CN101938071B - 一种打印机节能插座及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打印机专用智能化节能插座及其工作方法，所述插座的电路包括信号采集模块、电源模块、智能控制模块、继电器执行模块，电源模块分别与信号采集模块、智能控制模块和继电器执行模块连接，智能控制模块分别与信号采集模块和继电器执行模块双向连接，信号采集模块、电源模块、智能控制模块和继电器执行模块集成在一块电路板上，信号采集模块通过USB数据线与打印机连接。本发明采用智能化USB信号采集模块对打印机的工作状态进行判断，再由低功耗51微控制芯片对打印机处于不同工作状态所传递出的不同的握手协议进行分析进而控制继电器完成打印机电源的开断选择，达到节能的目的，是一款专门针对打印机而设计的智能化节能插座。

Description

一种打印机节能插座及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种插座的节能技术，特别是一种打印机节能插座及其工作方法。

背景技术

目前，国内最常见的节能控制器主要有两种：电视节能控制器和电脑节能控制器，这两种节能控制器的工作原理和使用方法基本相似。主要采用特殊设计的“零功耗待机”智能监测控制系统、“超微功耗待机”红外遥控唤醒系统和“防误插”安全电源转换器结构，通过主控位影视设备关机信号检测，对被控影视、音响等电器设备系统，实施完全自动断电控制，使被控电器系统实现安全“零功耗待机”。但是由于这种电源控制器包括主控插孔、受控插孔、模式可变插孔、红外控制器、可变开关等，结构复杂，在使用时主控设备与被控设备的插孔必须一一对应，且操作步骤繁琐，成本较高，不能得到广泛的应用。

而现在国内还没有制造商生产出专为打印机使用的智能化的节能插座，因此，打印机只能使用普通的节能插座，而普通的打印机节能插座由于不是针对打印机的特点专门设计的，因此达不到节能的目的。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种专用于打印机智能化节能控制且结构简单、操作方便、成本低廉的打印机节能插座及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种打印机专用智能化节能插座，包括插座外壳和插座电路，所述的插座电路包括信号采集模块、电源模块、智能控制模块、继电器执行模块，所述的电源模块分别与信号采集模块、智能控制模块和继电器执行模块连接，所述的智能控制模块分别与信号采集模块和继电器执行模块双向连接，所述的信号采集模块、电源模块、智能控制模块和继电器执行模块集成在一块电路板上，所述的信号采集模块通过USB数据线与打印机连接；

所述的信号采集模块包括USB-J1、高速光耦U4、信号采集传感器U5、高速光耦U6，所述的USB-J1的第一管脚、高速光耦U4第八管脚、高速光耦U6的第八管脚、信号采集传感器U5第八管脚分别接电源，USB-J1第四管脚、高速光耦U4和高速光耦U6的第三管脚和第五管脚、信号采集传感器U5第四管脚均与地连接，USB-J1第二管脚、高速光耦U4及高速光耦U6的第六管脚分别通过上拉电阻R4、电阻R8、电阻R9与电源相连；高速光耦U4、高速光耦U6第二管脚分别通过电阻R5、电阻R6与USB-J1的第二管脚和第三管脚相连，并且二者的第六管脚分别连接信号采集传感器U5的第二管脚和第三管脚；信号采集传感器U5的第一管脚连接智能控制模块中51微控制芯片U2的第十二管脚；

所述的电源模块包括两脚插针JP1、变压器T1、整流电路D1、稳压二极管D2和稳压器U1，所述的两脚插针JP1与220V市电连接，两脚插针JP1的第一管脚接变压器T1初级的一端、第二管脚经保险丝F1与变压器T1初级端的另一端相连；所述的整流电路D1的第一管脚、第三管脚分别与变压器T1的次级两端连接，第二管脚分别连接稳压二极管D2的阴极、电容C1正极、电容C2一端、电容C3正极，然后再与稳压器U1的第一管脚连接，第四管脚分别与稳压二极管D2的阳极、电容C1负极、电容C2另一端、电容C3负极连接，然后与稳压器U1的第二管脚连接并接地；所述的稳压器U1的第三管脚、第二管脚分别与电容C4的正负极相连，第三管脚接输出电源VCC，第一管脚接电容C3的正极；

所述的智能控制模块包括微处理器电路、电容复位电路及晶振电路，所述的微处理器电路包括51微控制芯片U2，其第九管脚通过电容C7与电源相连构成电容复位电路，第十二管脚接信号采集传感器U5第一管脚，第十八管脚、第十九管脚分别接晶振Y1的两端，第二十一管脚连接继电器执行模块的非门U3，第三十一管脚通过上拉电阻R1与电源连接；所述的晶振电路包括电容C5、电容C6、晶振Y1，电容C5、电容C6的一端分别连接晶振Y1的两端，另一端接地；

所述的继电器执行模块包括继电器驱动电路和继电器电路，所述的继电器驱动电路主要由非门U3、电阻R2、电阻R3、开关三极管Q1组成，非门U3的一端与智能控制模块的51微控制芯片U2第二十一管脚连接，另一端通过电阻R2再与开关三极管Q1的基极及电阻R3一端连接，电阻R3的另一端与开关三极管Q1的发射极相连并接地；开关三极管Q1的集电极连接继电器K1的输入端，继电器K1另一输入端接到+15V电源上：继电器K1的输出端与打印机电源相连本发明所述的51微控制芯片U2是安装有USB接口协议和节电控制算法程序、兼容标准MCS-51指令系统的微控制芯片，内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

本发明所述的插座外壳上安装有功能选择按键，所述的功能选择按键连接在打印机和信号采集模块之间。

一种打印机专用智能化节能插座的工作方法，包括以下步骤：

A、启动电源模块，对220V市电进行转换，并采用稳压器U1输出直流+5V和+15V，从而使智能控制模块中的51微控制芯片U2和电容复位电路、信号采集模块中的信号采集传感器U5开始工作；

B、信号采集模块中的USB-J1对打印机的状态数据进行检测，再由信号采集传感器U5通过USB数据线及外围电路将检测到的信号发送到智能控制模块中的51微控制芯片U2，由智能控制模块控制继电器执行模块工作；

C、智能控制模块中的主控制程序对采集的打印机USB接口信号进行判断，根据主控制程序中设置的待机等待时间，进而控制继电器执行模块的继电器完成打印机电源的开断选择。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用智能化USB信号采集模块对打印机的工作状态进行判断，再由低功耗51微控制芯片对打印机处于不同工作状态所传递出的不同的握手协议进行分析进而控制继电器完成打印机电源的开断选择，达到节能的目的，是一款专门针对打印机而设计的智能化节能插座。

2、本发明采用智能化USB信号采集和检测，接口标准，使用方便简单。避免了普通节电设备在人员操作时一旦疏忽达不到好的节能效果。

3、本发明除插座面板上增加功能按键和采集信号所用的USB接口，其他与普通插座基本类似。插孔严格按照国家电气标准设计，可通过设计在插座外壳上安装有功能选择按键进行普通插座和智能插座模式的转换。控制电路采用微型集成模块设计，体积小，隐藏在插座内部。USB信号采集部分通过标准的USB接口插件和标准的USB延长线组成。从而使本发明结构非常简单。

4、本发明设计了由高速光耦U4和高速光耦U6组成的并行打印机检测接口，对于老式的并行口打印机同样适用，有利于一些办公室老式打印机继续使用和节电插座的使用，经济方便。

5、本发明具有用户调整功能，用户可根据实际需要自行在主控制程序中设待机等待时间，采用USB数据线对打印信号进行传递。操作简单方便，面向不同的场所和使用人群具有较强的适应性和灵活性，使产品肯定工作在正确的节能模式下。

6、本发明具有两种功能选择，当不需要用作智能插座时，可选择普通插座模式，同时工作在智能化模式时本身微功耗约为0.9W左右，这样使用本产品的用户就可以方便的一物多用，有利于成本的节约。

7、由于本发明设计新颖，整体外型采用标准化设计，用户使用时和普通插座基本相同，安全可靠。尤其适合学校教研室、办公室、实验室、机房以及打印社等公共或办公场所的使用，节省能源，使用简单，通用性高，实用性强。

附图说明

本发明共有附图5张，其中：

图1是打印机节能插座的组成示意图。

图2是打印机节能插座的信号采集模块电路图。

图3是打印机节能插座的电源模块电路图。

图4是打印机节能插座的智能控制模块电路图。

图5是打印机节能插座的继电器执行模块电路图。

图中：1、信号采集模块，2、电源模块，3、智能控制模块，4、继电器执行模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-5所示，一种打印机专用智能化节能插座，包括插座外壳和插座电路，所述的插座电路包括信号采集模块1、电源模块2、智能控制模块3、继电器执行模块4，所述的电源模块2分别与信号采集模块1、智能控制模块3和继电器执行模块4连接，所述的智能控制模块3分别与信号采集模块1和继电器执行模块4双向连接，所述的信号采集模块1、电源模块2、智能控制模块3和继电器执行模块4集成在一块电路板上，所述的信号采集模块1通过USB数据线与打印机连接；

所述的信号采集模块1包括USB-J1、高速光耦U4、信号采集传感器U5、高速光耦U6，所述的USB-J1的第一管脚、高速光耦U4第八管脚、高速光耦U6的第八管脚、信号采集传感器U5第八管脚分别接电源，USB-J1第四管脚、高速光耦U4和高速光耦U6的第三管脚和第五管脚、信号采集传感器U5第四管脚均与地连接，USB-J1第二管脚、高速光耦U4及高速光耦U6的第六管脚分别通过上拉电阻R4、电阻R8、电阻R9与电源相连；高速光耦U4、高速光耦U6第二管脚分别通过电阻R5、电阻R6与USB-J1的第二管脚和第三管脚相连，并且二者的第六管脚分别连接信号采集传感器U5的第二管脚和第三管脚；信号采集传感器U5的第一管脚连接智能控制模块3中51微控制芯片U2的第十二管脚；

所述的电源模块2包括两脚插针JP1、变压器T1、整流电路D1、稳压二极管D2和稳压器U1，所述的两脚插针JP1与220V市电连接，两脚插针JP1的第一管脚接变压器T1初级的一端、第二管脚经保险丝F1与变压器T1初级端的另一端相连；所述的整流电路D1的第一管脚、第三管脚分别与变压器T1的次级两端连接，第二管脚分别连接稳压二极管D2的阴极、电容C1正极、电容C2一端、电容C3正极，然后再与稳压器U1的第一管脚连接，第四管脚分别与稳压二极管D2的阳极、电容C1负极、电容C2另一端、电容C3负极连接，然后与稳压器U1的第二管脚连接并接地；所述的稳压器U1的第三管脚、第二管脚分别与电容C4的正负极相连，第三管脚接输出电源VCC，第一管脚接电容C3的正极；

所述的智能控制模块3包括微处理器电路、电容复位电路及晶振电路，所述的微处理器电路包括51微控制芯片U2，其第九管脚通过电容C7与电源相连构成电容复位电路，第十二管脚接信号采集传感器U5第一管脚，第十八管脚、第十九管脚分别接晶振Y1的两端，第二十一管脚连接继电器执行模块4的非门U3，第三十一管脚通过上拉电阻R1与电源连接；所述的晶振电路包括电容C5、电容C6、晶振Y1，电容C5、电容C6的一端分别连接晶振Y1的两端，另一端接地；

所述的继电器执行模块4包括继电器驱动电路和继电器电路，所述的继电器驱动电路主要由非门U3、电阻R2、电阻R3、开关三极管Q1组成，非门U3的一端与智能控制模块3的51微控制芯片U2第二十一管脚连接，另一端通过电阻R2再与开关三极管Q1的基极及电阻R3一端连接，电阻R3的另一端与开关三极管Q1的发射极相连并接地；开关三极管Q1的集电极连接继电器K1的输入端，继电器K1另一输入端接到+15V电源上：继电器K1的输出端与打印机电源相连。

所述的51微控制芯片U2是安装有USB接口协议和节电控制算法程序、兼容标准MCS-51指令系统的微控制芯片，内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

所述的插座外壳上安装有功能选择按键，所述的功能选择按键连接在打印机和信号采集模块1之间。

如图1-5所示，一种打印机专用智能化节能插座的工作方法，包括以下步骤：

A、启动电源模块2，对220V市电进行转换，并采用稳压器U1输出直流+5V和+15V，从而使智能控制模块3中的51微控制芯片U2和电容复位电路、信号采集模块1中的信号采集传感器U5开始工作；

B、信号采集模块1中的USB-J1对打印机的状态数据进行检测，再由信号采集传感器U5通过USB数据线及外围电路将检测到的信号发送到智能控制模块3中的51微控制芯片U2，由智能控制模块3控制继电器执行模块4工作；

C、智能控制模块3中的主控制程序对采集的打印机USB接口信号进行判断，根据主控制程序中设置的待机等待时间，进而控制继电器执行模块4的继电器完成打印机电源的开断选择。

下面对本发明的工作过程进行进一步地说明。如图1所示，电源模块2通过实现变压器降压功能，对220V市电进行转换，并采用线性直流稳压模块输出直流5V和15V，从而使智能节电控制器中的微控制器和信号采集传感器能够正常工作，达到弱电控制强电的效果。USB信号采集模块1通过设计的打印机USB信号采集传感器将打印信号传送到智能控制模块3中。智能控制模块3主要以51微控制芯片为主，5V供电。继电器执行模块4主要设计了继电器控制电路，根据智能控制模块3中给出的指令来控制继电器的开断。当打印机在规定延时时间内没有打印任务时，继电器会自动断开，从而使电源实现物理上的断开，当打印机有打印任务时会自动接通电源进行打印。

为了保证系统的工作稳定性和可靠性，我们应用了单片机系统模块即智能控制模块3，这部分连接在继电器执行电路和USB信号采集电路之间，通过软件编程实现延时效果，打印机在不同的工作状态下所输出的信号是固定的。从而实现了产品性能的稳定性和可靠性，在很大程度上避免了传统产品设计中依靠人为主观因素造成的误差。实现了智能化和现代化。

图2是USB信号采集模块1的电路，该电路主要是通过设计的打印机USB信号采集传感器完成打印握手协议信号的采集，再通过USB数据线对打印信号进行采集，并将采集到的信号通过外围电路发送给MCU智能控制模块3。

打印机的工作状态如下：

信号采集模块1中的USB-J1第二管脚(D+)为“1”和第三管脚(D-)两种信号电平组合共有四种逻辑状态，其中三种代表打印机正常状态，一种为禁止出现的无效状态，具体意义为：①第二管脚(D+)为“1”且第三管脚(D-)为“0”，代表闲置状态以及数据“1”；②第二管脚(D+)为“0”且第三管脚(D-)为“1”，代表数据“0”；③第二管脚(D+)为“0”且第三管脚(D-)为“0”，代表数据传输结束标志；④第二管脚(D+)为“1”且第三管脚(D-)为“1”是禁止状态，无效。前三种状态可以表达USB信号的所有状态，因此检测USB-J1第二管脚(D+)和第三管脚(D-)的状态就可以知道打印机的工作状态。当检测到第二管脚(D+)由“1”变成为“0”，第三管脚(D-)由“0”变成为“1”，表明打印机由平时闲置状态(Idle)进入工作状态。

图3是电源模块2的电路，该电路首先将220V市电接入两脚插针JP1，在两脚插针JP1第二管脚连接保险丝F1一端，对电路中的重要器件进行保护使电路安全运行，变压器T1将220V市电进行转换为15V，然后经过整流电路D1、稳压二极管D2将工频交流电转为具有直流电成分的脉冲直流电，其中稳压二极管D2为整流二极管，这样就由整流电路D1、稳压二极管D2和滤波电容C1组成了电容滤波整流电路，滤波电容C1将脉冲直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。然后由稳压器U1组成的稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。即由稳压器U1完成15V到5V的转换，从而使微处理器和USB信号采集传感器能够正常工作。

图4是智能控制模块3的电路，主要实现由主控制程序对采集的打印机USB接口信号进行判断进而控制继电器完成打印机电源的开断选择。

图5是继电器执行模块4的电路，主要由驱动电路和继电器两部分组成。。当微处理器输出控制指令，控制继电器电路自动切断打印机电源。如果检测到有打印任务，则完成电源的自动恢复接通。整个过程采用微控制器完成，反应时间为μS级别，用户感觉不出打印机电源的开断，不影响打印机的正常使用。

Claims (4)

1.一种打印机专用智能化节能插座，包括插座外壳和插座电路，其特征在于：所述的插座电路包括信号采集模块(1)、电源模块(2)、智能控制模块(3)、继电器执行模块(4)，所述的电源模块(2)分别与信号采集模块(1)、智能控制模块(3)和继电器执行模块(4)连接，所述的智能控制模块(3)分别与信号采集模块(1)和继电器执行模块(4)双向连接，所述的信号采集模块(1)、电源模块(2)、智能控制模块(3)和继电器执行模块(4)集成在一块电路板上，所述的信号采集模块(1)通过USB数据线与打印机连接；

所述的信号采集模块(1)包括USB-J1、高速光耦U4、信号采集传感器U5、高速光耦U6，所述的USB-J1的第一管脚、高速光耦U4第八管脚、高速光耦U6的第八管脚、信号采集传感器U5第八管脚分别接电源，USB-J1第四管脚、高速光耦U4和高速光耦U6的第三管脚和第五管脚、信号采集传感器U5第四管脚均与地连接，USB-J1第二管脚、高速光耦U4及高速光耦U6的第六管脚分别通过上拉电阻R4、电阻R8、电阻R9与电源相连；高速光耦U4、高速光耦U6第二管脚分别通过电阻R5、电阻R6与USB-J1的第二管脚和第三管脚相连，并且二者的第六管脚分别连接信号采集传感器U5的第二管脚和第三管脚；信号采集传感器U5的第一管脚连接智能控制模块(3)中51微控制芯片U2的第十二管脚；

所述的电源模块(2)包括两脚插针JP1、变压器T1、整流电路D1、稳压二极管D2和稳压器U1，所述的两脚插针JP1与220V市电连接，两脚插针JP1的第一管脚接变压器T1初级的一端、第二管脚经保险丝F1与变压器T1初级端的另一端相连；所述的整流电路D1的第一管脚、第三管脚分别与变压器T1的次级两端连接，第二管脚分别连接稳压二极管D2的阴极、电容C1正极、电容C2一端、电容C3正极，然后再与稳压器U1的第一管脚连接，第四管脚分别与稳压二极管D2的阳极、电容C1负极、电容C2另一端、电容C3负极连接，然后与稳压器U1的第二管脚连接并接地；所述的稳压器U1的第三管脚、第二管脚分别与电容C4的正负极相连，第三管脚接输出电源VCC，第一管脚接电容C3的正极；

所述的智能控制模块(3)包括微处理器电路、电容复位电路及晶振电路，所述的微处理器电路包括51微控制芯片U2，其第九管脚通过电容C7与电源相连构成电容复位电路，第十二管脚接信号采集传感器U5第一管脚，第十八管脚、第十九管脚分别接晶振Y1的两端，第二十一管脚连接继电器执行模块(4)的非门U3，第三十一管脚通过上拉电阻R1与电源连接；所述的晶振电路包括电容C5、电容C6、晶振Y1，电容C5、电容C6的一端分别连接晶振Y1的两端，另一端接地；

所述的继电器执行模块(4)包括继电器驱动电路和继电器电路，所述的继电器驱动电路主要由非门U3、电阻R2、电阻R3、开关三极管Q1组成，非门U3的一端与智能控制模块(3)的51微控制芯片U2第二十一管脚连接，另一端通过电阻R2再与开关三极管Q1的基极及电阻R3一端连接，电阻R3的另一端与开关三极管Q1的发射极相连并接地；开关三极管Q1的集电极连接继电器K1的输入端，继电器K1另一输入端接到+15V电源上：继电器K1的输出端与打印机电源相连。

2.根据权利要求1所述的一种打印机专用智能化节能插座，其特征在于：所述的51微控制芯片U2是安装有USB接口协议和节电控制算法程序、兼容标准MCS-51指令系统的微控制芯片，内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

3.根据权利要求1所述的一种打印机专用智能化节能插座，其特征在于：所述的插座外壳上安装有功能选择按键，所述的功能选择按键连接在打印机和信号采集模块(1)之间。

4.一种打印机专用智能化节能插座的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、启动电源模块(2)，对220V市电进行转换，并采用稳压器U1输出直流+5V和+15V，从而使智能控制模块(3)中的51微控制芯片U2和电容复位电路、信号采集模块(1)中的信号采集传感器U5开始工作；

B、信号采集模块(1)中的USB-J1对打印机的状态数据进行检测，再由信号采集传感器U5通过USB数据线及外围电路将检测到的信号发送到智能控制模块(3)中的51微控制芯片U2，由智能控制模块(3)控制继电器执行模块(4)工作；

C、智能控制模块(3)中的主控制程序对采集的打印机USB接口信号进行判断，根据主控制程序中设置的待机等待时间，进而控制继电器执行模块(4)的继电器完成打印机电源的开断选择。

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