智能电源插座设计[文献综述].doc

1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 智能电源插座设计 摘要： 普通家用插座仅具有导通 、 断电功能，没有保护功能和安全事故预防功能等 。 随着物联网的发展，电源插座也趋向智能化，多功能化 1。由单片机控制的智能电源插座具有无线遥控，定时通断，过流过压保护等功能。 本文主要是讲述单片机在智能电源插座中的运用，并将其运用于智能电源插座的控制系统。 关键词： 智能插座； 无线遥控 ； 定时 ；保护；单片机 一 、 引言 家用电器的广泛使用，提高了人们的生活水平，但是另一方面，因家用电器的使用也引起了大量的火灾。事故的发生跟 家用电器的电源插座有着密切的相关性 2。所以，研制出一种

2、能够在家用电器出现安全隐患时切断电源的智能插座，是非常重要的事。 现在市场上的绝大数插座不具备任何一个智能功能，可以说现有的插座已经不能适应各方面的需要了，功能新颖的电源插座有着强大的市场需求 3。 二 、 总体设计部分 1无线遥控 方案一：以 D 触发器为主要控制模型的遥控插座 1.功能 （ 1）遥控操作。加入红外遥控接收模块，可以在 20m 范围内控制电源的通断。 （ 2）多路控制。加入信号选择模块，可以同时控制几个供电目的。 （ 3）抗干扰性。加入用户编码 模块，使信号的发送跟接受相对应，屏蔽干扰。 （ 4）可移植性。加入驱动电路模块，可以选择不同的驱动电路 3。 2.主要功能模块 （

3、1）工作电源电路。原理图如图 2-1 所示。 2 图 2-1 整流工作原理图 （ 2）遥控接收电路。采用 NB9149 芯片。模块框图如图 2-2 所示。 图 2-2 遥控接收电路 （ 3）信号控制电路。从 NB9149 芯片发出的选择信号由 74 系列双 D 触发器进行通断控制。模块框图如图 2-3 所示。 图 2-3 信号控制电路 （ 4）放大电路和高压转换电路。采用继电器或者交流接触器为负载服务。模块 框图如图 2-4所示。 图 2-4 放大电路和高压转换电路 3.优缺点 （ 1）优点 :可以多路控制。 （ 2）缺点：红外线不具备穿透性，当遇到障碍物时就无法进行控制，就需采用微波遥控。

4、方案二： 基于 nRF905 射频收发器的无线双向遥控插座 3 1.功能 （ 1） 读取插座上的电压和电流 , 并且通过继电器可控制插座的开关 , 插座最大功率为 1 500W。 （ 2） 过压、欠压、过流等保护。 （ 3）各个插座有唯一的插座码 , 可与总控制器对码 (对码 : 设定总控制器上的某个按键控制某个插座 )。 （ 4） 与总控制器进行无线通信 , 距离 大于 100 m(工作在 433MH z的 ISM 频段 )4。 2.主要功能模块 （ 1） 插座模块。主要包括改装过的插座、电流和电压变换器、继电器、模数转换器、基 准源、 AT89S52和 nRF905 w ireless m

5、odule。模块框图如图 2-5所示。 图 2-5 插座模块 （ 2）总控制器。 主要包括 : AT89S52, nRF905Module, EEP-ROM AK93C46, 1602 LCM, 蜂鸣器和 20个按键。模块框图 2-6所示。 图 2-6 总控制器 （ 3） nRF905无线模块 nRF905单片射频收发芯片 , 工作频率覆盖 433 /868 /915MHz频段 , 具有多个频道 (最多170个以上 ) , 可满足需要多信道工作的特殊场合 ; GMSK 调制 , 抗干扰能力强 , 特别适合工业控制场合。 nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率

6、放大器、通信协议控制等模块 , 曼彻斯特编码 /解码由片内硬件完成 ,无需用户对数据进行曼4 彻斯特编码 , 因此使用非常方便。 3.优缺点 无线模块 nRF905 Module通信正常、误码率低、距离远、稳定性高、可满足实际应用要求。系统 扩展性强 ,只要改变插座部分的电流电压变换器的测量范围 ,则可以调整系统的测量范围 , 系统可以应用于要求有插座控制的场合或普通应用 , 应用性强 , 使用方便。 2.定时部分电路设计 方案一：采用 DS1302时钟芯片进行定时 DS1302 采用三总线接口与单片机进行通信，外接晶振频率 32.768 kHz，工作电流小于320 nA，可以对秒 、 分钟

7、、 小时 、 星期 、 月 、 年进行计数 。 空闲时候将秒寄存器的第七位即时钟暂停位设置为 1，时钟振荡器停止，芯片进入低功耗运行方式，功耗小于 1 W5。 DS1302结构如图 2-7所示。 图 2-7 DS1302结构图 方案二：采用 DS12887时钟芯片进行定时 DS12887时钟芯片的主要功能有：可作为 PC机的时钟和日历；与 MC146818B和 DS1827的管脚兼容；在没有外部电源的情况下可工作 10年以上，不丢失数据；自带晶体振荡器及锂电池；可以对秒 、 分钟 、 小时 、 星期 、 月 、 年进行计数，并有闰年补偿功能；二进制数码或 BCD码表示时间、日历和闹钟； 12和

8、 24小时两种制式。 DS12887芯片的结构包括： 振荡电路、分频电路、周期中断 /方波选择电路、 14字节时钟和控制单元、 114字节 用户非易失 RAM、十进制 /二进制计数器、总线接口电路、电源开关写保护单元和内部锂电池等部分 6。 DS12887芯片 结构如图 2-8所示。 5 图 2-8 DS12887结构图 3.显示模块 LED显示器 LED显示屏是一种通过控制 半导体发光二极管 的显示方式，用来显示 文 字 、 图形、图像、动画、行情、视频 、 录像信号等各种信息的显示屏幕 。 LED的特点有： 色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、清晰度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击、色彩艳

9、丽和工作稳定可靠 。 LED显示器的结构有： 反射罩式、条形七段式及单片集成式多位数字式 等 78。 LCD显示器 LCD显示屏是一种利用液晶的电光效应的显示屏幕。 LCD的特点有： 使用温度范围广、低 电压、耐冲击 9。 LED显示器与 LCD显示器的比较 LED显示器与 LCD显示器相比， LED在亮度、功耗、可视角度和屏幕更新速率等方面，更有优势 10。 4.单片机的选择及介绍 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路 技术把具有数据处理能 力的中央处理器 CPU 随机储存器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器等功能（可能还包括显示驱动电路

10、、脉宽调制 电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的有如下特点：集成度高、体积小、可靠性高。控制能力强，为满足工业控制的要求，单片机的指令系统中均有很多的转移指令、逻辑操作以及位处理指令。具有外部的 软硬件开发技术。单片机系统扩展和系统配置较典型、规范，易构成规模灵活的应用系统。低功耗，低电压，便于生产便携式产品和嵌入式应用系统。它的灵活性好，性价比高等 11。 6 方案一：采用 AVR单片机 AVR微处理器是 Atmel公司的 8位嵌入式 RISC处理器 ,具有高性能、高保密性、低功耗等优点 ,程序存储器和数据存储器可独立访问的哈

11、佛结构 ,代码执行效率高。 单片机内嵌高质量的 Flash程序存储器 ； 单片机的 I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入 /输出、可设定（初始） 高阻 输入、驱动能力强 ； 单片机片内具备多种独立的 时钟分频器，分别供 URAT、 I2C、 SPI使用 ； 单片机有自动上电复位电路、独立的 看门狗 电路、低电压检测电路 BOD，多个复位源 (自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、 BOD复位 )，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性 。 方案二：采用 51单片机 51单片机是对目前所有兼容 Intel 8031指令系统的单片机的统称。 AVR单片机与 51单片机的比

12、较 （ 1） AVR单片机的时钟源可以不经过分频直接提供给 CPU使用，而 51的 CPU主频等于晶振的 12分频， Atmega16外部提供 16M的晶振，所以 AVR单 片机的运行速度比 51单片机快。 （ 2） AVR具有超功能精简指令 （ 3） AVR I/O口是真正的双向 I/O口，单片机读取外部引脚电平直接通过 PINX读取，不需要像 51那样先给 I/O口全写 1操作后才能读取外部引脚电平。 三 、 总结 随着现今科技的不断发展进步，家用电器趋向智能家用电器的方向发展，电源插座也向多功能化发展。不仅要满足人们的日常生活需要，还要向更加人性化的方向发展。让电源插座 具有温度检测 、

13、 过流过压保护 、 定时开通 、 定时关断 、 自动报警 、 自动休眠 、 状态提示等智能功能 ，方便人们的日常生活需求。 参 考文献： 1 姚文轩，滕召胜等 .多功能智能插座设计 J.企业技术开发， 2010,6,29(11):28-30. 2 刘安军，刘岩 .短路保护自行恢复型电源插座 J.家电检修技术， 2008,10:34. 3 马红鳞 .新型遥控插座的设计与研究 J.机电工程 2003,20(5):51-52. 4 黄秀节，颜可煌 .基于 nRF905 射频收发器的无线双向遥控插座 J.数字通信 .2009，10:84-87. 5 黄 明 强 .DS1302 在 单 片 机 系 统

14、中 的 应 用 J. 保 定 师 范 专 科 学 校 学7 报 .2004,4,17(2):30-33. 6 周 向 红 ， 范 伟 .DS12887 实 时 时 钟 芯 片 及 应 用 研 究 J. 企 业 技 术 开发 .2006,2,25(2):6-8. 7 LED_百度百科 .EB/OL,2011-11-5.http:/ 8 夏立斌，谭青 .一种基于单片机的多位 LED 显示系统的设计 J.电脑开发与应用 .2005,18(7):40-42. 9 LCD_百度百科 .EB/OL,2011-11-5. http:/ 10 LED 与 LCD 的区别 .EB/OL,2011-11- 11

15、赵亚转 .浅谈单片机应用与单片机芯片 J.科技传播 .2010,4(下 ):111-112. 12 桑顺，牛晓聪等 .AVR 单片机与 51 单片机的比较 J.企业技术开发 .2011,8，30(15):96-97. 13 Kai Qian,David den Haring and Li Cao.8051 microcontrollerM. 2009, Embedded Software Development with C,Pages 73-96. 14 Steven F. Barrett and Daniel J. Pack. MicrocontrollersM. Control Engineering, 2005, Handbook of Networked and Embedded Control Systems, II, Pages 295-322.