霍爾檢測(cè)型智能節(jié)能插座設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-05-26 03:27 本頁(yè)面
【正文】 智能節(jié)能插座設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)者：武恩澤 關(guān)佳興 劉德峰 孫宇 胡勁舸 沈杰 趙茜指導(dǎo)教師：王晶（南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 ，025）作品內(nèi)容簡(jiǎn)介這是一款通過(guò)紅外遙控和待機(jī)自動(dòng)斷電相結(jié)合的方式來(lái)達(dá)到節(jié)能省電效果的插座。所謂紅外遙控是指采用在規(guī)定空間距離范圍內(nèi)，發(fā)出紅外線使開(kāi)關(guān)插座開(kāi)啟或關(guān)閉，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)斷開(kāi)電源。與市場(chǎng)上的節(jié)能插座以電流互感器構(gòu)成檢測(cè)電路不同，本設(shè)計(jì)的自動(dòng)斷電是基于霍爾傳感器ACS712芯片構(gòu)成的計(jì)量模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)了市電強(qiáng)電回路與弱電電路的隔離，從而極大增強(qiáng)了其使用的安全性。通過(guò)該模塊能夠靈敏地檢測(cè)到負(fù)載待機(jī)的狀態(tài)，進(jìn)而將信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)控制繼電器的開(kāi)關(guān)以接通或斷開(kāi)電源，無(wú)需用戶將電器插頭拔下即達(dá)到節(jié)電目標(biāo)。插座的開(kāi)關(guān)的接通根據(jù)負(fù)載特性有紅外遙控和按鍵兩種方法，保證用戶的使用方便。該節(jié)能插座可組網(wǎng)應(yīng)用于小型供電網(wǎng)絡(luò)（如家庭和學(xué)校），也可應(yīng)用于數(shù)字功率傳遞系統(tǒng)以及微電網(wǎng)的multiagent分布協(xié)調(diào)系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：電流檢測(cè) 功率分配 數(shù)字化 電力系統(tǒng) 紅外遙控 聯(lián)系人：劉德峰聯(lián)系電話：15605175699EMAIL：pandat8@1 研制背景及意義傳統(tǒng)的插座僅具有開(kāi)關(guān)電源的作用，而現(xiàn)在大量電器都有了待機(jī)功能，用戶只能通過(guò)從插座上拔出插頭，才能實(shí)現(xiàn)電器的徹底斷電，由于手工操作的不便利和大量用戶沒(méi)有切斷電源的習(xí)慣，待機(jī)能耗已經(jīng)造成了大量能源浪費(fèi)，根據(jù)中國(guó)節(jié)能認(rèn)證中心對(duì)家庭待機(jī)能耗做過(guò)的調(diào)查顯示，待機(jī)能耗占到家庭電力消耗的10％左右，僅以電視機(jī)為例，平均每臺(tái)電視機(jī)的待機(jī)能耗是8．07W，按每天待機(jī)16小時(shí)大約耗電0．128度。待機(jī)能耗引起的資源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，為此國(guó)際能源署提出了“1瓦計(jì)劃”，到2010年實(shí)施1瓦的待機(jī)能耗行動(dòng)。該計(jì)劃得到歐盟和美國(guó)的積極響應(yīng)，并簽署協(xié)議承諾逐年降低待機(jī)能耗，各國(guó)相繼推行了強(qiáng)制性法規(guī)(例如2003年歐盟委員會(huì)正式啟動(dòng)了“歐洲理智能源計(jì)劃”，2005年6月歐盟發(fā)表了《關(guān)于能源效率的綠皮書(shū)》，2006年美國(guó)實(shí)施了“白標(biāo)機(jī)制”等)。智能開(kāi)關(guān)插座因其方便節(jié)能，受到了國(guó)外消費(fèi)者的廣泛歡迎，目前智能開(kāi)關(guān)插座正在成為新節(jié)能產(chǎn)品的研究熱點(diǎn)。 智能節(jié)能開(kāi)關(guān)插座是針對(duì)電視機(jī)的一款智能開(kāi)關(guān)插座，本文闡述了紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì)，給出了自動(dòng)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)和定型方案，消費(fèi)者利用它可以對(duì)家中一些需要不斷開(kāi)關(guān)的電器進(jìn)行自動(dòng)斷電控制，而不需要拔掉插頭。該插座除了具有自動(dòng)斷電功能外，由于具有了MCU控制電路，因此對(duì)于電力系統(tǒng)數(shù)字化改造具有重要意義。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是一個(gè)功率不可控的系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行受負(fù)載功率不波動(dòng)的不利影響，功率輸出波動(dòng)會(huì)增加輸電能耗，而接入的負(fù)載過(guò)高會(huì)使功率源過(guò)載，并降低供電電壓，從而影響負(fù)載工作，也有可能導(dǎo)致跳閘斷電，使大量負(fù)載停止工作，同時(shí)造成電網(wǎng)負(fù)載輸出的更大波動(dòng)，造成更大的電能損耗。所以功率系統(tǒng)的信息化是未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。改造后的電力系統(tǒng)將采用負(fù)載的準(zhǔn)入制，使負(fù)載分配合理且能防止電力系統(tǒng)過(guò)載，而此智能節(jié)能插座即作為新型電力系統(tǒng)的底層功率非配器，并不需要電器做任何改變即能完成新型功率負(fù)載電氣安裝。該插座的主要作用為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)功率傳遞控制系統(tǒng)提供了數(shù)字功率負(fù)載的控制節(jié)點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由于功率不可靠而導(dǎo)致的運(yùn)行不穩(wěn)定，可采用一種采用余額制新型微型功率系統(tǒng)模型，由多級(jí)功率分配器和數(shù)字功率負(fù)載組成。智能插座可通過(guò)MCU審批子屬電器的功率請(qǐng)求，并實(shí)時(shí)與上級(jí)功率分配器交互，以實(shí)現(xiàn)功率的合理分配和電力系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)同一子網(wǎng)中各節(jié)能插座之間借助數(shù)字通信可在任一節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的電源開(kāi)關(guān)控制。2 設(shè)計(jì)方案 智能節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的硬件設(shè)計(jì) 智能節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的工作原理 智能節(jié)能開(kāi)關(guān)插座工作時(shí)，可通過(guò)檢測(cè)電視負(fù)載的電流來(lái)判斷電視處于工作狀態(tài)還是待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到電視待機(jī)時(shí)，單片機(jī)被喚醒，延時(shí)一定時(shí)間后，向外輸出一個(gè)電平信號(hào)使繼電器關(guān)斷，即切斷了電視的電源，用戶無(wú)需拔下電視插頭即能避免待機(jī)功耗。當(dāng)電視需要開(kāi)機(jī)時(shí)，首先按下遙控器開(kāi)機(jī)鍵，紅外接收電路接收到該信號(hào)后向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)開(kāi)機(jī)信號(hào)，單片機(jī)喚醒后向開(kāi)關(guān)電路發(fā)送一個(gè)電平信號(hào)使繼電器接通，這時(shí)用戶只需再按一次遙控器上的電源鍵即可實(shí)現(xiàn)電視開(kāi)機(jī)。智能插座在關(guān)機(jī)時(shí)切斷電源的功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需用戶的任何操作，而電視開(kāi)機(jī)時(shí)用戶需要按兩次遙控器電源鍵才能開(kāi)機(jī)，但是用戶再無(wú)需按電視機(jī)身上的電源開(kāi)關(guān)，所以并沒(méi)有增加用戶的操作負(fù)擔(dān)。 智能節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的原理圖如圖1所示，它是由MCU控制電路、檢測(cè)電路、比較電路、關(guān)斷電路、紅外接收電路、開(kāi)關(guān)插頭電路和電源電路等部分構(gòu)成的智能開(kāi)關(guān)插座。 紅外遙控接收器MCU控制電路指示燈比較器檢測(cè)電路開(kāi)關(guān)電路開(kāi)關(guān)插頭電路電視負(fù)載市電按鍵電路 圖1系統(tǒng)總框圖 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 在智能節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)中，檢測(cè)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)負(fù)載電視機(jī)輸入端處于不同狀態(tài)下的電流信號(hào)。該部分設(shè)計(jì)中，負(fù)載電流首先流入霍爾傳感器ACS712為核心的電流采樣電路，傳感器經(jīng)過(guò)內(nèi)部信號(hào)的處理向外輸出一個(gè)與輸入電路成比例的弱電交流電壓，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)后級(jí)電路的放大，整流，得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓,電壓
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