基于STM 8單片機(jī)的智能電源插座

范紅剛，艾延寶，劉 睿，董翠蓮，金永君

（黑龍江科技學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027）

在所有高校實(shí)驗(yàn)室及很多科研院所實(shí)驗(yàn)室中，都要用到插座。但是在傳統(tǒng)的普通插座上插上如電烙鐵等發(fā)熱裝置，使用后，當(dāng)人離開實(shí)驗(yàn)室并且忘記將這些設(shè)備從插座上拔下來時(shí)，會有很多電能被白白浪費(fèi)掉，并且也很容易引發(fā)電火災(zāi)，產(chǎn)生不可估量的財(cái)產(chǎn)損失，甚至引發(fā)重大的人身傷亡事故。

本文設(shè)計(jì)的智能電源插座，具有當(dāng)人離開現(xiàn)場時(shí)，能可靠地自動切斷電源的功能。

1 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

單片機(jī)智能電源插座控制系統(tǒng)原理框圖，如圖1所示。

圖1 單片機(jī)智能電源插座控制系統(tǒng)原理框

圖中STM8 單片機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控人體感應(yīng)傳感器輸入到單片機(jī)的信號，根據(jù)此信號，控制插座電源控制單元，從而實(shí)現(xiàn)有人用電時(shí)不斷電，無人在場時(shí)自動切斷插座電源的功能。而人體感應(yīng)傳感器主要負(fù)責(zé)檢測附近是否有人，如果有人，則輸出一個(gè)高電平信號；沒有人，則輸出一個(gè)低電平信號；按鍵部分用于設(shè)置插座的工作狀態(tài)，可以選擇永不斷電模式，也可以通過按鍵設(shè)置為無人自動斷電模式；工作指示燈用于指示當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)置模式及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等。電源模塊負(fù)責(zé)為其他模塊提供相應(yīng)的電源。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)智能插座所設(shè)定的無人自動斷電功能，要求有相應(yīng)的硬件電路來檢測和執(zhí)行通斷電處理任務(wù)。

2.1 人體感應(yīng)電路

圖2 所示為人體感應(yīng)電路原理圖。

圖2 人體感應(yīng)電路原理圖

本設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)成品模塊HC-SR501 人體感應(yīng)模塊。該模塊電路接口簡單，只需要3個(gè)引腳，分別是供電電源的正負(fù)極和信號輸出引腳。本設(shè)計(jì)中將模塊兒的信號輸出引腳與單片機(jī)PB0 引腳相連。當(dāng)附近有人時(shí)，第2 腳會向單片機(jī)的PB0 引腳輸入高電平信號；而當(dāng)附近沒有人在場時(shí)，第2 腳會輸出給單片機(jī)PB0 引腳一個(gè)低電平信號。單片機(jī)就是根據(jù)此引腳的高低，來判斷是否有人，進(jìn)而控制插座的通斷電。

2.2 按鍵電路

圖3 所示為按鍵電路原理圖。

圖3 按鍵電路

圖中包括兩個(gè)按鍵，一個(gè)是復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵按下時(shí)，NRST 引腳接地，此時(shí)單片機(jī)就會復(fù)位，當(dāng)復(fù)位按鍵釋放后，NRST 引腳與地?cái)嚅_，單片機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行；另一個(gè)按鍵為功能切換按鍵，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，單片機(jī)PB2 引腳被拉為低電平，當(dāng)按鍵釋放時(shí)，單片機(jī)的PB2 引腳再次變?yōu)楦唠娖剑瑔纹瑱C(jī)就是通過檢測PB2 引腳的電平狀態(tài)，來識別此按鍵是否被按下的。當(dāng)按鍵按下一次時(shí)，智能插座工作在永不停電狀態(tài)；當(dāng)再一次按下此按鍵時(shí)，智能插座工作在無人自動斷電模式。

2.3 工作狀態(tài)指示LED 燈電路

圖4 所示電路為智能插座工作狀態(tài)指示燈電路。

圖4 智能插座工作狀態(tài)指示燈電路

一個(gè)是電源上電指示燈，當(dāng)燈亮?xí)r表示系統(tǒng)供電正常；第二個(gè)是綠燈，用單片機(jī)的PB3 引腳控制，當(dāng)燈亮?xí)r，表示系統(tǒng)工作在普通插座模式，及永不斷電模式；當(dāng)紅色的LED 燈點(diǎn)亮?xí)r，表示系統(tǒng)工作在無人自動斷電模式。其中紅燈和綠燈不可以同時(shí)亮，因?yàn)樵谌我鈺r(shí)刻，系統(tǒng)只能工作兩種模式之一。

2.4 輸出控制電路

圖5 所示電路為智能插座輸出控制電路。

圖5 智能插座輸出控制電路

圖中BTA16 是一個(gè)雙向可控硅，當(dāng)智能插座工作在普通模式時(shí)，此雙向可控硅一直導(dǎo)通給負(fù)載供電；當(dāng)用按鍵設(shè)置智能插座工作在無人自動斷電模式時(shí)，雙向硅BTA16 的通斷是受單片機(jī)控制的，當(dāng)有人在場時(shí)，單片機(jī)控制雙向硅一直導(dǎo)通；當(dāng)無人在場時(shí)，單片機(jī)控制雙向硅關(guān)斷，這樣就實(shí)現(xiàn)了無人時(shí)自動給負(fù)載斷電的功能。在圖6 中還有一個(gè)比較重要的元器件MOC3021。這個(gè)器件是一個(gè)光耦，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電之間的隔離。

3 軟件的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能插座控制系統(tǒng)的軟件程序流程圖，如圖6 所示。

圖6 主程序流程圖

主程序主要完成對系統(tǒng)的初始化，及實(shí)時(shí)監(jiān)測人體感應(yīng)傳感器的信號，以及按鍵設(shè)置信號等。通過檢測按鍵信號，可以設(shè)置系統(tǒng)工作在普通模式或者無人自動斷電模式。如果設(shè)置為普通模式，則忽略檢測人體感應(yīng)傳感器輸入的信號；如果設(shè)置為無人自動斷電模式，這時(shí)如果檢測人體感應(yīng)開關(guān)輸入的信號，如果有人在，則不切斷插座電源，如果沒有人在現(xiàn)場，則啟動定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，就切斷插座電源。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的智能插座控制電路設(shè)計(jì)合理，安全可靠。與目前市面上已經(jīng)生產(chǎn)的同類產(chǎn)品相比，較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，市場上的產(chǎn)品多數(shù)采用繼電器控制通斷電，會有一定的噪音，而且品質(zhì)不過關(guān)的繼電器的使用壽命也是一個(gè)問題。而本設(shè)計(jì)中采用的是雙向晶閘管控制通斷電，安全可靠無噪音。

第二，本設(shè)計(jì)中采用的主控芯片STM8 單片機(jī)的性價(jià)比較高，成本相對較低，并且功能強(qiáng)大，為產(chǎn)品的后續(xù)升級準(zhǔn)備了條件。

本設(shè)計(jì)已經(jīng)申請并獲得專利，專利證書號是201120066445.1。初步調(diào)研結(jié)果顯示市場需求較大，有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]范紅剛，魏學(xué)海，任思璟. 51 單片機(jī)自學(xué)筆記[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[2]范紅剛，任思璟，李忠勤，汝洪芳，呂宗寶，劉宏洋，等.一種智能安防節(jié)電插座[P]. GB201120066445.1（專利號），201-11-2.