CN110829084A - 一种多功能智能插座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种多功能智能插座，该多功能插座由硬件系统和软件系统组成，所述硬件系统包括状态检测模块、单片机系统模块和电源模块，其中状态检测模块和电源模块均与单片机系统模块相连，所述状态检测模块由温度检测膜块、电流检测模块和电压检测模块组成，所述单片机系统模块还连接有时钟芯片、键盘、继电器、蜂鸣器和LCD，所述继电器连接插座插孔，所述电源模块还给LCD、电流检测模块和电压检测模块直接供电，所述软件系统包括信号采集、信号处理、键盘管理、LCD显示以及定时程序，具有定时、电流检测、电压检测、温度检测、液晶显示、自动休眠、自动报警等多种智能功能。

Description

一种多功能智能插座
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种多功能智能插座。
背景技术
家用电器的广泛使用，提高了人们的生活水平，也导致了因家用电器而引起的大量火灾。据公安和消防部门有关资料显示，全国平均每天发生火灾358起，其中电器火灾占30％以上，其主要原因是超负荷、短路、电弧等，事故的发生与家用电器的插座密切相关。因此，研制出当家用电器出现安全隐患时能及时切断电源的智能插座，至关重要。
市场现有的绝大多数插座不具备任何智能功能，极少所谓的“智能插座”也只具备定时开、关功能，无法对非正常状况进行监测与断电控制，不具备真正的智能功能，并且价格昂贵。现有的插座已经不能适应各方面的需要，功能新颖的插座有着强大的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种多功能智能插座，它是以微功耗单片机PIC16F877A为信息处理核心的多功能智能插座，这种插座具有温度检测、过流过压保护、定时开通、定时关断、自动报警、自动休眠、状态提示等智能功能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明所述的一种多功能智能插座，该多功能插座由硬件系统和软件系统组成，所述硬件系统包括状态检测模块、单片机系统模块和电源模块，其中状态检测模块和电源模块均与单片机系统模块相连，所述状态检测模块由温度检测膜块、电流检测模块和电压检测模块组成，所述单片机系统模块还连接有时钟芯片、键盘、继电器、蜂鸣器和LCD，所述继电器连接插座插孔，所述电源模块还给LCD、电流检测模块和电压检测模块直接供电，所述软件系统包括信号采集、信号处理、键盘管理、LCD显示以及定时程序。
在上述方案基础上优选，所述单片机系统模块与时钟芯片之间的连接是相互的。
在上述方案基础上优选，所述电源模块为直流稳压电源，由插座接头引入220V交流电压，经过电容压降电路输出5V直流电压给直流稳压电源，其中电容压降电路是经过4.7μF聚丙烯电容降压，再经二极管半波整流，12V稳压二极管稳压，电容滤波，LM317稳压输出5V直流电压。
在上述方案基础上优选，所述电压检测模块采用电阻分压的原理，电网电压220V经电阻R1、R2分压变为的0～5V电压信号，经二极管半波整流，再经RC低通滤波，截止频率f＝1/(2πRC)，最后将直流电压V(t)送至单片机A/D转换输入口RA0。
在上述方案基础上优选，所述电流检测模块利用欧姆定律U＝IR的原理，将大电流信号转化成小电压信号，电流信号I(t)经锰铜小电阻转化为电压信号U(t)，再经运算放大器LM324单级负反馈放大，电压增益A＝(-R3/R2),RC低通滤波后将电压U(t)送至单片机A/D转换输入口RA1。
在上述方案基础上优选，所述温度检测模块采用数字温度传感器DS18B20。
在上述方案基础上优选，所述单片机系统模块采用PIC16F877A单片机，其中RA0和RA1分别作为插座电压和电流信号A/D输入端，RB0作为温度信号的输入端，RB4～RB7用于接收键盘按键输入，RC0～RC2用于和时钟芯片DS1302的通信，RC3用于控制继电器的开关切换RC4，RC5用于控制LED指示灯，RC7用于控制蜂鸣器，RD0～RD7和RE0～RE2用于连接LCD1602。
在上述方案基础上优选，所述软件系统运行流程为，插座上电后，系统进行初始化，初始化程序主要完成对单片机专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的设置，系统初始化之后进入主循环，进行状态检测，即温度、电流、电压检测，并在LCD上显示检测结果，当单片机得到的温度信号、电流信号或电压信号超过一定的限度，单片机会立即通过蜂鸣器和LCD报警，并控制继电器切断负载回路，此外，若用户开启节能功能，当电流值小于某一规定值时，单片机将进入休眠模式节电。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明以微功耗单片机PIC16F877A为信息处理核心，具有定时、电流检测、电压检测、温度检测、液晶显示、自动休眠、自动报警等多种智能功能，且注重低成本、低功耗，使用方便，应用前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明中电压检测模块原理图。
图3为本发明中电流检测模块原理图。
图4为本发明中单片机系统模块原理图。
附图标记说明：
1-单片机系统模块；2-状态检测模块；3-电源模块；4-温度检测膜块；5-电流检测模块；6-电压检测模块；7-时钟芯片；8-键盘；9-继电器；10-蜂鸣器；11-LCD；12-插座插孔；13-电容压降电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种多功能智能插座，该多功能插座由硬件系统和软件系统组成，所述硬件系统包括状态检测模块2、单片机系统模块1和电源模块3，其中状态检测模块2和电源模块3均与单片机系统模块1相连，所述状态检测模块2由温度检测膜块4、电流检测模块5和电压检测模块6组成，所述单片机系统模1块还连接有时钟芯片7、键盘8、继电器9、蜂鸣器10和LCD11，所述继电器9连接插座插孔12，所述电源模块3还给LCD11、电流检测模块5和电压检测模块6直接供电，所述软件系统包括信号采集、信号处理、键盘管理、LCD显示以及定时程序。
进一步，所述单片机系统模块1与时钟芯片7之间的连接是相互的。
在上述方案基础上优选，所述电源模块3为直流稳压电源，由插座接头引入220V交流电压，经过电容压降电路输出5V直流电压给直流稳压电源，其中电容压降电路是经过4.7μF聚丙烯电容降压，再经二极管半波整流，12V稳压二极管稳压，电容滤波，LM317稳压输出5V直流电压。
所述电压检测模块6采用电阻分压的原理，电网电压220V经电阻R1、R2分压变为的0～5V电压信号，经二极管半波整流，再经RC低通滤波，截止频率f＝1/(2πRC)，最后将直流电压V(t)送至单片机A/D转换输入口RA0。
所述电流检测模块5利用欧姆定律U＝IR的原理，将大电流信号转化成小电压信号，电流信号I(t)经锰铜小电阻转化为电压信号U(t)，再经运算放大器LM324单级负反馈放大，电压增益A＝(-R3/R2),RC低通滤波后将电压U(t)送至单片机A/D转换输入口RA1。
所述温度检测模块4采用数字温度传感器DS18B20。
所述单片机系统模块1采用PIC16F877A单片机，其中RA0和RA1分别作为插座电压和电流信号A/D输入端，RB0作为温度信号的输入端，RB4～RB7用于接收键盘按键输入，RC0～RC2用于和时钟芯片DS1302的通信，RC3用于控制继电器的开关切换RC4，RC5用于控制LED指示灯，RC7用于控制蜂鸣器，RD0～RD7和RE0～RE2用于连接LCD1602。
所述软件系统运行流程为，插座上电后，系统进行初始化，初始化程序主要完成对单片机专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的设置，系统初始化之后进入主循环，进行状态检测，即温度、电流、电压检测，并在LCD上显示检测结果，当单片机得到的温度信号、电流信号或电压信号超过一定的限度，单片机会立即通过蜂鸣器和LCD报警，并控制继电器切断负载回路，此外，若用户开启节能功能，当电流值小于某一规定值时，单片机将进入休眠模式节电。
本发明工作原理，单片机作为系统的控制核心，处理各检测信号和键盘输入值，在LCD上显示其处理结果，并通过控制继电器实现智能插座的开启和关断。电源模块采用电容降压原理，即利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流
本发明温度采集模块选用美国Dallas公司生产的数字温度传感器DS18B20，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，由于DS18B20只有1个串行通信接口，与单片机的连接电路非常简单，只需和单片机的1个I/O端口连接即可，如图4所示，它是和单片机RB0相连的，DS18B20的I/O口属于漏极开路输出，则外接上拉电阻后常态呈高电平。
如图4所示，本发明单片机系统模块自带开关驱动模块的功能是实现弱电对强电的控制，单片机RC3口输出电平的变化切换继电器的工作状态，实现对家用电器的开/关控制。继电器采用5V继电器HRS4-S-DV5V，驱动电流为70mA，常闭端最大可切换电流可达10A。因继电器电流大于PIC单片机I/O最大驱动电流，在RC3输出端接入NPN的三极管8050，增强其驱动能力。
如图4所示，本发明考虑到单片机内部定时器定时误差较大，选用Dallas公司生产的低功耗时钟芯片DS1302进行定时。DS1302采用三总线接口与单片机进行通信，外接晶振频率32.768kHz，工作电流小于320nA，可以对秒、分钟、小时、星期、月、年进行计数，空闲时候将秒寄存器的第七位即时钟暂停位设置为1，时钟振荡器停止，芯片进入低功耗运行方式，功耗小于1μW。
如图4所示，本发明系统键盘为4个独立按键，采用RB口中断的方式检测键盘按键，当RB4按下，显示器进入定时设置界面，完成定时设置后，复位并启动DS1302，对系统进行定时，当DS1302分钟寄存器和小时寄存器中值的变化大小等于定时设置值，此时，插座定时完成，单片机对继电器进行相应的控制。
本发明以微功耗单片机PIC16F877A为信息处理核心，具有定时、电流检测、电压检测、温度检测、液晶显示、自动休眠、自动报警等多种智能功能，且注重低成本、低功耗，使用方便，应用前景十分广阔。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种多功能智能插座，其特征在于，该多功能插座由硬件系统和软件系统组成，所述硬件系统包括状态检测模块（2）、单片机系统模块（1）和电源模块（3），其中状态检测模块（2）和电源模块（3）均与单片机系统模块（1）相连，所述状态检测模（2）块由温度检测膜块（4）、电流检测模块（5）和电压检测模块（6）组成，所述单片机系统模块（1）还连接有时钟芯片（7）、键盘（8）、继电器（9）、蜂鸣器（10）和LCD（11），所述继电器（9）连接插座插孔（12），所述电源模块（3）还给LCD（11）、电流检测模块（5）和电压检测模块（6）直接供电，所述软件系统包括信号采集、信号处理、键盘管理、LCD显示以及定时程序。
2.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述单片机系统模块（1）与时钟芯片（7）之间的连接是相互的。
3.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述电源模块（3）为直流稳压电源，由插座接头引入220 V交流电压，经过电容压降电路输出5 V直流电压给直流稳压电源，其中电容压降电路是经过4.7μF聚丙烯电容降压，再经二极管半波整流，12V稳压二极管稳压，电容滤波，LM317 稳压输出5 V 直流电压。
4.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述电压检测模块（6）采用电阻分压的原理，电网电压 220 V 经电阻 R1、 R2 分压变为的 0～5 V 电压信号，经二极管半波整流，再经 RC 低通滤波，截止频率 f=1/（2πRC），最后将直流电压 V（t）送至单片机 A/D 转换输入口 RA0。
5.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述电流检测模块（5）利用欧姆定律 U=IR 的原理，将大电流信号转化成小电压信号， 电流信号I（t）经锰铜小电阻转化为电压信号 U（t），再经运算放大器LM324单级负反馈放大，电压增益 A=（-R3/R2）,RC低通滤波后将电压 U（t）送至单片机 A/D 转换输入口 RA1。
6.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述温度检测模块（4）采用数字温度传感器 DS18B20。
7.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述单片机系统模块（1）采用PIC16F877A 单片机，其中RA0和RA1分别作为插座电压和电流信号A/D输入端，RB0作为温度信号的输入端，RB4～RB7用于接收键盘按键输入，RC0～RC2用于和时钟芯片DS1302的通信，RC3用于控制继电器的开关切换RC4，RC5用于控制LED指示灯，RC7用于控制蜂鸣器，RD0～RD7和RE0～RE2用于连接LCD1602。
8.根据权利要求1所述的一种多功能智能插座，其特征在于：所述软件系统运行流程为，插座上电后，系统进行初始化，初始化程序主要完成对单片机专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的设置，系统初始化之后进入主循环，进行状态检测，即温度、电流、电压检测，并在LCD上显示检测结果，当单片机得到的温度信号、电流信号或电压信号超过一定的限度，单片机会立即通过蜂鸣器和 LCD 报警，并控制继电器切断负载回路，此外，若用户开启节能功能，当电流值小于某一规定值时，单片机将进入休眠模式节电。
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