范紅剛，艾延寶，劉 睿，董翠蓮，金永君

（黑龍江科技學院，黑龍江 哈爾濱 150027）

在所有高校實驗室及很多科研院所實驗室中，都要用到插座。但是在傳統(tǒng)的普通插座上插上如電烙鐵等發(fā)熱裝置，使用后，當人離開實驗室并且忘記將這些設(shè)備從插座上拔下來時，會有很多電能被白白浪費掉，并且也很容易引發(fā)電火災(zāi)，產(chǎn)生不可估量的財產(chǎn)損失，甚至引發(fā)重大的人身傷亡事故。

本文設(shè)計的智能電源插座，具有當人離開現(xiàn)場時，能可靠地自動切斷電源的功能。

1 系統(tǒng)方案的設(shè)計

單片機智能電源插座控制系統(tǒng)原理框圖，如圖1所示。

圖1 單片機智能電源插座控制系統(tǒng)原理框

圖中STM8 單片機，是整個系統(tǒng)的控制核心，負責實時監(jiān)控人體感應(yīng)傳感器輸入到單片機的信號，根據(jù)此信號，控制插座電源控制單元，從而實現(xiàn)有人用電時不斷電，無人在場時自動切斷插座電源的功能。而人體感應(yīng)傳感器主要負責檢測附近是否有人，如果有人，則輸出一個高電平信號；沒有人，則輸出一個低電平信號；按鍵部分用于設(shè)置插座的工作狀態(tài)，可以選擇永不斷電模式，也可以通過按鍵設(shè)置為無人自動斷電模式；工作指示燈用于指示當前系統(tǒng)設(shè)置模式及系統(tǒng)的運行狀態(tài)等。電源模塊負責為其他模塊提供相應(yīng)的電源。

2 硬件電路的設(shè)計

為了實現(xiàn)智能插座所設(shè)定的無人自動斷電功能，要求有相應(yīng)的硬件電路來檢測和執(zhí)行通斷電處理任務(wù)。

2.1 人體感應(yīng)電路

圖2 所示為人體感應(yīng)電路原理圖。

圖2 人體感應(yīng)電路原理圖

本設(shè)計中采用了一個成品模塊HC-SR501 人體感應(yīng)模塊。該模塊電路接口簡單，只需要3個引腳，分別是供電電源的正負極和信號輸出引腳。本設(shè)計中將模塊兒的信號輸出引腳與單片機PB0 引腳相連。當附近有人時，第2 腳會向單片機的PB0 引腳輸入高電平信號；而當附近沒有人在場時，第2 腳會輸出給單片機PB0 引腳一個低電平信號。單片機就是根據(jù)此引腳的高低，來判斷是否有人，進而控制插座的通斷電。

2.2 按鍵電路

圖3 所示為按鍵電路原理圖。

圖3 按鍵電路

圖中包括兩個按鍵，一個是復(fù)位按鍵，當復(fù)位按鍵按下時，NRST 引腳接地，此時單片機就會復(fù)位，當復(fù)位按鍵釋放后，NRST 引腳與地斷開，單片機恢復(fù)正常運行；另一個按鍵為功能切換按鍵，當按鍵被按下時，單片機PB2 引腳被拉為低電平，當按鍵釋放時，單片機的PB2 引腳再次變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C就是通過檢測PB2 引腳的電平狀態(tài)，來識別此按鍵是否被按下的。當按鍵按下一次時，智能插座工作在永不停電狀態(tài)；當再一次按下此按鍵時，智能插座工作在無人自動斷電模式。

2.3 工作狀態(tài)指示LED 燈電路

圖4 所示電路為智能插座工作狀態(tài)指示燈電路。

圖4 智能插座工作狀態(tài)指示燈電路

一個是電源上電指示燈，當燈亮時表示系統(tǒng)供電正常；第二個是綠燈，用單片機的PB3 引腳控制，當燈亮時，表示系統(tǒng)工作在普通插座模式，及永不斷電模式；當紅色的LED 燈點亮時，表示系統(tǒng)工作在無人自動斷電模式。其中紅燈和綠燈不可以同時亮，因為在任意時刻，系統(tǒng)只能工作兩種模式之一。

2.4 輸出控制電路

圖5 所示電路為智能插座輸出控制電路。

圖5 智能插座輸出控制電路

圖中BTA16 是一個雙向可控硅，當智能插座工作在普通模式時，此雙向可控硅一直導通給負載供電；當用按鍵設(shè)置智能插座工作在無人自動斷電模式時，雙向硅BTA16 的通斷是受單片機控制的，當有人在場時，單片機控制雙向硅一直導通；當無人在場時，單片機控制雙向硅關(guān)斷，這樣就實現(xiàn)了無人時自動給負載斷電的功能。在圖6 中還有一個比較重要的元器件MOC3021。這個器件是一個光耦，可以實現(xiàn)強弱電之間的隔離。

3 軟件的設(shè)計

本文設(shè)計的智能插座控制系統(tǒng)的軟件程序流程圖，如圖6 所示。

圖6 主程序流程圖

主程序主要完成對系統(tǒng)的初始化，及實時監(jiān)測人體感應(yīng)傳感器的信號，以及按鍵設(shè)置信號等。通過檢測按鍵信號，可以設(shè)置系統(tǒng)工作在普通模式或者無人自動斷電模式。如果設(shè)置為普通模式，則忽略檢測人體感應(yīng)傳感器輸入的信號；如果設(shè)置為無人自動斷電模式，這時如果檢測人體感應(yīng)開關(guān)輸入的信號，如果有人在，則不切斷插座電源，如果沒有人在現(xiàn)場，則啟動定時器，當定時時間到時，就切斷插座電源。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計的智能插座控制電路設(shè)計合理，安全可靠。與目前市面上已經(jīng)生產(chǎn)的同類產(chǎn)品相比，較具有以下優(yōu)點：

第一，市場上的產(chǎn)品多數(shù)采用繼電器控制通斷電，會有一定的噪音，而且品質(zhì)不過關(guān)的繼電器的使用壽命也是一個問題。而本設(shè)計中采用的是雙向晶閘管控制通斷電，安全可靠無噪音。

第二，本設(shè)計中采用的主控芯片STM8 單片機的性價比較高，成本相對較低，并且功能強大，為產(chǎn)品的后續(xù)升級準備了條件。

本設(shè)計已經(jīng)申請并獲得專利，專利證書號是201120066445.1。初步調(diào)研結(jié)果顯示市場需求較大，有很好的推廣應(yīng)用價值。

[1]范紅剛，魏學海，任思璟. 51 單片機自學筆記[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]范紅剛，任思璟，李忠勤，汝洪芳，呂宗寶，劉宏洋，等.一種智能安防節(jié)電插座[P]. GB201120066445.1（專利號），201-11-2.