多用型智能插座設計

第1頁共21頁多用型智能插座設計摘要：多用型智能插座是一款基于51單片機定時及時鐘顯示、電壓互感器、電流互感器檢測輸電線路電壓電流變化，結(jié)合單片機控制平臺、經(jīng)過一定的算法，對線路進行設定和保護，是一種集準確高精度定時、過壓過流保護、變換電壓檔位等功能于一體的新型智能插座。具有安全保護，單一定時或統(tǒng)一定時，節(jié)能省時，方便。關(guān)鍵字：智能插座準確定時電路保護多級電壓變換目錄TOC\o"1-3"\h\u26076一、作品概述 118432二、基本功能 124121三、方案設計 2193.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2239743.2硬件設計 2269973.2.1系統(tǒng)概述 2201293.2.2各部分電路設計 4252823.3軟件部分 87973.3.1主程序流程圖 83.3.2定時程序流程圖8216993.3.3電流互感器感器采集部分流程圖： 9114843.3.4電壓互感器感器采集部分流程圖： 9199423.3.5變壓部分電路流程圖： 1019086四、可行性分析及性能優(yōu)勢 1121515五、創(chuàng)新點和解決的問題 11一、概述多用型智能插座是一款基于51單片機定時、電壓互感器、電流互感器檢測輸電線路電流，結(jié)合單片機控制平臺、經(jīng)過一定的算法，對線路進行保護，是一種集準確高精度定時、過壓過流保護、變換電壓檔位等功能于一體的新型智能插座。其創(chuàng)新點在于家庭型智能插座，具有多功能、用途廣泛、方便等特點，避免了小型家用電器由于沒人看管且需要定時斷電的情況，還有當電壓過高電流過大燒毀用電器的危險，解決了不同國內(nèi)外及進出口電器類產(chǎn)品的電壓不同的問題。二、基本功能目前插座大部分只起到單一供電作用，提供用電器電能使其工作，作用過于單一。該種插座的功用比較齊全，可以解決日常生活中的很多問題，多用型智能插座是一款基于51單片機定時顯示、電壓互感器、電流互感器檢測輸電線路電流，結(jié)合單片機控制平臺、經(jīng)過一定的算法，對線路進行保護，是一種集準確高精度定時、過壓過流保護、變換電壓檔位等功能于一體的新型智能插座。多用型智能插座中我們加入了定時模塊，并用1602液晶顯示當日日期及時間和所設定的時間，具有可視性，多用于現(xiàn)在小型用電器的定時工作，該插座可實現(xiàn)單一定時也可用作統(tǒng)一定時供電，比較靈活方便；采用了電壓互感器和電流互感器來測的線路電壓及電流及時輸入單片機進行信號分析處理，達到實時監(jiān)測的功能。隨著進出口家用電器設備的增多，對電壓的要求也越來越多，所以多級調(diào)壓顯得越來越重要，本作品可以實現(xiàn)了多級常用電壓調(diào)換的功能方便人們生活。三、方案設計3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3-1多功用智能型插座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2硬件設計3.2.1系統(tǒng)概述（1）主控芯片本系統(tǒng)所用主控芯片為STC89C52主要用于進行定時設置、采集輸電線路電壓電流信號、信號輸入執(zhí)行分析算法、控制線路通斷。圖3-2STC89C52穿心式電流互感器穿心式電流互感器其本身結(jié)構(gòu)不設一次繞組，載流(負荷電流)導線由L1至L2穿過由硅鋼片搟卷制成的圓形(或其他形狀)鐵心起一次繞組作用。二次繞組直接均勻地纏繞在圓形鐵心上，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷串聯(lián)形成閉合回路，見圖3-3。圖3-3穿心式電流互感器結(jié)構(gòu)原理圖由于穿心式電流互感器不設一次繞組，其變比根據(jù)一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數(shù)確定，穿心匝數(shù)越多，變比越小；反之，穿心匝數(shù)越少，變比越大，額定電流比：。式中I1——穿心一匝時一次額定電流；n——穿心匝數(shù)。（3）電壓互感器電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成人身和設備事故。測量用電壓互感器一般都做成單相雙線圈結(jié)構(gòu)，其原邊電壓為被測電壓（如電力系統(tǒng)的線電壓），可以單相使用,也可以用兩臺接成V-V形作三相使用。圖3-4單相電壓互感器繼電器控制電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來使D和E接觸，工作電路閉合。電磁鐵斷電時失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。用低電壓控制高電壓；遠距離控制。3.2.2各部分電路設計Ⅰ電源模塊：電源采用9V的高容量的碳性電池經(jīng)穩(wěn)壓芯片變換后為各個模塊提供5V的直流供電電源，采用7805穩(wěn)壓芯片主要是其電壓穩(wěn)定，驅(qū)動電流大，受負載波動小等優(yōu)點。圖3-5電源部分電路圖Ⅱ時鐘芯片圖3-6時鐘芯片外圍電路Ⅲ定時和顯示模塊：voidmain(){lcd_init();ds1302_init();buzzer=0;delay(20);buzzer=1;while(1){ keyscan(); miao=BCD_decimal(read_1302(0x81)); fen=BCD_decimal(read_1302(0x83)); shi=BCD_decimal(read_1302(0x85)); week=BCD_decimal(read_1302(0x8b)); write_sfm(9,miao); write_sfm(6,fen); write_sfm(3,shi); write_sfm1(12,miao1); write_sfm1(9,fen1); write_sfm1(6,shi1); write_week(week); if(compare()) beep(); elsestay(); }}Ⅳ提示模塊：我們采用蜂鳴器進行提示定時時間已到，自動切換電源。圖3-7提示模塊Ⅴ變壓模塊該變壓器可實現(xiàn)多級調(diào)壓，容量較大，供多種用電器使用。圖3-8變壓器3.3軟件算法3.3.1主程序流程圖（1）程序流程主程序首先需要初始化定時器的參數(shù)和一些變量，然后進入一個循環(huán)結(jié)構(gòu)，在循環(huán)中始終只做兩件事，一是鍵盤的掃描，二是數(shù)碼管的動態(tài)掃描。在掃描鍵盤后，根據(jù)前一次按鍵的結(jié)果是否與本次鍵值相同。如果不同，表示有鍵按下或彈起，同時用本次按鍵值更新上一次的按鍵值。這樣設計旨在避免一個按鍵長時間按下時被重復判為有新鍵按下，使得當前按下的鍵只有松開后，下一次按下時才算為一次新的按鍵。根據(jù)按鍵的值分別改變變量（state_val）的值或者在設置狀態(tài)時的倒計時初始值。完整的主程序圖如下圖所示。圖3-9主程序流程圖3.3.2定時顯示部分流程圖：3.3.3IIC采集傳感器數(shù)據(jù)程序流程圖3.3.4過壓過流保護程序流程圖：圖3-10過壓過流保護部分可行性分析及性能優(yōu)勢在目前中國市場上流通的插座功能大多比較單一，而本款插座集中了多項功能于一身，可以滿足用戶的各種需求。其主要功能有：定時功能，插座進行多時段自動通斷電控制、給用戶帶來方便，減少某些電器主機運轉(zhuǎn)時間，從而延長電器主機的使用壽命達到節(jié)能的目的。過流過壓功能，插座通過內(nèi)部的壓敏電阻MY和雙向可控硅VS可以防止電流電壓因意外情況突然增大，從而保證了用電器的安全。變換電壓與其頻率的的功能，插座可處理AC（110/220V）標準電壓，最高可負載2200W，可以滿足用戶出國旅行、商務考察、出國留學等的不同時間地區(qū)的要求。五、創(chuàng)新點和解決的問題1、定時模塊24小時機械定時器:最小設定時間:15分鐘，最大設定時間:24小時2、過壓過流保護模塊利用電壓電流互感器可以將火線零線回路中的電壓電流降低為原來的1/1000的低電壓，同時經(jīng)過單片機的AD取值，將其和用電器所能承受的最大電壓電流進行比較，當超過額定值時，則向繼電器發(fā)出信號，斷開用電器電源，從而保護用電器的安全。3、變壓模塊插座可處理AC（\t"_bl