基于单片机的智能定时插座

基于单片机的智能定时插座

本文介绍一种以STC90C516RD+单片机为核心制作的定时开关电路。可以实现二十四小时定时控制继电器通断，能够为负载功率2500W的用电设备提供交流供电。在电源和时钟显示及单片机的选择上都是运用了最新版本的设计，设定时间长，定时效果好，可接负载功率大，较好的满足了一般家庭用户小功率电器自动定时开关的需要，功耗低，能进行多组定时、成本低。

标签：定时继电器供电

21世纪科学技术日新月异，人们的物质文化水平得到不断提高，对家庭舒适程度和智能家居提出了更高的要求，家庭用电器怎么样实现智能改造，如何让电力使用更加节能环保成为当前物联网技术研究一个重要课题。本定时插座适用于家庭电力管理，方便合理预设、控制家庭用电，而且达到了节能环保的目的。可以方便地实现24小时之内的中功率用电器预设定时通断，可以用于家庭电话煲、空调等设备的控制，极大地提高了这些设备的智能化水平，同时成本不高，易于推广。

一、智能定时插座总体结构

插座主要由六个模块构成，电路框图如图1所示。以单片机STC90C516RD+为中心，包含计时模块、键盘输入模块、液晶显示模块、继电器强电控制模块，采用5V稳压电路为单片机供电。键盘输入和时间显示能很好地实现人机对话，接收操作者对通断时间的设定，再由单片机内部设定的程序完成对继电器的控制。

二、系统软硬件分析

1.硬件设计

电源采用桥式整流滤波电路供电，显示电路采用液晶显示，由C51芯片直接驱动。下面对主要对继电器驱动关键电路作简要说明。

如图2为继电器驱动部分原理图，当单片机输出高电平时，继电器驱动电路启动，继电器线圈导通，常开触点闭合，保险管有电流通过，插座两端带电；反之，输出低电平实现对用电器的断电。单片机的P3.6输出高低电平1、0作为控制信号让继电器推动级工作在饱和区和截止工作区，控制继电器实现接通和断开动作，实现对220V用电器的供电。单片机STC90C516RD+的P3.6输出端带负载能力很弱，采用直接驱动单片机不能直接控制继电器。单片机P3.6在空载时的输出高电平为5V，接入继电器晶体管开关电路推动级，在三极管Q3基极从P3.6端获得电的高电平电压仅为0.019V，Q3根本无法区分高低电平，从而不能驱动继电器实现对交流电路的通断控制。为了增加P3.6的带负载能力，引入全互补发射极跟随器，电路中采用s8050和s8550来实现，降低负载继电器对P3.6

的输出高电平的影响，保证继电器能够正常工作。

为了提高Q3的响应时间，在Q3基极并联一个的加速电容，在Q1导通瞬间，C1两极板电压不能突变，相当于短路，快速给Q3基极提供电流，使Q3基极达到0.7V左右，从而Q3快速饱和；P3.6输出低电平瞬间，Q1截止Q2导通，Q3基极为-0.7V（自举效应），提供一个负电压加速Q3截止。

在电磁继电器推动级集电极输出端，电磁继电器是一个感性负载，需要反复导通和截止，由于电磁感性现象，会产生一个很大的反向电动势，导致推动管承受巨大的浪涌电流，最终损坏Q3，因此接入续流二极管D1，利用其单向导电性使感应电动势快速短路消除。系统整机电路如图3.

2.控制程序设计

电路采用STC90C516RD+单片机控制，开发软件环境为Keil uVision4编程软件，采用C语言编程，使用STC—ISP软件进行.Hex文件代码烧写。包括系统初始化、调用显示子程序、调用按键子程序以及继电器控制子程序，所完成功能是通过按键对时间设置和定时，判断定时时间是否达到以控制继电器的通断，从而控制用电器电源的开启或关闭。

三、数据测试

1.继电器带负载测试

在高平和低平的时不难看出两种情况下的电压值，低平时电压值几乎为0，高平时电压值保持在4.3V左右。从这个数值可以分析，驱动电路部分几乎没有回流电流。里边的几颗晶体管起到了很好的防止电流回流的作用。

2.电源部分测试

电路消耗总功率为：

= × =0.76311W，

单片机部分消耗功率为：

= × =0.31938W，

则电源消耗功率：

= - =0.44373W。

分析以上测试波形可知，在高频阶段滤波效果还不是很好，但经过小电容滤波过后效果有明显改变。但还存在一个问题是在通过滤波过后有一个电压降，在

无负载的情况下，电压降达2.16V，在带负载的情况下，电压降为1.52V。由此可分析在有负载的情况下电压降减小，这样有利于在运行电路时降低外围电路的功耗。

3.单片机部分测试

单片机的部分电流和电压测试参数如表2 所示。

由上四幅图中可以看出，不管是高电平还是低电平驱动电路在没有进行滤波时，输出的波形都含有纹波，低电平时在高频率范围内纹波很严重。当在加入滤波电路过后，纹波有明显减小。但是再加负载的高电平中，输出的波形经过滤波波形还是有一定的波动。但对后面的驱动电路部分影响也不是很大。

4.软件部分调试

在软件配合硬件调试时，只有在开和关时间相同是才会开，并且都是在00：00：00时候超过这个时刻就关，关掉后不管怎样调都不会再开。只有在都是00：00：00时候有才开，其他时刻都不能在控制。后来根据程序流程图分析了一下，原来是程序有问题，结果把程序调整过后就能够正常在任意时刻控制继电器的开、关了。

整体电路实物连接图。

四、结论

实验表明：定时插座可以实现24小时内2.5kW以内的用电器开关控制。能够驱动2500W左右的负载，整个设备功耗损失也控制在了预定的范围内，达到了设计的要求。

参考文献

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