Wi-Fi智能定時(shí)器的設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 張雨晴 褚麗莉 楊邦立 白蘭杭

Wi-Fi智能定時(shí)器的設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 張雨晴 褚麗莉 楊邦立 白蘭杭

介紹了由脈沖發(fā)生電路、邏輯控制電路、數(shù)碼管顯示電路和繼電器控制電路結(jié)合完成了一種實(shí)用Wi-Fi智能定時(shí)器的設(shè)計(jì)。主要實(shí)現(xiàn)三大功能：通過按鍵對(duì)Wi-Fi進(jìn)行定時(shí)、顯示定時(shí)時(shí)間和定時(shí)關(guān)閉Wi-Fi。首先通過脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生秒脈沖，再經(jīng)過3600分頻電路輸入到邏輯控制電路中，在邏輯控制電路中通過按鍵對(duì)Wi-Fi的使用時(shí)間進(jìn)行定時(shí)，同時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間通過七段數(shù)碼管顯示，由繼電器控制電路控制Wi-Fi的開與關(guān)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)后，繼電器斷開，Wi-Fi關(guān)閉。

定時(shí)器；七段數(shù)碼管；繼電器；Wi-Fi

0 引言

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整、生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高及家用電器的逐漸普及，待機(jī)能耗也成為了“吃”電的罪魁禍?zhǔn)祝瑹o異于對(duì)資源的直接浪費(fèi)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國城市家庭的平均待機(jī)能耗相當(dāng)于這些家庭每天都在使用著一盞15瓦到30瓦的的長明燈。為避免能源消耗，市場(chǎng)對(duì)定時(shí)控制系統(tǒng)的需求越來越大如：定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、定時(shí)自動(dòng)打鈴、定時(shí)通斷動(dòng)力設(shè)備以及各種電氣的定時(shí)啟動(dòng)等成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。而今網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，Wi-Fi上網(wǎng)解決了運(yùn)營商的互聯(lián)互通、高收費(fèi)、漫游性的問題，已走近千家萬戶。然而它帶來便利的同時(shí)也隱含著待機(jī)消耗，Wi-Fi智能定時(shí)器可以根據(jù)使用者的要求對(duì)Wi-Fi進(jìn)行定時(shí)，智能的控制Wi-Fi開啟的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源，綠色環(huán)保、節(jié)能減排的目的。

本文是結(jié)合模擬電路技術(shù)以及數(shù)字電路的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)的Wi-Fi智能定時(shí)系統(tǒng)，目的就是實(shí)現(xiàn)以下要求：Wi-Fi使用者可以根據(jù)自身要求，通過按鍵裝置對(duì)Wi-Fi定時(shí)器對(duì)進(jìn)行定時(shí)，通過控制計(jì)數(shù)器的時(shí)間從而控制繼電器的吸合與斷開，以保證擁有足夠上網(wǎng)時(shí)間的同時(shí)，避免無人上網(wǎng)路由器產(chǎn)生的待機(jī)損耗和對(duì)人體微量的輻射。減少電子設(shè)備的功耗以及進(jìn)一步延長電子設(shè)備的使用壽命。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的Wi-Fi智能定時(shí)器包括如下的幾個(gè)部分：脈沖發(fā)生電路、邏輯控制電路、數(shù)碼管顯示電路和繼電器控制電路。利用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器，產(chǎn)生1HZ的秒脈沖作為脈沖發(fā)生器，將脈沖發(fā)生信號(hào)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過由4片74LS160形成的3600分頻的電路，輸入邏輯控制電路中，系統(tǒng)等待用戶輸入定時(shí)時(shí)間，使用者每按一次按鍵開關(guān)計(jì)數(shù)器輸入一個(gè)脈沖，并計(jì)數(shù)一次，代表定時(shí)一個(gè)小時(shí)。開關(guān)撥動(dòng)兩次，計(jì)數(shù)器輸入兩個(gè)脈沖，并計(jì)數(shù)兩次，代表定時(shí)兩個(gè)小時(shí)，同時(shí)定時(shí)時(shí)間會(huì)通過七段數(shù)碼管顯示出來，當(dāng)定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi上電工作，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)后，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖1所示。

2 單元電路設(shè)計(jì)

智能定時(shí)器裝置是由脈沖發(fā)生電路、邏輯控制電路、數(shù)碼管顯示電路和繼電器控制電路四部分組成。將脈沖發(fā)生信號(hào)產(chǎn)生的脈沖輸入邏輯控制電路中，等待用戶輸入定時(shí)時(shí)間，所設(shè)置的定時(shí)會(huì)經(jīng)由邏輯控制電路判斷，時(shí)間未到時(shí)，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi正常工作，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)后，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖

2.1 脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì)

脈沖發(fā)生電路由555定時(shí)器產(chǎn)生秒脈沖電路與3600分頻電路兩個(gè)電路組成。555定時(shí)器在工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、仿聲、防盜報(bào)警等方面有著廣泛應(yīng)用。電路如圖2所示。

圖2 555定時(shí)器電路連接圖

對(duì)于74LS160和74LS161兩種計(jì)數(shù)器芯片來講，都需要采用多片級(jí)聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)3600分頻的功能；獲得n進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法有兩種，分別為置零法和置數(shù)法，置零法在計(jì)數(shù)過程中因?yàn)殡娐方Y(jié)構(gòu)的關(guān)系，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)計(jì)數(shù)的丟失，而采用置數(shù)法設(shè)計(jì)電路需要計(jì)數(shù)范圍為0～n-1。以六進(jìn)制為例說明其工作原理：74LS160輸入端都接地，QA、QC、經(jīng)四輸入與非門接到端，ENP、ENT、接高電平，計(jì)數(shù)方位從0到5，每接收6個(gè)周期的脈沖就輸出一個(gè)高電平，且進(jìn)位信號(hào)直接由引腳RCO輸出，完成6分頻功能。本電路采用4片74LS160分別6×6×10×10來實(shí)現(xiàn)3600分頻，如圖3所示。

圖3 3600分頻電路圖

2.2 邏輯控制電路設(shè)計(jì)

邏輯控制電路由定時(shí)輸入電路、時(shí)間計(jì)數(shù)電路和時(shí)間檢驗(yàn)電路組成。加法器時(shí)鐘脈沖引腳接入電平開關(guān)，開關(guān)撥動(dòng)一次，計(jì)數(shù)器輸入一個(gè)脈沖，并計(jì)數(shù)一次，代表定時(shí)一個(gè)小時(shí)。開關(guān)撥動(dòng)兩次，計(jì)數(shù)器輸入兩個(gè)脈沖，并計(jì)數(shù)兩次，代表定時(shí)兩個(gè)小時(shí)，以此類推?？筛鶕?jù)用戶需要，最多定時(shí)9個(gè)小時(shí)。[7]

圖4 時(shí)間定時(shí)電路圖

時(shí)間計(jì)數(shù)部分由74LS160、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器74LS48和七段數(shù)碼管組成。計(jì)數(shù)器時(shí)鐘脈沖引腳接分頻電路的時(shí)鐘輸出。清零端接確定開關(guān)S，當(dāng)用戶設(shè)置好定時(shí)時(shí)間后，按下確定功能鍵，74LS160開始在分頻脈沖下自動(dòng)計(jì)數(shù)。

時(shí)間檢驗(yàn)部分由門電路74LS136和74LS32組成，用于檢驗(yàn)定時(shí)時(shí)間輸入部分的時(shí)間和時(shí)間計(jì)數(shù)部分的時(shí)間是否相同。當(dāng)兩者時(shí)間相同時(shí)，門電路輸出低電平，使繼電器2斷開。電路圖如圖5所示。

圖5 時(shí)間檢驗(yàn)電路圖

2.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)

七段數(shù)碼管是一類價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單的元器件，在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，如顯示屏、空調(diào)、熱水器、冰箱等等，具有體積小、顯示醒目、直觀的優(yōu)點(diǎn)。從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。本次研究選用共陰極的數(shù)碼管，將七段數(shù)碼管的陰極連接在一起，經(jīng)過譯碼驅(qū)動(dòng)電路，顯示定時(shí)時(shí)間。

2.4 繼電器控制電路

繼電器是一種電子控制器件，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用，目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口設(shè)備、恒溫系統(tǒng)、電機(jī)控制、數(shù)控機(jī)械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化裝置等等。一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成，由通電產(chǎn)生的電磁效應(yīng)控制銜鐵的吸合與斷開，這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。

當(dāng)邏輯控制電路輸出處在計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)時(shí)，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi上電工作，當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。又因?yàn)楸M可能的降低設(shè)備功耗，在計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)候不止將Wi-Fi電源斷開，還可以將定時(shí)器的電源斷開以求更低的功耗，更能延長設(shè)備的使用壽命，因此需要增加一個(gè)繼電器來控制定時(shí)器的所有電源，處在計(jì)時(shí)期間的時(shí)候繼電器吸合，開始計(jì)數(shù)，計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)候，將所有電源斷開。繼電器(1)用來控制Wi-Fi電源的通斷，繼電器(2)用于控制整個(gè)定時(shí)電路所有芯片的電源通斷，可用一個(gè)發(fā)光二極管來代替Wi-Fi設(shè)備，電路圖如圖6所示。

圖6 繼電器控制電路圖

3 仿真結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)的電路仿真部分是在 Multisim 軟件中進(jìn)行的。利用空格鍵模仿按鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間，利用LED燈模仿Wi-Fi的工作狀態(tài)，LED燈亮則表示此時(shí)Wi-Fi處于工作狀態(tài)，LED燈滅，則Wi-Fi不工作。按下按鈕，根據(jù)用戶需求設(shè)置定時(shí)時(shí)間，開關(guān)撥動(dòng)一次，計(jì)數(shù)器輸入一個(gè)脈沖，代表定時(shí)一個(gè)小時(shí)。開關(guān)撥動(dòng)兩次，計(jì)數(shù)器輸入兩個(gè)脈沖，代表定時(shí)兩個(gè)小時(shí)，定時(shí)時(shí)間設(shè)置完畢后計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間，此時(shí)LED燈亮，表示W(wǎng)i-Fi處于工作狀態(tài)，可以使用網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)?shù)竭_(dá)定時(shí)時(shí)間后，會(huì)發(fā)現(xiàn)LED燈熄滅，此時(shí)可以得出Wi-Fi不工作，達(dá)到了定時(shí)關(guān)閉的目的，減少了待機(jī)損耗，實(shí)現(xiàn)了本次研究的目的。

4 發(fā)展前景

隨著電器的時(shí)代的到來，使能源方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)，合理用電，節(jié)約用電，以及利用清潔能源發(fā)電被大力提倡，其中利用節(jié)能的新理念，開發(fā)節(jié)能新技術(shù)成為一種有效可行的好方法。節(jié)能型產(chǎn)品的特點(diǎn)都是在耗能少的情況下，為用戶提供同等的服務(wù)，而本產(chǎn)品同樣采用了節(jié)能的理念。定時(shí)關(guān)閉Wi-Fi電源體現(xiàn)了本產(chǎn)品的智能化特征，在用戶能享受網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，也避免了用戶忘記關(guān)閉電源而帶來的能源消耗，減少二氧化碳的排放量，節(jié)約電能。本產(chǎn)品使用的定時(shí)裝置，符合未來發(fā)展的要求，滿足國家提倡的節(jié)能減排理念，具有廣闊的發(fā)展前景。

5 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)解決市面上大部分路由器沒有定時(shí)功能或者繁瑣的界面設(shè)置方式，采用硬件定時(shí)的方式，傻瓜式操作，更能方便沒有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的人們使用。定時(shí)裝置不僅限于用于Wi-Fi定時(shí)，還可以用在生活中的其他方面；比如晚上給電動(dòng)車充電，傳統(tǒng)的電車充電器在電池充滿之后不會(huì)停止沖電，這樣會(huì)降低電池的使用壽命，因此可以在充電前設(shè)置好充電時(shí)間，記滿時(shí)間之后停止充電，等等方面。

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The Design Of Wi-fiintelligent timer

Zhang Yuqing Chu Lili Yang Bangli Bai Lanhang
（School of Electronics & Information Engineering，Liaoning University of Technology，Jinzhou Liaoning 121001，China）

Describes the design and implementation of the wi-fiintelligent timer based on the combination of pulse generator circuit，logic control circuit，digital tube display circuit and relay control circuit. The three main functions: the wi-fitiming，display timing and shut down of wi-fiby pressing the key. First，the pulse generating circuit generates a second pulse，and then through the 3600 frequency division circuit input to the logic control circuit，the use time of wi-fiin the logic control circuit timing，and the timing time through seven segments of digital tube display，the relay control circuit controls the opening and closing of wi-f i，when the timing arrival，the relay disconnect，wi-fito shut down.

timer；Seven segment tube；relay；wi-f i

張雨晴，現(xiàn)就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院。

褚麗莉。