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基于功率測量芯片FC7759的智能斷電節能插座設計 一、 智能斷電插座的開(kāi)發(fā)背景 現在市面上的插座基本都是非智能的，用電器接在插座上人們一般不會(huì )直接切斷用電器電源因而用電器總是處于待機狀態(tài)，如果插座此時(shí)處于接通狀態(tài)，用電器就會(huì )產(chǎn)生待機功耗，造成電能的浪費。更有甚者如果用電器發(fā)生短路或者超負荷有可能引起火災，存在較大的安全隱患。這與社會(huì )提倡的節能環(huán)保、安全用電的理念背道而馳，因此設計一款安全節能的智能插座很有現實(shí)意義。本節能智能插座方案，正為解決能源浪費及用電安全問(wèn)題促進(jìn)低碳生活而設立。 二、 設計的原理 1、系統的組成結構框圖 
圖1 如圖1所示，整個(gè)系統由五個(gè)部分組成，分別是系統電源、功率檢測模塊、MCU控制單元、執行機構、輸入外設。 2、硬件設計及原理 系統電源
圖2 電源模塊是基于LNK304設計。圖2中L和N為220V交流電接口，將交流電加在LNK304芯片上，LNK304的S腳會(huì )輸出12V電壓，通過(guò)R13和R14分壓成6V再通過(guò)一個(gè)三極管加強驅動(dòng)能力，三級管上有部分壓降，所以輸出電壓VDD大概為5V。 功率檢測模塊
圖3 功率檢測采用FC7759芯片，FC7759會(huì )根據采集到的電壓信號與電流信號計算功率，根據功率的大小在CF腳輸出一定頻率的脈沖序列，該脈沖序列的頻率與功率的大小成正比。單片機可以根據讀到的脈沖頻率來(lái)判斷功率的大小從而發(fā)出相應指令來(lái)控制執行機構做出相應動(dòng)作。圖中FLQ為采樣電阻，采集的是電流信號，R3，R4，R5，R6電阻分壓，采集的是電壓信號。 MCU控制部分
圖4 控制部分采用MP20E01型單片機，該型號單片機功耗低，體積小，價(jià)格低廉同時(shí)IO也滿(mǎn)足本設計的需求。如圖4，功率檢測模塊輸出的脈沖信號送到MP20E01單片機的P14腳，P12腳讀取按鍵信號，P15腳讀取外部紅外遙控信號，P13腳控制LED指示燈，P1.1控制繼電器開(kāi)啟或關(guān)斷插座電源。 執行機構
圖5 當單片機檢測到用電器功率過(guò)高或過(guò)低時(shí)控制繼電器導通或關(guān)斷從而實(shí)現對插座電源的控制。 輸入外設
圖6 通過(guò)按鍵輸入可以實(shí)現對插座電源的開(kāi)啟和關(guān)斷，還能進(jìn)行一些功能設定（如設置學(xué)習功能），紅外遙控主要用來(lái)開(kāi)啟插座電源。 2、整體硬件設計原理圖
圖7 3、程序流程圖
圖8 程序流程如圖8所示，上電后初始化單片機IO口、定時(shí)器，進(jìn)行中斷初配置然后進(jìn)入大循環(huán)。檢測按鍵或紅外信號，如果輸入無(wú)信號則繼續檢測按鍵和紅外信號，如果有信號輸入則開(kāi)啟插座電源。然后單片機判斷此時(shí)是否為空載，如果為空載則控制繼電器關(guān)斷插座電源，如果不為空載則檢測學(xué)習功能設置標志位是否為1，如果為1則進(jìn)行學(xué)習功能設定，如果不為1則進(jìn)入到下一步。單片機判斷當前功率是否處于閾值<功率<2KW范圍內，如果在該范圍內則循環(huán)到按鍵檢測，如果功率不在該范圍內則控制繼電器一段時(shí)間后關(guān)斷插座電源。 四、 總結 本智能插座設計本系統支持多個(gè)紅外線(xiàn)頻段，可以使用各種紅外遙控器對系統進(jìn)行操作。解決了用電器待機能耗的浪費問(wèn)題，也解決了用電器短路或超負荷工作時(shí)安全問(wèn)題，運行穩定，抗干擾能力強，可靠性高，操作人性化。更重要的是結構簡(jiǎn)單，成本低廉具有很好的應用前景。 |
