CN104423293A - 自动定时电源开关 - Google Patents

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曲卫冬
黄桂梅
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Training Center of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • GPHYSICS
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/20Pc systems
    • G05B2219/25Pc structure of the system
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Abstract

本发明公开了一种自动定时电源开关,它涉及电子技术领域。它的组成包括安装了受控电器插座的开关壳体和处于壳体内的定时开关控制器。开关壳体内的电源开关电路通过插座与220V电源相连,电源插座的通、断电受定时开关控制器的控制;定时开关控制器以AVR单片机作为核心控制元件,主要由时钟电路、按钮、液晶显示电路及复位电路组成,AVR单片机通过I/O口与电源开关电路相连。本发明能实现时间精确、时间控制范围长、且一次设定长期有效的电源开关定时控制,可广泛应用于家用电器、工业控制、社会活动等领域。

Description

自动定时电源开关
技术领域
本实用涉及的是电子技术领域,具体涉及一种自动定时电源开关。
背景技术
现如今许多电器设备还不具备定时开启和关闭功能,很多需要在固定时间段开、关的装置,还需人工值守和操作,造成电能及人力资源浪费,而且容易出现人为失误。为了解决这一问题,可使用定时开关来控制电器设备的电源在设定的时间段内自动通、断电。定时开关从功能上分为机械式和电子式,机械式定时开关一般采用钟表原理进行定时通断,机械结构复杂、计时精度不高、定时控制范围较短,每次使用之前都须重新设定定时时间,即一次设定短期有效,且定时时间一般无法一天内多段设置。
实用内容
针对现有技术上存在的不足,本实用目的是在于提供一种自动定时电源开关,结构简单易于制作、定时时间精确,可以一天内多组时间段设置,且一次设定长期有效、定时控制范围长。
为了实现上述目的,本实用是通过如下的技术方案来实现:自动定时电源开关,包括AVR单片机、按钮、复位电路、时钟电路、液晶显示电路、电源开关电路和插座。其中,AVR单片机分别与按钮、复位电路、时钟电路和液晶显示电路、电源开关电路相连,电源开关电路通过插座与220V电源相连。
所述的电源开关电路包括光耦和双向可控硅,光耦与双向可控硅相连,即单片机控制信号通过光耦隔离后驱动双向可控硅的通、断。
考虑到虽然利用单片机内部自带的定时器资源,编写相应的定时中断程序可以实现定时功能,但定时不是很精确,运行的时间长了会有误差,而且掉电后计时就不准了。为了确保定时时间的准确,而且即使掉电后走时依然准确,本实用采用外接硬件实时时钟芯片DS1307的办法,为系统提供一个准确可靠的时钟DS1307是美国DALLS公司生产的一种采用串行数据传输方式的实时时钟芯片,具有体积小、低功耗、接口容易、占用单片机I/O口线少等特点。为该芯片配备充满电的3V锂电池,这样,不仅确保了定时时间的准确、误差很小,而且在掉电后也可以维持很长时间,程序设计也相对简单。
为了满足电源开关的定时控制要求,当定时时间到了以后,由主控制器——单片机发出低压控制信号控制电源插座的通电或断电,即“以弱控强”,一般在这种控制要求下主要使用继电器、或晶体管及可控硅输出方式去实现。对三种方式进行比较:继电器输出方式属于机械隔离,耐压高,不适用于高频动作的负载,其寿命随带负载电流的增加而减少,在工作的过程中容易产生瞬间电流,从而不能很好的保护被控制的电器设备;可控硅是一种安全性能较高,根本不会产生瞬间电流的电子元器件,在工作的过程中实现了无触点控制,不会产生火花(即瞬间电流)、不会有火花干扰和触点烧灼的现象,可承受大功率的负载;晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快,适用于要求快速响应的场合,由于晶体管是无机械触点,因此比继电器输出电路形式的寿命长,但晶体管输出型电路的外接电源只能是直接电源,而且输出驱动能力要小于继电器输出。考虑到上述比较结果,为了保证自动定时电源开关用于电器设备控制的普遍适用性,最终确定采用双向可控硅输出方式。同时,为了隔离主控制器提供的直流低压控制信号和开关插座上的交流高压,使系统具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力,采用光耦合器驱动双向可控硅。综合比较技术参数、性能/价格比、体积大小等方面,双向可控硅选择BAT12-600B型,光耦合器选择MOC3041型。
本实用能实现时间精确、定时控制范围长、且一次设定长期有效的电源开关定时控制,可广泛应用于家用电器、工业控制、社会活动等领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用;
图1为本实用的结构框图;
图2为本实用中的时钟电路图;
图3为本实用中电源开关电路图;
图4为本实用的电路图;
图5为本实用的AVR智能控制器软件流程图。
具体实施方式
为使本实用实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本实用。
参照图1至图5,本具体实施方式采用以下技术方案:自动定时电源开关,包括AVR单片机1、按钮2、复位电路3、时钟电路4、液晶显示电路5、电源开关电路6和插座7。AVR单片机1分别与按钮2、复位电路3、时钟电路4、液晶显示电路5、电源开关电路6相连,电源开关电路6通过插座7与220V电源相连。
值得注意的是,所述的电源开关电路6包括光耦61和双向可控硅62,光耦61与双向可控硅62相连。
本具体实施方式的自动定时电源开关包括安装了受控电器插座的开关壳体和处于壳体内的定时开关控制器。定时开关控制器以AVR单片机作为主控制元件,主要由AVR单片机、时钟电路、按钮与显示、电源开关电路等部分组成。
自动定时电源开关具有“自动定时”、“手动接通”、“手动断开”、“时钟调整”四种工作模式,其中,“自动定时”为常用工作模式。在该模式下可使用按钮设定电源开关电路接通的时间段,一天内最多可设定五组时间段,这五组时间段在液晶显示器上能够随时观察。AVR单片机作为定时开关的主控制器,不断读取由时钟电路提供的当前时间并与设定好的定时时间段相比较,若两者吻合,则产生高电平控制信号,该信号触发光耦后使双向可控硅导通,从而让电源插座通电;若当前时间不在设定的时间段内,则单片机产生低电平控制信号,光耦不被触发、双向可控硅处于关断状态,电源插座断电。电源插座通电或断电的状态在液晶上实时显示。
为了便于电路调试及满足立即接通或断开电源的一些特殊情况的需要,可通过组合按钮一起按下使自动定时电源开关处于“手动接通”或“手动断开”模式;通过组合按钮一起按下使电源定时开关处于“时钟调整”模式后,可通过按钮进行系统时间校准。
本具体实施方式中定时开关控制器的核心为高速嵌入式AVR系列单片机,AVR单片机吸收了DSP双总线的特点,采用Harvard总线结构,从而可以避免传统MCS-51系列单片机中多指令周期的出现。AVR单片机采用低功率、非挥发的CMOS工艺制造,除具有低功耗、高密度的特点外,还支持低电压的联机Flash、EEPROM写入功能。I/O接口具有很强的驱动能力,灌电流可直接驱动继电器、LED等器件,从而省去驱动电路,节约系统成本。
为了提供良好的人机交换,节省单片机资源和耗电量,减小开关控制器的体积,输入方式采用独立式按钮,输出显示采用YM1602C型工业字符型液晶显示器,能够同时显示16*2即32个字符。本装置四种工作模式的切换、在“定时开关”模式下设置定时时间段、五组定时时间段的浏览切换,以及在“时钟调整”模式下校准系统时间都需通过按钮和显示电路完成。为实现以上功能,设计中共采用六个按钮,分别为“确认(ready)”、“退出(quit)”、“增加(add)”、“移动(shift)”、“右移(right)”和“设置(set)”按钮,通过按钮设置自动定时电源开关的具体方法:(1)同时按下“右移(right)”和“确认(ready)”按钮,进入“手动接通”模式,此时~220V插座状态为接通。
(2)同时按下“增加(add)”和“确认(ready)”按钮,进入“手动断开”模式,此时~220V插座状态为断开。
(3)同时按下“设置(set)”和“确认(ready)”按钮,进入“自动定时”模式,此时若当前时间符合预先设置好的5组定时接通时间段之一,则AC220V插座接通,否则断开。
①在“定时接通”工作状态下,按下“设置(set)”按钮可进行接通时间段的设置,按“移动(shift)”按钮可依次浏览和选择T1~T5五组定时接通时间段,按“右移(right)”按钮可轮流设置某一组时间段的起始时间小时、起始时间分钟、结束时间小时、结束时间分钟。
②当“^^”符号出现在某一位置上时,可按“增加(add)”按钮加1,设置完毕后,按“确认(ready)”按钮进行确认,如右下角出现“YES”字样,说明设置成功,会自动进入下一接通时间段的设置;若要退出接通时间段设置,直接按“退出(quit)”按钮即可退出该设置状态;若超过15秒时间无任何按钮被按下,亦会自动退出该状态。
(4)同时按下“移动(shift)”和“确认(ready)”按钮,进入“时钟调整”模式,可进行系统时间校准。此时,按“右移(right)”按钮可使系统时间按“秒”、“分钟”、“小时”、“日”、“月”、“年”顺序轮流闪烁,按下“增加(add)”按钮可使闪烁的那个时间值加1,设置完毕后,按“确认(ready)”按钮进行确认,如右下角出现“OK”字样,说明设置成功,随即会自动退出时间校准状态;若超过15秒时间无任何按钮被按下,亦会自动退出该时间校准状态。
为保证时间的准确性,系统时间由时钟芯片DS1307提供,时基采用32768钟表晶振。DS1307是一款低功耗,具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历实时时钟芯片,地址和数据通过两线双向的串行总线的传输,芯片可以提供秒,分,小时等信息,每一个月的天数能自动调整。并且有闰年补偿功能。AM/PM标志位决定时钟工作于24小时或12小时模式,芯片有一个内置的电源感应电路,具有掉电检测和电池切换功能。在电池备份模式下,功耗小于500nA。
为了实现电源开关的自动通电和断电的控制,并且隔离单片机提供的直流低压控制信号和开关插座上的交流高压,保护人身和设备的安全,减小干扰,电源开关电路采用光耦合双向可控硅驱动器加双向可控硅的结构,以双向可控硅的导通或关断来控制电源开关的通电或断电。光耦合驱动器选用可双可控硅驱动输出的MOC3041型,带过零触发电路,输入端的控制电流为15mA,输出端的额定电压为400V,输入输出端隔离电压为7500V;双向可控硅选用BAT12-600B,该器件可承受最大反向电压为600V,最大电路为12A,为了保护双向晶闸管还可在其旁边加一缓冲保护电路,因为双向晶闸管在开通和关断的瞬间du/dt的变化率较大,开关损耗很大,因此加上阻容电路,利用储能元件对能量进行缓冲,从而达到保护的目的。
本实用基于AVR单片机的定时控制作用,可以在多个时间段长时间范围的控制电器设备的自动通电和断电,同时也节约了能源、延长了电器的使用寿命。目前,自动定时电源开关用于校园内英语无线电台的自动开启和关闭的控制,实际运行了半年,效果良好。
以上显示和描述了本实用的基本原理、主要特征及本实用的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用的原理,在不脱离本实用精神和范围的前提下,本实用还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用范围内。本实用要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.自动定时电源开关,其特征在于,包括AVR单片机(1)、按钮(2)、复位电路(3)、时钟电路(4)、液晶显示电路(5)、电源开关电路(6)和插座(7),AVR单片机(1)分别与按钮(2)、复位电路(3)、时钟电路(4)、液晶显示电路(5)、电源开关电路(6)相连,电源开关电路(6)通过插座(7)与220V电源相连。
2.根据权利要求1所述的自动定时电源开关,其特征在于,所述的电源开关电路(6)包括光耦(61)和双向可控硅(62),光耦(61)与双向可控硅(62)相连。
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