EEPW论坛

作者：唐山学院 魏开林 李胜军 石富天
指导教师：杨金泉 张国旭

　　作品简介

　　开发背景：
　　当今社会能源尤其是电能日益紧张，但是大多数电器比如电视、电脑为了方便用户使用，关机后仍有数瓦到数十瓦的功耗，从网络上可以检索到大量相关资料，我们自己也进行了测试：方正E330主机+显示器+20W工频变压器(模拟功放)实测关机功耗约8W。
　　在推广节能环保的今天，有必要设计一种能自动识别负载关机，并能跟踪用户使用习惯的智能插板以主动开启的插座;网络检索发现有固定的定时模式的产品比如公牛的产品，自动断电的产品也很多，但是唯独没有能够自动开启和关闭的插座;USB接口是目前统一的手机充电器接口标准，加入它可以为现代家庭中拥挤的插板节省空间，方便用户使用;用电器常年接在电网上会造成不可避免的老化，切断电源可以延长电器使用寿命;基于上述现状我们提出了这样一个智能节电的插座题目。

　　作品图片：　　

　　结构说明：
　　第一部分为电源部分：由于产品本身用于节电并且需要嵌入插座内部，体积小效率高的开关电源便成为不二选择，开关电源模块化和商品化程度高，在这里选择一个带外壳的9V/1A电源，为系统供电。
　　第二部分是控制核心：以官方开发板为平台，充分利用板载资源，实现所需功能。搭载的单片机拥有2KRAM、61K程序存储器、八通道10bitADC、3个定时器、高速51内核等，所有这些为系统的实现提供了硬件基础;
　　第三部分是自己设计的电流传感模块：把负载电流经过隔离、变换和滤波后送单片机内部AD转换器进行数字处理。
　　第四部分为液晶显示部分。
　　第五部分为插座本体：插座由普通插座改造，一部分插孔一直接通，方便临时负载或者极小功率设备使用，一部分为智能插孔，根据用户使用习惯智能开启和关闭。

　　功能：
　　每次用户关闭用电器后，延迟数十秒自动断电，实现电器关机零功耗;每次用户使用用电器前，系统根据用户之前的使用习惯自动接通电源;USB充电器功能;电子日历功能。
　　使用说明：第一次使用需设置系统时间，复位后按键1选择调整类型，按键2调整具体值，完成之后显示屏会自动关闭以节能;当用户需要在系统定义的关机时间段内开启时，按复位键即可;需查看日历，按复位键均可;USB口即插即用;自动开机用户无需介入。

　　平台选型说明

　　选择基于最新的STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板。
　　控制功能强，功能丰富，在本系统中游刃有余，性价比高。

　　设计说明

　　原理图：　　

　　以上是电流比例变换、I/V变换、AC/DC变换及低通滤波回路;
　　控制核心板即开发板(有小改动);
　　与插板的连接(地线忽略)　　

　　设计原理：
　　用电设备在不同的工作状态下工作电流有明显的区别，现代电子设备大量的使用开关电源，有着相似的工作特性。但是在开机、关机和待机状态下，电流有着很大的差别，通过判断插板的负载电流的大小来判断电器工作状态，如果记录下负载开机的时间，就可以作为下一次插板开启的标志，在负载接入的情况下通过扫描负载电流大小，决定关闭插板时间。以一周为单位进行时间记录，下一周周一开始时以上一周记录的周一接入负载的时间为标准进行跟随，若用户在插板还在未打开之前需要使用电器，可以手动打开，插板会自动记录使用时间，作为下一周插板开启的标志。

　　设计方案：
　　通过自制的电流测量模块，经过变换和滤波，送到AD转换器，来判断负载状态，若扫描负载电流低于阀值，且持续一段时间依然低于阀值，则单片机给出控制信号，通过继电器将插板关闭。
　　每隔一段时间查询一次上周记录的数据，记录负载状态并写入ROM。若查询的记录是上周负载接入，则单片机给出控制信号，通过继电器打开插板，若查询的数据为上周无负载接入，则继续查询，这样一周跟随一周，实现跟随功能。
　　记录的时间由时钟芯片给出，用户在第一次使用时需调整时间，通过按键来调整时间。用户按复位键即接受调整，B键选择调整内容，A键改变其值，调整结束，液晶自动关闭。

　　作品特色

　　先进性：
　　节能和环保是时代的主题，节电更是工作和生活中的重要部分。普通的电源插座接通后便一直为负载供电，但是大多说用电器即使在关机的状态下也会消耗数瓦到十几瓦不等的功率，由于通常负载关机的时间远大于开机时间，每年由此浪费的电能相当可观。我们的想法是设计一个检测模块，当检测到用户把用电器关机后，自动切断电源;在用户下次使用前，使用自适应算法跟踪用户的使用习惯，自动开启。

　　实用性：
　　市场上已有自动全关机的节电插板，但是不能自动开启，即每次用户都要多开启一个开关才能使用电器，事实上插板经常被放置在一个角落，这将很不方便;我们的作品可以实现全智能的跟随，提前开启，非常方便;我们给插座增加了USB口，轻松为各种移动终端充电，方便快捷;插座同时配有一个液晶显示的电子日历;加入压敏电阻，保护用电器;性价比高。

　　创新性：
　　创造性的使用自适应算法跟随用户的使用习惯，自动为用户提前开启电源;使用电流互感器和软件算法判断负载的接入情况;加入USB接口，为拥挤的插板节省空间，方便使用;加入电子日历功能;

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2335