节能型智能插座工作原理研究

节能型智能插座工作原理研究
摘要：为了减少家用电器待机时的能耗，本文系统阐述了节能型智能插座电路
结构设计的三个过程，分别对相关家电待机和正常工作时的电流进行了整理和分析，对各个模块进行了选择和构建，编写相关程序。

关键词：节能型插座检测与控制程序编写
0引言
21世纪是一个电子产品快速更新换代的高科技时代，同时也是一个能源高消
耗的时代。

电视机、冰箱、空调、电热水器、电饭煲等家用电器的出现提高了我
们的生活质量，但这些家用电器在待机情况下同样会消耗相当的电量。

因此，如
何减少电子产品家用电器在待机状态下的能耗，是个值得思考与研究的问题。

1 现有的各类插座
大多数家庭普遍使用普通开关插座，即由一个开关控制整个插座的接通或每
个插口由各自对应的开关控制接通，这种插座只能由人工手动进行控制，存在一
定的不方便性。

随着技术的不断发展，市面上根据各自侧重点和设计不同，智能
插座已经出现了以下三种：
（1）计量插座：能够直接反映出插座上的电气运行功率，电流、电压等信息。

（2）定时插座：能够控制用电器在特定时段工作，一定程度上减少了空间时段的能源浪费，但实际用电视时段并非固定，情况一旦变化，需要重新进行设定，使用不方便。

（3）遥控插座：需要配备专用遥控器，成本较高，很多用户很难接受。

现实生活中，许多家庭在结束用电器使用后，由于自身惰性，只是用遥控器
关闭电源，使其进入待机状态，这种状态会继续消耗能源。

所以为了解决这个问题，本文研究了一种能够检测家电状态并在家电待机时自动断电的节能型智能插
座[1-5]。

2家用电器耗电情况
经过对各家用电器正常工作时的电流和待机时的电流值进行分析整理，得出
正常工作时家用电器的电流最小在0.5A左右，而待机时的工作的电流最大在
0.1A左右。

因此将检测电流模块的电流设定在0.15A。

当监测到电流小于0.15A 时，实现插座断电。

在使用插座时我们分为三个过程，正常用电时、待机时和重
新上电时。

2.1 正常用电时
当用电器工作时，通过电线的电流一般大于0.5A，所以测电压模块检测到的
电压大于设定值0.15A，这时单片机控制继电器模块的P2-0口会输出的一个高电平，继电器模块吸起，使得继电器模块AJ与AJ2处于吸起状态。

从而，用电器接通电源正常工作。

在这个过程中只要用电器正常工作使其通过的电流大于设定的
电流值即可。

2.2 待机时
当用电器处于待机状态时，通过电线的电流一般小于0.15A，所以测电流模块检测到的电压小于设定值0.15A，在这时单片机控制继电器模块的P2-0口会输出
的一个低电平，继电器模块落下，使得继电器模块AJ与AJ2处于落下状态，用电器断开电源。

2.3 重新上电
当要再次使用时只需按下单片机的复原按钮使继电器模块AJ与AJ2处于落下
状态，使得用电器接通电源正常工作。

3 霍尔元件检测电流
图1 霍尔元件检测电流
如图所示的低端检流运放以地电平作为参考电平，检流电阻接在正相端。

运放的输入信号中的共模信号范围为：（GNDRSENSE*ILOAD）。

尽管低端检流电路比较简单，但有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况，利用高端检流电路则可解决这些问题。

传统的高端/低端检流方式有多种实现方案，绝大多数基于分立或半分立元件电路。

高端检流电路通常需要用一个精密运放和一些精密电阻电容，最常用的高端检流电路采用差分运放做增益放大并将信号电平从高端移位到参考地该方案已广泛应用于实际系统中，但该电路存在三个主要缺点：
1）输入电阻相对较低，等于R1；
2）输入端的输入电阻一般有较大的误差值；
3）要求电阻的匹配度要高，以保证可接受的CMRR.任何一个电阻产生1%变化就会使CMRR 降低到46dB；0.1%的变化使CMRR达到66dB，0.01%的变化使CMRR达到86dB.高端电流检测需要较高的测量技巧，这促进了高端检流集成电路的发展。

而低端电流检测技术似乎并没有相应的进展。

相比这两种方案和设计的实际需要，我们需要一种高精度的模块来保证检测电流的精准，因此选择第二种模块。

4 继电器控制模块
图2继电器模块电路
电路原理：
AJ励磁电路：KZ—AJ1-2—AJ221—23—KF
AJ2励磁电路：KZ—AJ21-2—AJ21—22—KF
AJ2自闭电路：KZ—AJ211-12—AJ111—12—AJ221—23—KF
选择继电器选用了无极继电器，利用NPN型三极管放大电压使得继电器稳定吸起。

5 程序设计
//#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include “12c5a60s2.h”
#include “12AD.c”
sbit J=P2^0；
sbit K1=P1^0；
int main（）
{ uchar n=0；
delayms（1）；
Init_12AD（）；
delayms（1）；
while（1）
{if{
delayms（100）；
K1==1；
delayms（100）；
if（I_Data<0.15；
{J=1；}
else{J=0；}
delayms（100）；
}
}
Else{{J=0；
}
}
6 总结
本文全面介绍了节能型智能插座的工作原理和相应模块的设计选择；完成现有插座及家用电器耗电情况的分析；详细阐述了在检测电流模块和继电器模块的选择以及相关程序的编写。

为节能型智能插座的实现提供了理论依据。

参考文献：
[1]薄志伟.王志坤.郑培东.智能插排[J].河北农机.2017.12：39
[2]周浩汤雪峰基于单片机控制下智能型模块化的插排研究与设计[J].河南科技.2016.12（02）：12
[3]陈明超.机械制造及自动化中的节能高效设计理念[J].建材与装饰.2017.6（05）：3
[4]高雄.智能家居系统中智能插座的设计与实现[J].天津大学.2015.8（2）：42
[5]蓝希清.金萍萍.一种多功能网络化智能插排的设计[J].计算机测量与控
制.2012.7：12。