張建榮

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院 信息學(xué)院，山西 太原 030031)

基于繼電器的無(wú)線遙控插板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張建榮

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院 信息學(xué)院，山西 太原 030031)

近年來(lái)，隨著人們生活水平的逐漸提高，家用電器越來(lái)越多，插板上電器插頭繁多，開(kāi)、關(guān)電器時(shí)對(duì)插頭插、拔,造成了插板的一定磨損。而待機(jī)狀態(tài)下的電器造成了電力資源浪費(fèi)，也有很大的安全隱患。本設(shè)計(jì)選用無(wú)線遙控和單片機(jī)定時(shí)控制插板電路的通、斷，進(jìn)而控制用電器的開(kāi)關(guān)。本設(shè)計(jì)改變家用開(kāi)關(guān)怕水易磨損的缺點(diǎn)，具有方便、安全、實(shí)用、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)線遙控；插板；繼電器

隨著社會(huì)進(jìn)步，家用電器也越來(lái)越多。據(jù)估計(jì)，在我國(guó)，家電處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)能耗約占到家庭電力消耗的10%以上。長(zhǎng)期的待機(jī)狀態(tài)使插板的負(fù)荷越來(lái)越大，具有非常嚴(yán)重的安全隱患，也使電器的壽命大大縮短。因此，本設(shè)計(jì)對(duì)家庭中普通插板進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，利用無(wú)線遙控對(duì)繼電器的控制來(lái)達(dá)到控制插座通斷的目的，并可以通過(guò)單片機(jī)對(duì)插板進(jìn)行定時(shí)通斷設(shè)置，且在定時(shí)功能基礎(chǔ)上增加了過(guò)載保護(hù)和防雷模塊。因此本設(shè)計(jì)可以減少能耗、提高家庭用電安全、延長(zhǎng)電器壽命、方便人們生活等。

1 總體電路工作原理

圖1為電路工作原理圖。220 V交流電經(jīng)過(guò)變壓器之后變?yōu)? V電壓，輸入繼電器電路與信號(hào)接收電路，電路開(kāi)始工作，此時(shí)無(wú)線遙控端發(fā)出信號(hào)，

接收端接收信號(hào)并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)傳給繼電器，繼電器響應(yīng)，控制電路通斷，遙控功能完成。另外，可通過(guò)單片機(jī)控制定時(shí)設(shè)置進(jìn)而智能控制繼電器通斷。

圖1 電路工作原理圖

2 各主要電路及部件工作原理

2.1 變壓器

變壓器利用電磁互感應(yīng)進(jìn)行電壓變換。本設(shè)計(jì)中220 V～5 V變壓器電源電壓轉(zhuǎn)換穩(wěn)定，而且?guī)в须娏鬟^(guò)載保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)。其體積相對(duì)于其他變壓器模塊小。圖2為220 V～5 V電路圖。

圖2 220 V～5 V電路

2.2 無(wú)線遙控

目前，大多遙控器采用的是紅外技術(shù)，它的特點(diǎn)是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過(guò)7 m、不受電磁干擾、功耗高[1]；無(wú)線電遙控器是利用無(wú)線電波傳送控制信號(hào)，它具有方向任意性、可以不“面對(duì)面”控制、距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中考慮到插板一般放在家中不是很明顯的地方，這樣紅外遙控不能有阻擋、距離范圍近的要求就較難實(shí)現(xiàn)了，所以選擇無(wú)線電遙控器做為該插板的遙控裝置。

2.3 繼電器

繼電器在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。本系統(tǒng)選擇電磁繼電器。

電磁繼電器[2]的工作原理是利用電磁效應(yīng)，根據(jù)繼電器兩端是否加有電壓，使銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合或釋放，從而實(shí)現(xiàn)在電路中導(dǎo)通和切斷。

2.4 主控制器及最小系統(tǒng)

主控制器采用STC12C5608AD單片機(jī)，是STC生產(chǎn)的機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，代碼指令集合完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8～12倍[3]。

2.4.1 最小控制系統(tǒng)的功能

增強(qiáng)型：8051 CPU ，機(jī)器周期1T，代碼指令集合完全兼容傳統(tǒng)的8051。

工作電壓：STC12C5608AD 系統(tǒng)工作電壓：5.5 V～3.5 V(5 V單片機(jī))。

工作頻率范圍：0～35 MHz，等同于8051的0～421 MHz。

用戶應(yīng)用程序空間：30 K/28 K/20 K/16 K/12 K/8 K/4 K字節(jié)，單片機(jī)上集成768字節(jié)RAM。

通用I/O口：?jiǎn)纹瑱C(jī)集成口(共27/23/15個(gè))，復(fù)位后：準(zhǔn)雙口/弱向上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)可有四種模式設(shè)定。

IAP(在應(yīng)用中可編程) /ISP(在系統(tǒng)中可編程)：可通過(guò)串口模式(P3.0/P3.1)下載用戶程序。

EEPROM：復(fù)位電路。

時(shí)鐘源：有內(nèi)部R/C振蕩器和外部高精度晶體時(shí)鐘兩種，用戶在下載用戶程序的時(shí)候，可選擇使用內(nèi)部R/C振蕩器或者是外部晶體時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩頻率為5.2 MHz～6.8 MHz，精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但是因?yàn)橛兄圃旌蜏仄室詫?shí)際為準(zhǔn)。

定時(shí)器和計(jì)數(shù)器：16位定時(shí)器T0和T1，PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)16位定時(shí)器，2個(gè)時(shí)鐘輸出口可由T0的溢出在P1.0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P1.1輸出時(shí)鐘。

SPI同步通信口，主從模式。

封裝：LQFP-32，SOP-32/28/20，PDIP-20，SKDIP-28，TSSOP(mini)，LQFP32/SOP32有27個(gè)I/O口，SOP28/SKDIP28有23個(gè)I/O，同時(shí)芯片還預(yù)留2～3個(gè)普通接口外接74HC595/164/165(均可級(jí)聯(lián))來(lái)擴(kuò)展接口，還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O。

2.4.2 接口輸出功能

P1口：對(duì)P1端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可作為單片機(jī)的輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，由于內(nèi)部電阻的原因則輸出電流。

P2口：對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部向上拉電阻把端口拉高此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被拉低的引腳由于內(nèi)部的電阻的原因?qū)⑤敵鑫⑷醯碾娏鳌?/p>

P3口：對(duì)P3端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。

RST——復(fù)位電平輸入。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖

2.5 顯示器

顯示器部分采用了56共陽(yáng)數(shù)碼管[4]顯示器。此顯示器可同時(shí)顯示4個(gè)數(shù)字，通過(guò)輸入指令來(lái)顯示信息內(nèi)容。如圖4為共陽(yáng)顯示器針腳圖。

圖4 共陽(yáng)顯示器針腳圖

3 結(jié)果分析

當(dāng)用遙控器端給出信號(hào)之后，繼電器工作，對(duì)應(yīng)插孔通電，再次按遙控，對(duì)應(yīng)插孔斷電，符和當(dāng)初設(shè)計(jì)可以在較遠(yuǎn)距離控制家庭用電器，并且不受墻壁的阻擋。

4 該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

該方案利用了現(xiàn)有插板，直接將電路做在了插板內(nèi)，節(jié)省了制作外殼的費(fèi)用以及制作設(shè)計(jì)步驟。

1) 低功耗節(jié)能特性。一個(gè)是自身的低功耗特性，另一個(gè)是遙控開(kāi)關(guān)插座帶來(lái)的間接節(jié)能效果。

2) 極強(qiáng)抗干擾能力，可靠性高，具有防雷功能。

3) 提供手動(dòng)、遙控兩種模式，既增強(qiáng)了方便性，又承襲了原有的習(xí)慣。

4) 全開(kāi)全關(guān)功能。當(dāng)休息的時(shí)候，一鍵即可以完成電器的全關(guān)或全開(kāi)。

5) 斷電保護(hù)功能。若有斷電時(shí)，開(kāi)關(guān)將自動(dòng)關(guān)閉。

6) 無(wú)方向遠(yuǎn)距離隔墻控制功能。紅外遙控器一般受空間距離和方向的限制，而采用無(wú)線射頻技術(shù)的遙控開(kāi)關(guān)，完全沒(méi)有這些限制。

7) 超載保護(hù)功能。遙控開(kāi)關(guān)本身具有保護(hù)功能，可以有效地保護(hù)電器設(shè)備及人身安全。

[1] 史學(xué)謙.基于射頻技術(shù)的無(wú)線遙控系統(tǒng)[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[2] 彭江波.一種電磁電壓繼電器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研制[D].廣東：汕頭大學(xué)，2008.

[3] 徐丹，戴曉江，李心一.STC12C5608AD單片機(jī)的數(shù)字式一氧化碳濃度變送器設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子,2012(9):43-46.

[4] 魏寧宇.基于AT89S52單片機(jī)控制的電器定時(shí)插座的設(shè)計(jì)[J].信息通信,2012(3):66.

Design and Implementation of Wireless Remote Control Socket Based on Relay

Zhang Jianrong

(InformationFaculty,BusinessCollegeofShanxiUniversity,TaiyuanShanxi030031,China)

In recent years, with the gradual improvement of people’s living standards, more and more household appliances are used with many electric appliance plugs in the socket. When opening and closing the electric appliance, the plug is inserted and pulled out that resulting in a certain abrasion of the socket. In standby mode, the electric appliance has caused not only the waste of power resources, but also a lot of security risks. This design selects the wireless remote control method and single chip microcomputer to control the circuit on and off, which controls the switch of the electric appliance. This design changes the weakness of home switch with fear of water and easy to wear, and it is convenient, safe, practical, and low cost, etc.

wireless remote control; socket; relay

2016-11-22

張建榮(1983- )，女，講師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。

1674- 4578(2017)01- 0032- 03

TP872

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