數(shù)顯式節(jié)能定時控制器的設(shè)計

李青云

(大聯(lián)大商貿(mào)有限公司, 上?！?01803)

0　引　言

目前，需要控制用電時間的電器很多，生產(chǎn)廠家雖然在部分用電器上設(shè)計有定時裝置，但還不能達(dá)到完全斷電的目的。如家用電視機(jī)，雖有定時功能，但到限定時間時，主工作電路雖能斷電，但是電源電路中仍有較小的維持電流，消耗的功率為4 W。其次，在普通用電器工作過程中，若遇市電停電，大多數(shù)人往往會忘記或忽略斷開電源。停電期間人員一旦外出，在恢復(fù)供電后，用電器會重新工作，不僅造成浪費(fèi)，還會十分危險(如：電熱鍋、空調(diào)、電風(fēng)扇、水泵等)。還有，像移動電話的充電器內(nèi)還沒有定時裝置，一旦忘記及時斷開電源，則會造成過充現(xiàn)象，輕者縮短電池壽命，重者則會徹底損壞電池。因此，設(shè)計一種具有限時供電功能的定時控制器(插座)就顯得非常重要。

1　定時控制器的結(jié)構(gòu)

1.1　定時控制器的控制原理框圖

定時控制器的控制原理框圖如圖1所示。

圖1　控制原理框圖

由圖1可知，該控制器由預(yù)置時間顯示、時鐘電路、實時時間顯示及邏輯控制電路四大部分組成。

圖1中S1為上電開關(guān)，CZ為單相三眼插座，用來向用電器供電。S2為預(yù)置時間按鈕，每按壓一次，加計數(shù)器1及加計數(shù)器2均使輸出數(shù)值增加1。其中加計數(shù)器1輸出的值，由預(yù)置時間顯示電路顯示出來，而加計數(shù)器2的輸出值又作為減計數(shù)器的預(yù)置數(shù)。當(dāng)計時開關(guān)S3按壓后，減計數(shù)器才能工作，選擇時鐘電路中合適的時鐘信號作為減計數(shù)器的工作脈沖。當(dāng)該脈沖的個數(shù)與預(yù)置時間開關(guān)S2被按壓的次數(shù)N相等時，減計數(shù)器則輸出低電平，將晶閘管關(guān)斷，完成一次用電過程。

1.2　定時控制器的電路原理圖

與定時控制器控制原理框圖對應(yīng)的電路原理如圖2所示。圖2中，U5、U4B、U6、U7、U8、U9、U10構(gòu)成實時時間顯示電路[1]。 其中U5、U4B為時基電路，U5為14級二進(jìn)制串行計數(shù)器，它與石英晶體X形成32 768 Hz振蕩，經(jīng)內(nèi)部2E14分頻后，由③腳輸出2 Hz信號,再經(jīng)由雙D觸發(fā)器的1/2(U4B)接成的雙穩(wěn)態(tài)電路后，對2 Hz除以2，以1 Hz基準(zhǔn)信號從U4B 的Q端腳輸出，作為U6的計數(shù)脈沖。

U6～U10是集計數(shù)、譯碼、顯示驅(qū)動為一體的數(shù)字芯片，依次構(gòu)成10、6、10、6、10進(jìn)制(這里稱計數(shù)器的模為進(jìn)制)的計數(shù)器。顯然計數(shù)器U8的輸出為(0～9)min，U9的輸出為(0～5)10 min，U10的輸出為(0～9)h，且各有相應(yīng)的顯示器(DS)所顯示。

圖2　原理圖

圖3　實物圖

圖2中，U11、U12及DS4、DS5、DS6則構(gòu)成預(yù)置時間顯示電路。U11、U12分別構(gòu)成6進(jìn)制和10進(jìn)制計數(shù)器。其輸出值由預(yù)置時間開關(guān)S2被按壓的次數(shù)N決定。邏輯控制電路由U1、U2、U3、U4A、U13A、U13B、U13C等組成，其中U1、U2構(gòu)成自然2進(jìn)制計數(shù)器[2-4]，其輸出值作為由U3構(gòu)成的減計數(shù)器的預(yù)置數(shù)。U4A的輸出端②腳的電平由其④、⑥腳的信號共同決定。僅當(dāng)其⑥腳為低電平(④腳可為任意電平)時，即不實現(xiàn)置數(shù)功能時，U4A的②腳才為高電平，晶體管Q1導(dǎo)通，晶閘管Z被開通，插座CZ上連接的用電器才能工作。整體電路可安裝在一個較小的長方形盒內(nèi)，僅有CZ、顯示器及按鍵露出面板，供操作與觀察，其外形如圖3所示。

2　工作原理

2.1　上電及顯示器復(fù)位(清零)

圖2中，C1的初始低電平可將由U1、U2構(gòu)成的計數(shù)器復(fù)位(清零)。

2.2　預(yù)置時間

如果用電器工作所需的時間已知，且是10 min的整數(shù)倍N，則可按壓時間預(yù)置開關(guān)(S2)N次(即N個脈沖)。該信號一方面被U11、U12組成的計數(shù)器記下并顯示[5]；另一方面，該信號又被由U1、U2組成的計數(shù)器所記憶，并使其輸出值作為減計數(shù)器U3的預(yù)置輸入數(shù)值。

2.3　計時器啟動工作

這里設(shè)定時間的單位為10 min，如果嫌該單位較大，還可改用實時電路中U7的輸出脈沖作為減計數(shù)器U3的工作脈沖，設(shè)定時間的單位就變?yōu)? min了。

這樣一來，僅需在預(yù)置時間電路中稍加改動，并增加按壓預(yù)置開關(guān)(S2)的次數(shù)即可。

3　結(jié)束語

本文設(shè)計的數(shù)顯式節(jié)能定時控制器具有如下特點：

(1)用電時間由用戶自己設(shè)定，使用方便靈活；

(2)與傳統(tǒng)的機(jī)械定時器相比，精度較高；

(3)與普通的多檔位電子定時器相比，增添了時間顯示電路[6]，比較直觀；

(4)與普通的倒計時器相比，能同時顯示預(yù)置時間和已度過的實際時間，而普通的倒計時器僅能顯示剩余時間；

由于本文所設(shè)計的數(shù)顯式節(jié)能定時控制器具有上述特點，所以應(yīng)用前景比較廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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