基于51单片机的多功能智能插座的设计研究

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基于51单片机的多功能智能插座的设计研究

塔里木大学机械电气化工程学院 刘 川 张 庆 何文轩 师晓玲 刘 鹏 左靖人 王 丽

【摘要】本设计以实用性和安全性的角度为出发点，采用美国Atmel公司的AT89C51单片机作为装置核心控制部件，加上外围的定时设置按键、12864显示器、无线遥控模块、USB供电模块、紫外线灯验钞模块等相关功能电路，使用Keil Uvision5计算机软件编写主控芯片的C控制程序，对系统硬件结构和软件功能描述进行了充分的优化后设计了一种控制精确、安全实用的可实现定时开启和关断、无线遥控通断、减少待机损耗、备用电源、过流保护等多功能的智能插座。设计的实用性比较强，适合普通的大众家庭使用，其为人民的生活提供了诸多便利，适合推广。

【关键词】精确控时；单片机；无线遥控；减少待机损耗

0 引言

随着科学技术的进步，越来越多的高能耗电器逐渐进入了人们的家庭里，其为我们的生活创造了很多便利的同时也造成了一些潜在问题，比如未及时完全关闭电器电源时待机功耗的浪费等，这使家庭能源的消耗急剧增长，造成了大量的能源浪费。抽样调查表明，中国城市家庭的平均待机耗能已经占到了家庭总能耗的10％左右，相当于每个家庭使用着一盏15至30瓦的“长明灯”。与此同时，不断开电源使电器长期处于待机或工作状态，可能会引起灾难性事件。此外，在一些特殊的场合里，由于特定要求需要在规定的时间段里实现定时通断，或者在双手不方便的时候需要遥控通断电，所以为了满足人们的需求，对于具有定时器功能和无线遥控功能的节能插座的设计与研究也变得尤为重要。

1 设计要求与研究流程

1.1 设计要求

定时器功能：可实现智能插座在设定时间内的定时开启和关断；

遥控断电和通电：通过无线遥控器可以实现远距离随时遥控断电和遥控通电；

减少待机功耗：在用电器处于待机状态下插座可以自动断电，减少待机功耗；

短路保护：当短路或者功率过大时，自恢复熔断器断开，正常时闭合供电；

此外，它还具备紫外线验钞、备用电源、USB5V供电等功能。

1.2 实验研究流程（见图1）

2 设计研究方案

2.1 装置的组成与简要介绍

本设计主要由定时器模块、无线遥控模块、防止待机损耗模块3大电路组成，除此以外、还有USB5v供电模块、紫外线验钞模块、短路保护模块、220v转12v和5v双输出模块等辅助电路，当所有的模块系统统一起来后智能插座智能插板可实现定时开启和关断、实现家用电器0待机功耗、可实现对家用电器的随时遥控能断、还可以实现应急电源的开启和具备紫外线验钞功能以及有过载保护、防漏电等多种功能。装置实用性强，价

格便宜，适合普通大众家庭使用，适合推广。

图1

2.2 实验实例列举

设计重点研究传感器对电流自动实时检测并将输入信号通过处理转送到单片机中进行分析，通过与待机电流对比，当在待机电流范围内并经过一定延时时间，自动将电器电源完全切断，使家用电器的待机功耗降低至0，实现电器设备无待机能耗的电源转换，从而节约了不必要的电能消耗。其结构如图2所示：通过对独立按键的操作可以实现智能插座的定时开启与断开，我们可以根据作息时间来设置它在确定时间下的工作情况，其电路如图3所示。使非智能电器具有智能的工作方式，适合普通大众家庭使用。

研究无线遥控家用电器的通电，通过无线遥控器可以实现远距离随时遥控断电和遥控通电，为我们的生活带来便利。

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图2

图3

3 系统工作流程

图4 系统工作流程图

4 研究结果分析

4.1 多功能智能密码锁研究分析

多功能节能智能插板是源于对生活的细心观察，系统设计

目标明确，技术路线合理，成果非常实用，为人们的生活提供便利，值得研究。定时器与无线遥控功能可以满足人们的许多特定通断要求，提高了插座的实用性，防止待机功耗功能可以减少能源浪费，响应国家节能减排的号召。4.2 多功能智能密码锁的优越之处

○多功能节能智能插座是一种智能控制装置，此装置可以自己切断电器电源以节省电量，使用户不需要时刻记得关闭电器。

○装置可以按时开启电源，上下班，不再担心黑灯瞎火，因为它已经帮你开好了夜灯，在吃完饭又可以洗个热水澡，鱼缸里也可以实现定时供养氧，为人们忙碌的生活提供了便利。

○远距离无线遥控，在不方便的情况下可以实现遥控控制。○限流限压，可以解决在功率过大时可能引起火灾的安全问题。

○备用光源，在停电时自带灯光系统可以实现照明工作，为生活提供便利。

○简单的紫外线验钞可以实现随时验钞，贴近生活具有很高的工作范围。

5 总结

本设计研究从生活出发，以日常中的实际问题为出发点，设计研究了一款可以实现具备定时器功能、远距离无线遥控以及限制待机能耗等多种功能的多功能智能插座，大大方便了人们的生活需要，提高了生活质量。此外装置系统稳定性好，安全可靠具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]吴炳胜等.80C51单片机原理与应用[J].2001.[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[J].2009.[3]许兴在.传感器近代应用技术[J].1994.

[4]门宏编著.精选电子制作图解66例[M].人民邮电出版社,2001.[5]梅遂生主编.光电子技术[M].国防工业出版社,1999.

[6]沙占有等.单片机外围电路设计[M].北京:机械工业出版社,2007.[7]周润景等.PROTEUS入门实用教程.北京:机械工业出版社,2007.

作者简介：

刘川，大学本科，现就读于塔里木大学。

通讯作者：

王丽，塔里木大学机械电气化工程学院副教授，研究方向：无损检测和智能控制技术的研究。