基于單片機的智能定時插座

基于單片機的智能定時插座

陳雙強楊文韜王立威楊光輝燕順利祝昆（六盤水師范學院物理與電子科學系，貴州六盤水553004）摘要：本文介紹一種以STC90C516RD+單片機為核心制作的定時開關電路?？梢詫崿F二十四小時定時控制繼電器通斷，能夠為負載功率2500W的用電設備提供交流供電。在電源和時鐘顯示及單片機的選擇上都是運用了最新版本的設計，設定時間長，定時效果好，可接負載功率大，較好的滿足了一般家庭用戶小功率電器自動定時開關的需要，功耗低，能進行多組定時、成本低。關鍵詞：定時繼電器供電TP368.1：A：1003-9082（2015）05-0309-0121世紀科學技術日新月異，人們的物質文化水平得到不斷提高，對家庭舒適程度和智能家居提出了更高的要求，家庭用電器怎么樣實現智能改造，如何讓電力使用更加節(jié)能環(huán)保成為當前物聯網技術研究一個重要課題。本定時插座適用于家庭電力管理，方便合理預設、控制家庭用電，而且達到了節(jié)能環(huán)保的目的?？梢苑奖愕貙崿F24小時之內的中功率用電器預設定時通斷，可以用于家庭電話煲、空調等設備的控制，極大地提高了這些設備的智能化水平，同時成本不高，易于推廣。一、智能定時插座總體結構插座主要由六個模塊構成，電路框圖如圖1所示。以單片機STC90C516RD+為中心，包含計時模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、繼電器強電控制模塊，采用5V穩(wěn)壓電路為單片機供電。鍵盤輸入和時間顯示能很好地實現人機對話，接收操作者對通斷時間的設定，再由單片機內部設定的程序完成對繼電器的控制。二、系統(tǒng)軟硬件分析1.硬件設計電源采用橋式整流濾波電路供電，顯示電路采用液晶顯示，由C51芯片直接驅動。下面對主要對繼電器驅動關鍵電路作簡要說明。如圖2為繼電器驅動部分原理圖，當單片機輸出高電平時，繼電器驅動電路啟動，繼電器線圈導通，常開觸點閉合，保險管有電流通過，插座兩端帶電；反之，輸出低電平實現對用電器的斷電。單片機的P3.6輸出高低電平1、0作為控制信號讓繼電器推動級工作在飽和區(qū)和截止工作區(qū)，控制繼電器實現接通和斷開動作，實現對220V用電器的供電。單片機STC90C516RD+的P3.6輸出端帶負載能力很弱，采用直接驅動單片機不能直接控制繼電器。單片機P3.6在空載時的輸出高電平為5V,接入繼電器晶體管開關電路推動級，在三極管Q3基極從P3.6端獲得電的高電平電壓僅為0.019V，Q3根本無法區(qū)分高低電平，從而不能[來自wwW.lW5]驅動繼電器實現對交流電路的通斷控制。為了增加P3.6的帶負載能力，引入全互補發(fā)射極跟隨器，電路中采用s8050和s8550來實現，降低負載繼電器對P3.6的輸出高電平的影響，保證繼電器能夠正常工作。為了提高Q3的響應時間，在Q3基極并聯一個0.01μF的加速電容，在Q1導通瞬間，C1兩極板電壓不能突變，相當于短路，快速給Q3基極提供電流，使Q3基極達到0.7V左右，從而Q3快速飽和；P3.6輸出低電平瞬間，Q1截止Q2導通，Q3基極為-0.7V（自舉效應），提供一個負電壓加速Q3截止。`在電磁繼電器推動級集電極輸出端，電磁繼電器是一個感性負載，需要反復導通和截止，由于電磁感性現象，會產生一個很大的反向電動勢，導致推動管承受巨大的浪涌電流，最終損壞Q3，因此接入續(xù)流二極管D1，利用其單向導電性使感應電動勢快速短路消除。系統(tǒng)整機電路如圖3.2.控制程序設計電路采用STC90C516RD+單片機控制，開發(fā)軟件環(huán)境為KeiluVision4編程軟件，采用C語言編程，使用STC—ISP軟件進行.Hex文件代碼燒寫。包括系統(tǒng)初始化、調用顯示子程序、調用按鍵子程序以及繼電器控制子程序，所完成功能是通過按鍵對時間設置和定時，判斷定時時間是否達到以控制繼電器的通斷，從而控制用電器電源的開啟或關閉。三、數據測試1.繼電器帶負載測試在高平和低平的時不難看出兩種情況下的電壓值，低平時電壓值幾乎為0，高平時電壓值保持在4.3V左右。從這個數值可以分析，驅動電路部分幾乎沒有回流電流。里邊的幾顆晶體管起到了很好的防止電流回流的作用。2.電源部分測試分析以上測試波形可知，在高頻階段濾波效果還不是很好，但經過小電容濾波過后效果有明顯改變。但還存在一個問題是在通過濾波過后有一個電壓降，在無負載的情況下，電壓降達2.16V，在帶負載的情況下，電壓降為1.52V。由此可分析在有負載的情況下電壓降減小，這樣有利于在運行電路時降低外圍電路的功耗。3.單片機部分測試單片機的部分電流和電壓測試參數如表2所示。由上四幅圖中可以看出，不管是高電平還是低電平驅動電路在沒有進行濾波時，輸出的波形都含有紋波，低電平時在高頻率范圍內紋波很嚴重。當在加入濾波電路過后，紋波有明顯減小。但是再加負載的高電平中，輸出的波形經過濾波波形還是有一定的波動。但對后面的驅動電路部分影響也不是很大。4.軟件部分調試在軟件配合硬件調試時，只有在開和關時間相同是才會開，并且都是在00:00：00時候超過這個時刻就關，關掉后不管怎樣調都不會再開。只有在都是00:00：00時候有才開，其他時刻都不能在控制。后來根據程序流程圖分析了一下，原來是程序有問題，結果把程序調整過后就能夠正常在任意時刻控制繼電器的開、關了。整體電路實物連接圖。四、結論實驗表明：定時插座可以實現24小時內2.5kW以內的用電器開關控制。能夠驅動2500W左右的負載，整個設備功耗損失也控制在了預定的范圍內，達到了設計的要求。參考文獻[1]邱富軍.基于可編程邏輯器件的定時開關控制系統(tǒng)應用研究[D].電子科技大學，2009：120-150.[2]劉凱凱,孫緒保,高飛,等.基于內部EEPROM的自動電子定時開關的設計[來自www.LW5][J].微型機與應用,2011,30(7):114-115.[3]丁曉雪.帶定時開