基于涓電流檢測的節(jié)能插座設計

沈毅斌,田巧玉

（四川大學錦江學院，四川眉山，620860）

基于涓電流檢測的節(jié)能插座設計

沈毅斌,田巧玉

（四川大學錦江學院，四川眉山，620860）

為了能夠在電器設備關機或待機情況下有效切斷外設電源，達到節(jié)能的目的，以低功耗STC89C52RC微控制器作為控制電路的核心，通過檢測回路的涓電流以及紅外遙控信號，設計了一種節(jié)能插座，實現(xiàn)對電器電源的智能控制。本節(jié)能插座使用方便有效，實現(xiàn)了外設的零待機功耗，順應了節(jié)能減排的時代潮流。

ACS712;節(jié)能插座;涓電流檢測;待機能耗

0　引言

隨著家用電器不斷普及，產(chǎn)生了越來越多的待機功耗。家用電器的待機能耗就占到中國家庭電力消耗總數(shù)的10%以上。本文提出了一種基于單片機的低成本新型的節(jié)能插座，通過對涓電流的檢測，實現(xiàn)當家電處于待機時，插線板電源自動切斷功能，同時兼有定時開關、過載保護、功率顯示、USB充電等功能，并且能夠通過普通家電的遙控器控制。節(jié)能插座使用方便且可有效的避免電器待機時的損耗。

1　系統(tǒng)概述

本設計以STC12C5A60S微控制器為核心，由降壓電路、涓電流采樣檢測電路、單片機控制電路、遙控開關及繼電器控制電路、計時電路、按鍵電路、功率和時間顯示電路構成。節(jié)能插座具有自動斷電功能，主要是利用霍爾型電流檢測芯片ACS712對待機與開機兩種狀態(tài)下工作電流的數(shù)值進行檢查比較。當檢測到的工作電流比設定的閾值大時，判定所使用電器正在正常工作；當檢測到的工作電流比設定閾值小時，判定所使用電器處于待機狀態(tài)；多次判定待機后，節(jié)能插座自動斷電。節(jié)能插座的原理框圖如圖1所示：

圖1　節(jié)能插座原理框圖

2　相關計算

系統(tǒng)采用ACS712進行電流檢測。ACS712根據(jù)型號尾綴的不一樣，量程分為三個規(guī)格：±5A、±20A、±30A。輸入與輸出在量程范圍內(nèi)為良好的線性關系，其系數(shù)Sensitivity分別為，185 mV/A、100 mV/A、66mV/A。因為斬波電路的原因，其輸出將加載于0.5*Vcc上。ACS712的Vcc電源一般采用5V。則輸出與輸入的關系為Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。

本設計中選用±30A 量程的ACS712芯片，輸出端VOUT接到STC12C5A60S片內(nèi)10位的ADC模塊進行模數(shù)轉換，ACS712的電壓輸出VOUT和被檢測的電流IP間的關系為：

VOUT的輸出范圍為0.5V～4.5V，量程為4V，若采用10位的ADC模數(shù)轉換模塊時，量化單位△=4／1024V=3.9mv，小于ACS712的輸出靈敏度，即用10位的ADC在轉換精度上可以滿足需要。ADC輸入的模擬量VIN和輸出的數(shù)字量D之間的關系為：

由于VOUT=VIN，所以ADC輸出的數(shù)字量D和被檢測電流IP間有如下的關系：

即被檢測電流與A/D轉換后的數(shù)字量間建立對應的關系，當被檢測的電流為-30A時D=0；當被檢測的電流為0A時，D=512；當被檢測的電流為30A時，D=1024，被檢測電流的大小通過ACS712和ADC模塊轉化為數(shù)字量。

3　系統(tǒng)設計

3.1硬件設計

涓電流通過ACS712芯片IP端后，VOUT便會輸出對應的電壓值，將此時的電壓值輸入到ADC模塊，通過模數(shù)轉換，將輸入的電壓值轉換成數(shù)字量，此時單片機便獲取到了電流值。

當系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)時，可通過遙控開關和手動兩種方法啟動節(jié)能插座。利用紅外遙控器利用繼電器K1、T2控制節(jié)能插座啟動或關閉。當節(jié)能插座正常工作，如果控制系統(tǒng)檢測到電器處于待機狀態(tài)，通過繼電器T2可以關斷電器電源。

3.2軟件設計

主程序完成初始化設置、定時器設置及時間顯示，啟動節(jié)能插座的電器電源后進入循環(huán)狀態(tài)。插座智能節(jié)能的功能主要在定時器中斷服務子程序中實現(xiàn)。如圖4所示

4　系統(tǒng)測試

4.1電器待機狀態(tài)下切斷電源時間的測試

測試首先給節(jié)能插座連接聯(lián)想A7180電腦作為用電負載，打開紅外開關，節(jié)能插座正常工作。然后使電腦處于待機狀態(tài)，待機5分鐘后可以用電流表測試電腦的電源已經(jīng)斷開。

4.2電流檢測的最小分辨率測試

輸入市電電壓為220V，頻率50Hz，測試霍爾傳感器檢測端能夠檢測到的最小電流。連續(xù)測試3次，節(jié)能插座能夠檢測到的最小電流的平均值為37mA。

4.3系統(tǒng)整機測試

節(jié)能插座通電打開后讓電視機處于工作狀態(tài)，通過控制板上的按鍵設置定時開關的時間，LED顯示當前時間，當時間到了定時開關時間的時候可以觀察到電視機電源被切斷。

5　結論

本文設計的這種節(jié)能插座通過對電器待機狀態(tài)微小電流的識別，實現(xiàn)對電器待機狀態(tài)電源的有效控制，同時兼具定時開關、過載保護、功率顯示等多種功能，在節(jié)能減排方面應用前景將會十分廣闊。

[1]張毅剛 彭喜元 單片機原理與應用設計[M] 電子工業(yè)出版社2010.1.4

[2]高吉祥.數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設計[M]電子工業(yè)出版社2004.1.5

The Design of Energy Saving Socket Based on Weak Current Detection

Shen Yibin,Tian Qiaoyu
（Sichuan University Jinjiang college，Meishan city,Sichuan province.620860）

A socket for energy saving with high reliability，which uses STC12C5A60S as the core of the control circuit，is designed to cut off the peripheral power supply effectively by detecting the electrical consumption of the current in the circuit and external infrared signal to achieve the purpose of energy saving. In such way the socket realize the intelligent power control. The socket is efficient and easy to use, enables the zero standby power of the peripherals, which conforms to the trend of energy saving.

ACS712；Energy Saving Socket；Weak Current Detection；Stand-by Power Consumption

圖2　涓電流采樣檢測電路

圖3　遙控開關電路遙控開關及繼電器控制電路

圖4　主程序流程圖