了充分的優(yōu)化后設(shè)計了一種控制精確、安全實用的可實現(xiàn)定時開啟和關(guān)斷、無線遙控通斷、減少待機損耗、備用電源、過流保護(hù)等多功能的智能插座。設(shè)計的實用性比較強，適合普通的大眾家庭使用，其為人民的生活提供了諸多便利，適合推廣。

【關(guān)鍵詞】精確控時；單片機；無線遙控；減少待機損耗

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的高能耗電器逐漸進(jìn)入了人們的家庭里，其為我們的生活創(chuàng)造了很多便利的同時也造成了一些潛在問題，比如未及時完全關(guān)閉電器電源時待機功耗的浪費等，這使家庭能源的消耗急劇增長，造成了大量的能源浪費。抽樣調(diào)查表明，中國城市家庭的平均待機耗能已經(jīng)占到了家庭總能耗的10%左右，相當(dāng)于每個家庭使用著一盞15至30瓦的“長明燈”。與此同時，不斷開電源使電器長期處于待機或工作狀態(tài)，可能會引起災(zāi)難性事件。此外，在一些特殊的場合里，由于特定要求需要在規(guī)定的時間段里實現(xiàn)定時通斷，或者在雙手不方便的時候需要遙控通斷電，所以為了滿足人們的需求，對于具有定時器功能和無線遙控功能的節(jié)能插座的設(shè)計與研究也變得尤為重要。

1　設(shè)計要求與研究流程

1.1設(shè)計要求

定時器功能：可實現(xiàn)智能插座在設(shè)定時間內(nèi)的定時開啟和關(guān)斷；

遙控斷電和通電：通過無線遙控器可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離隨時遙控斷電和遙控通電；

減少待機功耗：在用電器處于待機狀態(tài)下插座可以自動斷電，減少待機功耗；

短路保護(hù)：當(dāng)短路或者功率過大時，自恢復(fù)熔斷器斷開，正常時閉合供電；

此外，它還具備紫外線驗鈔、備用電源、USB5V供電等功能。

1.2實驗研究流程（見圖1）

2　設(shè)計研究方案

2.1裝置的組成與簡要介紹

本設(shè)計主要由定時器模塊、無線遙控模塊、防止待機損耗模塊3大電路組成，除此以外、還有USB5v供電模塊、紫外線驗鈔模塊、短路保護(hù)模塊、220v轉(zhuǎn)12v和5v雙輸出模塊等輔助電路，當(dāng)所有的模塊系統(tǒng)統(tǒng)一起來后智能插座智能插板可實現(xiàn)定時開啟和關(guān)斷、實現(xiàn)家用電器0待機功耗、可實現(xiàn)對家用電器的隨時遙控能斷、還可以實現(xiàn)應(yīng)急電源的開啟和具備紫外線驗鈔功能以及有過載保護(hù)、防漏電等多種功能。裝置實用性強，價格便宜，適合普通大眾家庭使用，適合推廣。

圖1

2.2實驗實例列舉

設(shè)計重點研究傳感器對電流自動實時檢測并將輸入信號通過處理轉(zhuǎn)送到單片機中進(jìn)行分析，通過與待機電流對比，當(dāng)在待機電流范圍內(nèi)并經(jīng)過一定延時時間，自動將電器電源完全切斷，使家用電器的待機功耗降低至0，實現(xiàn)電器設(shè)備無待機能耗的電源轉(zhuǎn)換，從而節(jié)約了不必要的電能消耗。其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

通過對獨立按鍵的操作可以實現(xiàn)智能插座的定時開啟與斷開，我們可以根據(jù)作息時間來設(shè)置它在確定時間下的工作情況，其電路如圖3所示。使非智能電器具有智能的工作方式，適合普通大眾家庭使用。

研究無線遙控家用電器的通電，通過無線遙控器可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離隨時遙控斷電和遙控通電，為我們的生活帶來便利。

圖2

圖3

3　系統(tǒng)工作流程

圖4　系統(tǒng)工作流程圖

4　研究結(jié)果分析

4.1多功能智能密碼鎖研究分析

多功能節(jié)能智能插板是源于對生活的細(xì)心觀察，系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)明確，技術(shù)路線合理，成果非常實用，為人們的生活提供便利，值得研究。定時器與無線遙控功能可以滿足人們的許多特定通斷要求，提高了插座的實用性，防止待機功耗功能可以減少能源浪費，響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召。

4.2多功能智能密碼鎖的優(yōu)越之處

○多功能節(jié)能智能插座是一種智能控制裝置，此裝置可以自己切斷電器電源以節(jié)省電量，使用戶不需要時刻記得關(guān)閉電器。

○裝置可以按時開啟電源，上下班，不再擔(dān)心黑燈瞎火，因為它已經(jīng)幫你開好了夜燈，在吃完飯又可以洗個熱水澡，魚缸里也可以實現(xiàn)定時供養(yǎng)氧，為人們忙碌的生活提供了便利。

○遠(yuǎn)距離無線遙控，在不方便的情況下可以實現(xiàn)遙控控制。

○限流限壓，可以解決在功率過大時可能引起火災(zāi)的安全問題。

○備用光源，在停電時自帶燈光系統(tǒng)可以實現(xiàn)照明工作，為生活提供便利。

○簡單的紫外線驗鈔可以實現(xiàn)隨時驗鈔，貼近生活具有很高的工作范圍。

5　總結(jié)

本設(shè)計研究從生活出發(fā)，以日常中的實際問題為出發(fā)點，設(shè)計研究了一款可以實現(xiàn)具備定時器功能、遠(yuǎn)距離無線遙控以及限制待機能耗等多種功能的多功能智能插座，大大方便了人們的生活需要，提高了生活質(zhì)量。此外裝置系統(tǒng)穩(wěn)定性好，安全可靠具有廣闊的市場前景。

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劉川，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于塔里木大學(xué)。

王麗，塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院副教授，研究方向：無損檢測和智能控制技術(shù)的研究。

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