湯雪峰 周皓

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院中德工程學(xué)院，江蘇太倉(cāng) 215400）

基于單片機(jī)控制下的智能型模塊化插座的研究與設(shè)計(jì)

湯雪峰 周皓

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院中德工程學(xué)院，江蘇太倉(cāng) 215400）

目前市場(chǎng)上的一些過(guò)載保護(hù)插座，其保護(hù)功能已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求?；趩纹瑱C(jī)控制下的智能型模塊化插座，不僅具備報(bào)警功能，而且可以實(shí)現(xiàn)模塊式過(guò)載保護(hù)，提高插座的使用效率。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)原有過(guò)載保護(hù)插座的研究，結(jié)合電子、電工專業(yè)知識(shí)，利用單片機(jī)檢測(cè)電路檢測(cè)出插座上用電器的總功率與插座本身的額定功率，如接近插座的額定功率時(shí)報(bào)警，超出時(shí)插座僅切斷發(fā)生過(guò)載的用電器，而其余用電器可以繼續(xù)使用。插座的每個(gè)插孔具有獨(dú)立過(guò)載保護(hù)，互不影響。

插座；單片機(jī)；模塊化；獨(dú)立過(guò)載

隨著我國(guó)居民生活質(zhì)量的提高，家用電器的快速普及，特別是各種大功率設(shè)備的使用，居民用電量也大大增加。目前，電力部門走向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，廢除了原來(lái)居民用量負(fù)荷的限制，鼓勵(lì)居民用電，這無(wú)形之中又加速了居民用電負(fù)荷的增長(zhǎng)。隨著居民用電量的增長(zhǎng)，對(duì)用電設(shè)備額定參數(shù)的忽視，極易導(dǎo)致插座在使用過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，從而發(fā)生電氣火災(zāi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年發(fā)生的電氣火災(zāi)占全年火災(zāi)總數(shù)的30%以上，而插座出現(xiàn)問(wèn)題是引起火災(zāi)的重要原因之一。雖市場(chǎng)上已有一些過(guò)載保護(hù)的插座，但其功能還不夠完善，有時(shí)也給用戶造成了一定的麻煩和損失。如某用戶使用傳統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)插座，插上臺(tái)式電腦進(jìn)行辦公時(shí)，突然插座上出現(xiàn)過(guò)載情況時(shí)，則插座斷電保護(hù)，切斷插在上面的所有用電器，此時(shí)就有可能出現(xiàn)該用戶未能及時(shí)保存電腦上的重要資料［1-3］。

1 智能型模塊化插座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該智能型模塊化插座用戶在使用過(guò)程中，如果接到插座上的用電器將要接近該插座的額定功率時(shí)，此時(shí)檢測(cè)電路檢測(cè)到此信號(hào)后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后將該信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，由單片機(jī)處理后，再傳輸?shù)綀?bào)警電路中，報(bào)警指示燈點(diǎn)亮報(bào)警并切斷電源。主要電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能型模塊插座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 智能型模塊化插座功能設(shè)計(jì)

該智能型模塊化插座的模塊式過(guò)載保護(hù)插孔的設(shè)計(jì)（即發(fā)生過(guò)載時(shí)，各個(gè)插孔具有獨(dú)立切斷電源的功能），不僅可以有效地避免此類情況的發(fā)生，而且該插座可以在出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象前發(fā)出報(bào)警提示。用戶在使用過(guò)程中，一是如果用戶插在該插座上的所有用電器的總功率將要接近插座的額定功率值時(shí)，便開(kāi)始報(bào)警（如該智能型模塊化插座額定功率值為2 500W，最大電流10A，電壓220V，當(dāng)插座上用電器的總功率達(dá)到2 490W時(shí)，便報(bào)警提示，告知用戶）。二是如果直接出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，該插座只是切斷發(fā)生過(guò)載的用電器，而其他用電器可以繼續(xù)使用（如用戶在該智能型模塊化插座上已經(jīng)插上了電腦、電視和冰箱，用戶如繼續(xù)在上面插上吹風(fēng)機(jī)，則所有用電器的總功率超過(guò)了該插座的額定功率，此時(shí)插座僅切斷吹風(fēng)機(jī)上的電源，而電腦、電視和冰箱可以繼續(xù)使用，各用電器間互不影響）。這樣即保證了安全，也達(dá)到了用戶在使用某些電器時(shí)，不希望出現(xiàn)突然斷電的情況。

3 智能型模塊化插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 電流過(guò)載/短路檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

電流過(guò)載/短路檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)，該檢測(cè)模塊同時(shí)也具備A/D裝換功能。其主要包括檢測(cè)電路、處理電路和執(zhí)行電路三部分。其中，檢測(cè)電路主要是交流霍爾傳感器，用來(lái)檢測(cè)流過(guò)插孔上交流電流的大小，通過(guò)取樣信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕來(lái)設(shè)定檢測(cè)交流電流的大小范圍（現(xiàn)設(shè)定的交流電流值的調(diào)整范圍為0～20A）；處理電路主要由整流電路、運(yùn)放電路及開(kāi)關(guān)電路等組成，其主要功能可將檢測(cè)到的交流電轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)（現(xiàn)輸出大小為5V）和數(shù)字信號(hào)輸出，模擬信號(hào)的輸出大小可通過(guò)模擬信號(hào)輸出校準(zhǔn)旋鈕來(lái)設(shè)定，數(shù)字信號(hào)的輸出可通過(guò)電平信號(hào)閥值調(diào)節(jié)旋鈕來(lái)設(shè)定。

3.2 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要采用了AT89C51單片機(jī)來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理。根據(jù)交直流電壓對(duì)照，選取交流190.3V對(duì)應(yīng)的直流1.705V和交流240.4V對(duì)應(yīng)的直流2.182V兩組作為正常電壓邊界域值，當(dāng)參考電壓+5V時(shí)，1.705V和2.182V對(duì)應(yīng)的A/D結(jié)果為56H和6FH，將兩值在程序中設(shè)定為比較的邊界值。本系統(tǒng)采用8位工作方式，轉(zhuǎn)換通道為A0，數(shù)字長(zhǎng)度為8位，MSB前導(dǎo)，單極性。報(bào)警是采用位操作指令，指示燈電路是從各引腳引出，低電平時(shí)電路導(dǎo)通，點(diǎn)亮LED；相反高電平時(shí)，LED滅；蜂鳴器電路是高電平導(dǎo)通。

4 結(jié)語(yǔ)

該智能型模塊化插座作為獨(dú)立插座來(lái)使用，可以設(shè)置通過(guò)該插座額定功率的大?。壳霸O(shè)計(jì)的插座可通過(guò)電流范圍為0～20A）。作為插排來(lái)使用，插排上每個(gè)插孔具有獨(dú)立過(guò)載保護(hù)功能。雖然市場(chǎng)上已有獨(dú)立過(guò)載保護(hù)功能的插排（如公牛品牌），但這些插排的主要功能是：使用過(guò)程中每個(gè)插孔獨(dú)立使用，當(dāng)發(fā)生過(guò)載情況時(shí)，所有插孔均斷電［4］。而本文所設(shè)計(jì)的插排是：使用過(guò)程中每個(gè)插孔獨(dú)立使用，當(dāng)發(fā)生過(guò)載情況時(shí)，每個(gè)插孔也是獨(dú)立斷電，互不影響使用［5］。

［1］何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1999.

［2］張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

［3］鄧元慶，賈鵬.數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.西安：電子科技大學(xué)出版社，2003.

［4］謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試［M］.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.

［5］李朝青.單片微機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)［M］.天津：南開(kāi)大學(xué)出版社，1998.

Research and Design of Intelligent Modular Socket Based on Single Chip Microcomputer

Tang XuefengZhou Hao
（Suzhou Institute of engineering,Chien-shiung Institute of Technology,Taicang Jiangsu 215400）

At present,the protection function of overload protection socket on the market is far from meeting people's needs.The intelligent modular socket based on single chip microcomputer not only has the alarm function,but also can realize the overload protection of the module,which improves the use efficiency of the socket.On the market by the original research overload protection socket,combining the electronic and electrical professional knowledge,the total power of the electric appliance and the rated power of the socket were detected by the single chip microcomput?er detecting circuit,such as start the alarm close to the rated power socket,beyond the outlet only to cut off the socket overload of electric appliances,and the rest the use of electrical appliances can continue to use.Each jack of the socket has independent overload protection,and does not affect each other.

socket；single chip microcomputer；modularization；independent overload

TM503.5；F416.61

A

1003-5168（2016）12-0104-02

2016-11-20

蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點(diǎn)課程《電氣安裝規(guī)劃與實(shí)施》（ZK201505）；江蘇高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究基金指導(dǎo)項(xiàng)目（2014SJD594）；浙江省教育廳科研項(xiàng)目（Y201225916）。

湯雪峰（1983-），男，本科，工程師，研究方向：機(jī)電一體化。