(辽宁科技学院中美双百学院 辽宁 本溪 117004)

在日常生活中，插座作为一个为用电设备供电的器件，人们对其要求越来越高，其智能程度也越来越明显。一方面智能插座可以通过需要人为设定插座的定时开关，从而达到安全节能的目的；另一方面，应用互联网技术，通过远距离的遥控，可实现家居的安全化监控，达到控制各种家用电器和设施的目的[1]，提高人们的生活品质。

一、总体方案设计

本文设计的智能节能插座的总体结构框图如图1所示。

图1 智能插座的总体结构图

主要包括：定时控制、红外接收、远程控制、电量检测、继电控制、实时显示及蜂鸣器报警电路。定时控制单元可以手动或自动控制供电时间；红外接收单元利用热释电红外传感器检测被测区域是否有人员在场，以此判断是否对插座实施通断控制；远程控制单元主要传送远程的信息和接收指令通过控制电路将用电设备切断；电量检测单元用于检测电压、电流、功率等参数；继电控制单元主要接收远程控制指令、利用检测单元检测的数据与设定值比较、定时器发送来的指令或是红外单元发送的信号，来控制插座上电器的供电；实时显示单元主要显示电压、电流、耗电量等参数；蜂鸣器当检测到的电压、电流和功率超过预设极限值时，发出报警信号，控制声光报警。

二、硬件设计

(一)定时控制

采用AT89C51单片机和DS1302芯片可实现准确计时，DS1302的供电方式以主电源供电为主，外加备用的3V纽扣电池电源，以防在系统电源出现故障时，能确保在系统电源恢复前时钟继续工作，确保时间的精准[2]。时钟电路配以按键电路，可实现手动或红外遥控控制供电时间，随时控制插座通电与否。

(二)红外接收单元

利用AT89C51单片机和红外接收头HS0038构成红外线发射/接收控制电路，这种发射/接收控制电路电路简单实用，而且输出的控制方式可以选择。具体工作过程为：发射信号时，将从单片机的P3.2口送出数据,然后经过红外发射二极管发射出去,最远可发射10m。接收信号时，利用红外接收头,将检测到的数据接收后送到单片机P3.2口,再由系统确认接收数据与发送数据是否一致,一致则开锁,二极管亮；否则不开锁，二极管灭[3]。

(三)电量检测电路

图2 电量检测电路

如图2所示的电量检测电路主要由电能计量芯片ADE7755和电压、电流检测电路构成。电流互感器检测到的电流经过滤波以后送入ADE7755的V1P和V1N端；电压互感器检测到的电压会有干扰，所以需要滤除干扰然后再送入ADE7755进行处理。处理完的信号从CF端送到单片机计数器上，单片机将处理好的信号显示。通过读取ADE7755寄存器中的数据，可以在显示电路中显示出电压、电流和有功功率，随时了解电器耗能情况。

(四)继电器控制电路

单片机通过控制继电器，可以控制负载的失电与得电。为了使继电器能够正常工作，本设计中采用三极管对继电器进行驱动，并利用续流二极管对电路进行了保护。如图3所示。

图3 继电器控制电路

(五)实时显示电路

使用LCD1602显示模块，有以下几个特点，外观小巧、低功率消耗、价格低廉、屏幕展现内容多，性能价格比高于数码管。LCD1602芯片显示信息时，画面能展示双排数据，共计32个字符，首排字符地址为80F-8FH,下一行地址是C0H-CFFH。工作时由正5伏电源供电，它以250kHZ的频率进行工作。

(六)蜂鸣器报警电路

用一个扬声器和三极管、电阻接到单片机的P2.0引脚上，构成声音报警电路，低电平触发即可实现。当功率超出限定范围，插座提前预警提醒，避免强制断电时电器产生的伤害。

(七)远程控制单元

利用网络将手机和家中的无线网进行连接，然后利用手机软件控制插座的导通，实现远程控制功能，根据用户的需要控制家用电器的开关时间。

三、系统软件设计

主程序主要包括系统初始化、远程控制程序、显示程序、红外接收程序等。通过软件设计，插座可以完成分段定时、远程控制、红外控制等功能，并且通过中断服务程序可以完成电压、电流及功率的测量。图4为主程序流程图，图5为wifi远程通信流程图。

四、总结

本文所设计的节能插座，即可做普通插座来用，又具有定时开关的功能，可避免人们用完电器设备不切断电源导致电能的浪费和安全隐患。通过移动设备进行远程遥控开关是智能插座的最大的特色，也是家居系统智能化发展的必然方向。实验证明，这种节能插座具有节能环保，安全可靠的优点，值得推广。