CN203673290U

CN203673290U - 低功耗电器节能控制器的硬件结构

Info

Publication number: CN203673290U
Application number: CN201320784775.3U
Authority: CN
Inventors: 陈传伟; 杨东; 王家忠; 黄守峰; 陈玉军; 樊晓翠
Original assignee: ZHENGZHOU CHUNQUAN ENERGY-SAVING Co Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU CHUNQUAN ENERGY-SAVING Co Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2023-12-04

Abstract

本实用新型涉及一种低功耗电器节能控制器的硬件结构；该节能控制器含有中央处理模块、红外线检测模块、电流检测模块、继电器驱动模块和电源模块，中央处理模块中含有微处理器，电流检测模块中含有电流互感器和信号处理放大电路，继电器驱动模块中含有第一驱动器件和继电器，电源模块中含有电压变换电路和储能器件；电流互感器安装在被监控电器的供电电源线上，红外线检测模块和电流检测模块的输出进入微处理器中，微处理器控制继电器工作，外部电源输入线通过继电器的常开触点与被监控电器的供电电源线﹑电压变换电路的输入端连接，电压变换电路的输出端与储能器件连接，储能器件和电压变换电路为其它模块供电；本实用新型能有效节约电能，而且其功能强。

Description

低功耗电器节能控制器的硬件结构

（一）、技术领域：本实用新型涉及一种节约能源的控制器件，特别涉及一种低功耗电器节能控制器的硬件结构。

（二）、背景技术：随着我国经济社会的快速发展，各种日常电器（如空调﹑电视﹑饮水机等）已普遍进入了家庭﹑办公室以及各种公共场所，这些电器在改善人们生产生活条件的同时，也消耗了大量电能。因为人们对电器功能需求的不断提高，使得现有电器多带有待机功能，这些待机功能虽然方便了人们的使用，但会使其消耗较多电能。比如：当人们不使用空调﹑电视时，经常会用遥控器将其关闭，但这时空调﹑电视的电源并没有被完全切断，其中还有一部分监控电路在工作，一直在消耗着电能，长此一往，将会白白消耗很多电能，造成较大的浪费；又比如：当夜晚人们不使用饮水机时，饮水机仍会处于保温状态，这势必会消耗大量不必要的电能。还有，当室内没有人时，这些电器有时还在工作着，这样会白白消耗很多不必要的电能，造成较大的能源浪费，增加了环境压力，与建设资源节约型、环境友好型社会的目标不相适应。

现有一些节电控制器虽然也可以通过红外检测来判断室内是否有人，然后根据判断来控制电器打开或关闭，但这些节电控制器却不能实现完全断电，当电器关闭时，节电控制器还在一直工作着，长此一往，必将消耗较大的电能。

（三）、实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种低功耗电器节能控制器的硬件结构，该节能控制器能有效节约电能，而且其功能强。

本实用新型的技术方案：

一种低功耗电器节能控制器的硬件结构，含有中央处理模块、红外线检测模块、继电器驱动模块和电源模块，还含有电流检测模块，中央处理模块中含有微处理器，电流检测模块中含有电流互感器和信号处理放大电路，继电器驱动模块中含有第一驱动器件和继电器，电源模块中含有电压变换电路和储能器件；电流互感器安装在被监控电器的供电电源线上，电流互感器的输出信号经信号处理放大电路放大后进入微处理器的电流信号输入端，红外线检测模块的输出端与微处理器的红外控制信号输入端连接，微处理器的继电器驱动信号输出端输出的信号经第一驱动器件放大后驱动继电器工作，外部电源输入线通过继电器的常开触点与被监控电器的供电电源线﹑电压变换电路的输入端连接，电压变换电路的输出端与储能器件连接，储能器件和电压变换电路的输出都为中央处理模块、红外线检测模块、电流检测模块和继电器驱动模块供电。

继电器驱动模块中还含有启动按键，外部电源输入线通过继电器的常开触点还与启动按键的一端连接，启动按键的另一端与外部电源输入线连接。

继电器的双向触点中的公共端与外部交流供电电源火线连接，继电器的双向触点中的常开端与被监控电器的交流供电电源火线﹑电压变换电路的火线输入端﹑启动按键的一端连接，启动按键的另一端通过继电器的双向触点中的常闭端与外部交流供电电源火线连接。

第一驱动器件为三极管。

红外线检测模块中含有红外线传感器和红外传感信号处理器，红外线传感器的输出端与红外传感信号处理器的信号输入端连接，红外传感信号处理器的控制信号输出端与微处理器的红外控制信号输入端连接；信号处理放大电路中含有整流二极管﹑滤波电容﹑第一运算放大器和第二运算放大器，电流互感器的输出信号经整流二极管整流和滤波电容滤波后，再经第一运算放大器﹑第二运算放大器依次放大，然后进入微处理器的第一模拟信号输入端，第一运算放大器的输出信号进入微处理器的第二模拟信号输入端。

该低功耗电器节能控制器的硬件结构还含有时钟模块，时钟模块中含有时钟发生器和晶振，晶振与时钟发生器的晶振信号输入端连接，时钟发生器的串行通讯口与微处理器的串行通讯口连接，储能器件和电压变换电路的输出还为时钟模块供电。

电压变换电路中含有AC-DC电源和DC-DC电压变换器，储能器件为第一可充电电池，AC-DC电源的输入端即为电压变换电路的输入端，AC-DC电源的输出端通过第五二极管与DC-DC电压变换器的输入端连接，第五二极管的正极与AC-DC电源的输出端连接，第五二极管的负极与DC-DC电压变换器的输入端连接，AC-DC电源的输出端还通过第一二极管与第一可充电电池连接，第一二极管的正极与AC-DC电源的输出端连接，第一二极管的负极与第一可充电电池的正极连接；AC-DC电源的输出通过第五二极管给继电器驱动模块供电，第一可充电电池通过第三二极管给继电器驱动模块供电， DC-DC电压变换器的输出给中央处理模块、红外线检测模块和电流检测模块供电；第一可充电电池的正极与微处理器的电池电压信号输入端连接。

中央处理模块中还含有指示灯﹑报警器、第二驱动器件、温度传感器和显示器，微处理器的指示灯信号输出端通过电阻与指示灯连接，微处理器的报警信号输出端通过第二驱动器件与报警器连接，温度传感器的输出端与微处理器的温度信号输入端连接，显示器与微处理器的显示口连接；指示灯为LED指示灯，报警器为电铃，第二驱动器件为三极管。

储能器件为电池或电容。

电池为镍镉电池，或为锂离子电池，或为干电池；电容为法拉电容。

电流互感器检测被监控电器的供电电源线上的电流大小，当被监控电器处于待机状态时，电流互感器就能检测到其供电电源线上的电流会比其工作电流小很多。红外线传感器能检测到被监控电器四周有没有人。

本低功耗电器节能控制器工作过程中，当红外线传感器检测到被监控电器四周没有人且持续了一定的时间后，或者电流互感器检测到被监控电器处于待机状态且持续一定的时间后，微处理器就会控制继电器释放，从而切断被监控电器和本节能控制器自身的电源，实现彻底断电，彻底断电后，本节能控制器的供电由储能器件提供，微处理器也会隔一段时间（大约2个小时）控制继电器吸合，对储能器件充电，防止储能器件中的电量耗尽；如果由于某些原因不慎使储能器件中的电量耗尽时，该节能控制器就无法正常工作，这时可按动启动按键，使该节能控制器重新上电恢复工作。

本实用新型的有益效果：

1．本实用新型采用红外线传感器检测被监控电器的四周是否有人，采用电流互感器检测被监控电器是否处于待机状态，当被监控电器四周没有人且持续了一定的时间后，或者，被监控电器处于待机状态且持续一定的时间后，微处理器就会控制继电器释放，从而切断被监控电器和本节能控制器自身的电源，实现彻底断电，达到了节约电能的目的，这时，中央处理模块、红外线检测模块、电流检测模块和继电器驱动模块的供电由储能器件提供；当被监控电器的四周又有人时，或者，被监控电器又处于开机状态时，微处理器就会自动控制继电器吸合，重新给被监控电器和本节能控制器自身供电；本节能控制器彻底断电时仅由储能器件供电，电源模块中的AC-DC电源不工作，由于储能器件中的电能是由AC-DC电源在工作时短时间高效率充电得到的，该充电过程中消耗的电能要比AC-DC电源长时间低效率工作时所消耗的电能少，与现有不彻底断电的节能控制器相比，本实用新型能节约更多的电能，而且其功能强﹑使用方便。

（四）、附图说明：

图1为中央处理模块的电路原理示意图；

图2为红外线检测模块的电路原理示意图；

图3为电流检测模块的电路原理示意图；

图4为时钟模块的电路原理示意图；

图5为继电器驱动模块的电路原理示意图之一；

图6为继电器驱动模块的电路原理示意图之二；

图7为电源模块的电路原理示意图。

（五）、具体实施方式：

实施例一：参见图1～图5﹑图7，低功耗电器节能控制器的硬件结构含有中央处理模块、红外线检测模块、继电器驱动模块和电源模块，还含有电流检测模块，中央处理模块中含有微处理器U2，电流检测模块中含有电流互感器H1和信号处理放大电路，继电器驱动模块中含有三极管Q1、继电器K1和启动按键S2，电源模块中含有电压变换电路和储能器件；电流互感器H1安装在被监控电器的供电电源线上，电流互感器H1的输出信号经信号处理放大电路放大后进入微处理器U2的电流信号输入端，红外线检测模块的输出端与微处理器U2的红外控制信号输入端PD2连接，微处理器U2的继电器驱动信号输出端PB0输出的信号经三极管Q1放大后驱动继电器K1工作，继电器K1的双向触点中的公共端与外部220V交流供电电源火线AC220V-L连接，继电器K1的双向触点中的常开端与被监控电器的交流供电电源火线﹑电压变换电路的火线输入端﹑启动按键S2的一端连接，启动按键S2的另一端与外部220V交流供电电源火线AC220V-L连接，电压变换电路的输出端与储能器件连接，储能器件和电压变换电路的输出都为中央处理模块、红外线检测模块、电流检测模块和继电器驱动模块供电。

红外线检测模块中含有红外线传感器U122和红外传感信号处理器U121，红外线传感器U122的输出端与红外传感信号处理器U121的信号输入端1IN+连接，红外传感信号处理器U121的控制信号输出端VO与微处理器U2的红外控制信号输入端PD2连接；信号处理放大电路中含有整流二极管D8﹑滤波电容C13﹑第一运算放大器LM1B和第二运算放大器LM1A，电流互感器H1的输出信号经整流二极管D8整流和滤波电容C13滤波后，再经第一运算放大器LM1B﹑第二运算放大器LM1A依次放大，然后进入微处理器U2的第一模拟信号输入端AD7，第一运算放大器LM1B的输出信号进入微处理器U2的第二模拟信号输入端ADC6。

该低功耗电器节能控制器的硬件结构还含有时钟模块，时钟模块中含有时钟发生器U4和晶振Y2，晶振Y2与时钟发生器U4的晶振信号输入端Osci、Osco连接，时钟发生器U4的串行通讯口SCL、SDA与微处理器U2的串行通讯口SCL、SDA连接，储能器件和电压变换电路的输出还为时钟模块供电。

电压变换电路中含有AC-DC电源和DC-DC电压变换器U1，储能器件为第一可充电电池BAT1，AC-DC电源的输入端即为电压变换电路的输入端，AC-DC电源的输出端通过第五二极管D5与DC-DC电压变换器U1的输入端连接，第五二极管D5的正极与AC-DC电源的输出端连接，第五二极管D5的负极与DC-DC电压变换器U1的输入端连接，AC-DC电源的输出端还通过第一二极管D1与第一可充电电池BAT1连接，第一二极管D1的正极与AC-DC电源的输出端连接，第一二极管D1的负极与第一可充电电池BAT1的正极连接；AC-DC电源的输出通过第五二极管D5给继电器驱动模块供电，第一可充电电池BAT1通过第三二极管D3给继电器驱动模块供电， DC-DC电压变换器U1的输出给中央处理模块、红外线检测模块和电流检测模块供电；第一可充电电池BAT1的正极与微处理器U2的电池电压信号输入端ADC3连接。

中央处理模块中还含有指示灯LED1﹑LED2﹑报警器B2、三极管Q2、温度传感器J5和显示器，微处理器U2的指示灯信号输出端PD5﹑PD6通过电阻R8﹑R20与指示灯LED1﹑LED2连接，微处理器U2的报警信号输出端PD7通过三极管Q2与报警器B2连接，温度传感器J5的输出端与微处理器U2的温度信号输入端ADC0连接，显示器与微处理器U2的显示口连接；指示灯LED1﹑LED2为LED指示灯，报警器B2为电铃，显示器为液晶显示器。

微处理器U2的型号为：ATMEGA8L，DC-DC电压变换器U1的型号为：SPX1117-3.3V，红外传感信号处理器U121的型号为：BISS0001，时钟发生器U4的型号为：PCF8563。

中央处理模块中还含有编程接口，编程接口与微处理器U2连接。

电流互感器H1检测被监控电器的供电电源线上的电流大小，当被监控电器处于待机状态时，电流互感器H1就能检测到其供电电源线上的电流会比其工作电流小很多。红外线传感器U122能检测到被监控电器四周有没有人。

本低功耗电器节能控制器工作过程中，当红外线传感器U122检测到被监控电器四周没有人且持续了一定的时间后，或者电流互感器H1检测到被监控电器处于待机状态且持续一定的时间后，微处理器U2就会控制继电器K1释放，从而切断被监控电器和本节能控制器自身的电源，实现彻底断电，彻底断电后，本节能控制器的供电由第一可充电电池BAT1提供，微处理器U2也会隔一段时间（大约2个小时）控制继电器K1吸合，对第一可充电电池BAT1充电，防止第一可充电电池BAT1中的电量耗尽；如果由于某些原因不慎使第一可充电电池BAT1中的电量耗尽时，该节能控制器就无法正常工作，这时可按动启动按键S2，使该节能控制器重新上电恢复工作。

实施例二：参见图1～图4﹑图6﹑图7，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，其工作过程也基本相同，相同之处不重述，不同之处是：启动按键S2的另一端通过继电器K1的双向触点中的常闭端与外部220V交流供电电源火线AC220V-L连接。

Claims

1.一种低功耗电器节能控制器的硬件结构，含有中央处理模块、红外线检测模块、继电器驱动模块和电源模块，其特征是：还含有电流检测模块，中央处理模块中含有微处理器，电流检测模块中含有电流互感器和信号处理放大电路，继电器驱动模块中含有第一驱动器件和继电器，电源模块中含有电压变换电路和储能器件；电流互感器安装在被监控电器的供电电源线上，电流互感器的输出信号经信号处理放大电路放大后进入微处理器的电流信号输入端，红外线检测模块的输出端与微处理器的红外控制信号输入端连接，微处理器的继电器驱动信号输出端输出的信号经第一驱动器件放大后驱动继电器工作，外部电源输入线通过继电器的常开触点与被监控电器的供电电源线﹑电压变换电路的输入端连接，电压变换电路的输出端与储能器件连接，储能器件和电压变换电路的输出都为中央处理模块、红外线检测模块、电流检测模块和继电器驱动模块供电。

2.根据权利要求1所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述继电器驱动模块中还含有启动按键，外部电源输入线通过继电器的常开触点还与启动按键的一端连接，启动按键的另一端与外部电源输入线连接。

3.根据权利要求2所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述继电器的双向触点中的公共端与外部交流供电电源火线连接，继电器的双向触点中的常开端与被监控电器的交流供电电源火线﹑电压变换电路的火线输入端﹑启动按键的一端连接，启动按键的另一端通过继电器的双向触点中的常闭端与外部交流供电电源火线连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述第一驱动器件为三极管。

5.根据权利要求1所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述红外线检测模块中含有红外线传感器和红外传感信号处理器，红外线传感器的输出端与红外传感信号处理器的信号输入端连接，红外传感信号处理器的控制信号输出端与微处理器的红外控制信号输入端连接；所述信号处理放大电路中含有整流二极管﹑滤波电容﹑第一运算放大器和第二运算放大器，电流互感器的输出信号经整流二极管整流和滤波电容滤波后，再经第一运算放大器﹑第二运算放大器依次放大，然后进入微处理器的第一模拟信号输入端，第一运算放大器的输出信号进入微处理器的第二模拟信号输入端。

6.根据权利要求1所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：还含有时钟模块，时钟模块中含有时钟发生器和晶振，晶振与时钟发生器的晶振信号输入端连接，时钟发生器的串行通讯口与微处理器的串行通讯口连接，储能器件和电压变换电路的输出还为时钟模块供电。

7.根据权利要求1所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述电压变换电路中含有AC-DC电源和DC-DC电压变换器，储能器件为第一可充电电池，AC-DC电源的输入端即为电压变换电路的输入端，AC-DC电源的输出端通过第五二极管与DC-DC电压变换器的输入端连接，第五二极管的正极与AC-DC电源的输出端连接，第五二极管的负极与DC-DC电压变换器的输入端连接，AC-DC电源的输出端还通过第一二极管与第一可充电电池连接，第一二极管的正极与AC-DC电源的输出端连接，第一二极管的负极与第一可充电电池的正极连接；AC-DC电源的输出通过第五二极管给继电器驱动模块供电，第一可充电电池通过第三二极管给继电器驱动模块供电， DC-DC电压变换器的输出给中央处理模块、红外线检测模块和电流检测模块供电；第一可充电电池的正极与微处理器的电池电压信号输入端连接。

8.根据权利要求1所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述中央处理模块中还含有指示灯﹑报警器、第二驱动器件、温度传感器和显示器，微处理器的指示灯信号输出端通过电阻与指示灯连接，微处理器的报警信号输出端通过第二驱动器件与报警器连接，温度传感器的输出端与微处理器的温度信号输入端连接，显示器与微处理器的显示口连接；指示灯为LED指示灯，报警器为电铃，第二驱动器件为三极管。

9.根据权利要求1所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述储能器件为电池或电容。

10.根据权利要求9所述的低功耗电器节能控制器的硬件结构，其特征是：所述电池为镍镉电池，或为锂离子电池，或为干电池；电容为法拉电容。