多功能智能插座電路設計 —電路圖天天讀（248）

　　普通家用插座僅具有導通斷電功能，沒(méi)有保護功能和安全事故預防功能等文章介紹了一種以微功耗單片機PIC16F877A為控制核心帶有定時(shí)通斷和過(guò)流過(guò)壓保護溫度檢測報警功能的多功能智能插座，還論述了智能插座的構成與工作機理，以及電流 電壓測量方法和單片機的保護控制原理，并給出了硬件電路原理圖和主程序流程圖。文章主要講述了所設計的智能插座對檢測用電器的工作狀態(tài)對非正常狀態(tài)進(jìn)行報警和斷電，具有安全可靠使用方便等特點(diǎn)。

　　1 插座的構成與工作原理

　　1.1 插座的構成

　　多功能智能插座硬件系統由狀態(tài)檢測模塊 單片機系統模塊電源模塊等組成，結構框圖如圖1所示插座的檢測模塊包括三個(gè)部分：溫度檢測電流檢測和電壓檢測單片機作為系統的控制核心，處理各檢測信號和鍵盤(pán)輸入值，在LCD上顯示其處理結果，并通過(guò)控制繼電器實(shí)現智能插座的開(kāi)啟和關(guān)斷 電源模塊采用電容降壓原理，即利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流 電源模塊由插座接頭引入220 V交流電壓，經(jīng)過(guò)4.7 F聚丙烯電容降壓，再經(jīng)二極管半波整流，12 V穩壓二極管穩壓，電容濾波，LM317穩壓輸出5 V直流電壓，給單片機顯示器等提供電源。

　　1.2 狀態(tài)檢測模塊

　　1.2.1 電壓信號采集與調理模塊

　　多功能智能插座電壓信號的采集采用電阻分壓的原理，如圖2所示電網(wǎng)電壓220 V經(jīng)電阻R1 R2分壓變?yōu)榈? 5 V電壓信號，經(jīng)二極管半波整流，再經(jīng)RC低通濾波，截止頻率f=1/ （2 R C），最后將直流電壓V（t）送至單片機A/D轉換輸入口RA0。

　　1.2.2 電流信號采集與調理模塊

　　電流信號的采集利用歐姆定律U=IR的原理，將大電流信號轉化成小電壓信號如圖3所示，電流信號I （t）經(jīng)

　　錳銅小電阻轉化為電壓信號U（t），再經(jīng)運算放大器LM324單級負反饋放大，電壓增益A=（-R3/R2）RC低通濾波后將電壓U（t）送至單片機A/D轉換輸入口RA1。

　　1.2.3 溫度檢測模塊

　　溫度信號的采集選用美國Dallas公司生產(chǎn)的數字溫度傳感器DS18B20，它具有三引腳TO-92小體積封裝形式，溫度測量范圍為-55 +125 ，可編程為9 12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.0625由于DS18B20只有1個(gè)串行通信接口，與單片機的連接電路非常簡(jiǎn)單，只需和單片機的1個(gè)I/O端口連接即可，如圖4所示，它是和單片機RB0相連的DS18B20的I/O口屬于漏極開(kāi)路輸出，則外接上拉電阻后常態(tài)呈高電平。

　　1.3 單片機系統模塊

　　根據低成本低功耗的要求，選用PIC16F877A單片機PIC16F887A運行速度快功耗低體積小，可直接驅動(dòng)液晶顯示器［4-5］；RB4RB7端口具有跳變中斷功能，方便接收鍵盤(pán)輸入信號；具有一個(gè)10位多通道A/D轉換器；另可進(jìn)入休眠模式，降低功耗單片機系統硬件原理圖如圖4所示，RA0和RA1分別作為插座電壓和電流信號A/D輸入端，RB0作為溫度信號的輸入端，RB4RB7用于接收鍵盤(pán)按鍵輸入，RC0 RC2用于和時(shí)鐘芯片DS1302的通信，RC3用于控制繼電器的開(kāi)關(guān)切換，RC4RC5用于控制LED指示燈，RC7用于控制蜂鳴器，RD0RD7和RE0RE2用于連接LCD1602。

　　1.3.1 開(kāi)關(guān)驅動(dòng)模塊

　　開(kāi)關(guān)驅動(dòng)模塊的功能是實(shí)現弱電對強電的控制單片機RC3口輸出電平的變化切換繼電器的工作狀態(tài)，實(shí)現對家用電器的開(kāi)/關(guān)控制 繼電器采用5 V繼電器HRS4-S-DV5V，驅動(dòng)電流為70 mA，常閉端最大可切換電流可達10 A 因繼電器電流大于PIC單片機I/O最大驅動(dòng)電流（25 mA），在RC3輸出端接入NPN的三極管8050，增強其驅動(dòng)能力。

　　2 軟件設計

　　程序設計采用模塊化結構，主要有信號采集和處理模塊鍵盤(pán)管理模塊LCD顯示模塊定時(shí)模塊和插座動(dòng)作控制模塊

　　插座上電后，系統進(jìn)行初始化初始化程序主要完成對單片機專(zhuān)用寄存器的設定，單片機工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設置系統初始化之后進(jìn)入主循環(huán)，進(jìn)行狀態(tài)檢測，即溫度電流電壓檢測，并在LCD上顯示檢測結果當單片機得到的溫度信號電流信號或電壓信號超過(guò)一定的限度，單片機會(huì )立即通過(guò)蜂鳴器和LCD報警，并控制繼電器切斷負載回路 此外，若用戶(hù)開(kāi)啟節能功能，當電流值小于某一規定值時(shí)，單片機將進(jìn)入休眠模式節電主程序流程圖如圖5所示。

　　系統鍵盤(pán)為4個(gè)獨立按鍵，采用RB口中斷的方式檢測鍵盤(pán)按鍵當RB4按下，顯示器進(jìn)入定時(shí)設置界面完成定時(shí)設置后，復位并啟動(dòng)DS1302，對系統進(jìn)行定時(shí)當DS1302分鐘寄存器和小時(shí)寄存器中值的變化大小等于定時(shí)設置值，此時(shí)，插座定時(shí)完成，單片機對繼電器進(jìn)行相應的控制。

　　編輯點(diǎn)評：本文介紹了一種以微功耗單片機PIC16F877A為信息處理核心的多功能智能插座 這種插座具有溫度檢測過(guò)流過(guò)壓保護定時(shí)開(kāi)通定時(shí)關(guān)斷自動(dòng)報警自動(dòng)休眠狀態(tài)提示等智能功能。
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