多功能智能插座电路设计

　　普通家用插座仅具有导通断电功能，没有保护功能和安全事故预防功能等文章介绍了一种以微功耗单片机PIC16F877A为控制核心带有定时通断和过流过压保护温度检测报警功能的多功能智能插座，还论述了智能插座的构成与工作机理，以及电流 电压测量方法和单片机的保护控制原理，并给出了硬件电路原理图和主程序流程图。文章主要讲述了所设计的智能插座对检测用电器的工作状态对非正常状态进行报警和断电，具有安全可靠使用方便等特点。

　　1 插座的构成与工作原理

　　1.1 插座的构成

　　多功能智能插座硬件系统由状态检测模块 单片机系统模块电源模块等组成，结构框图如图1所示插座的检测模块包括三个部分：温度检测电流检测和电压检测单片机作为系统的控制核心，处理各检测信号和键盘输入值，在LCD上显示其处理结果，并通过控制继电器实现智能插座的开启和关断 电源模块采用电容降压原理，即利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流 电源模块由插座接头引入220 V交流电压，经过4.7 F聚丙烯电容降压，再经二极管半波整流，12 V稳压二极管稳压，电容滤波，LM317稳压输出5 V直流电压，给单片机显示器等提供电源。

　　1.2 状态检测模块

　　1.2.1 电压信号采集与调理模块

　　多功能智能插座电压信号的采集采用电阻分压的原理，如图2所示电网电压220 V经电阻R1 R2分压变为的0 5 V电压信号，经二极管半波整流，再经RC低通滤波，截止频率f=1/ （2 R C），最后将直流电压V（t）送至单片机A/D转换输入口RA0。

　　1.2.2 电流信号采集与调理模块

　　电流信号的采集利用欧姆定律U=IR的原理，将大电流信号转化成小电压信号如图3所示，电流信号I （t）经

　　锰铜小电阻转化为电压信号U（t），再经运算放大器LM324单级负反馈放大，电压增益A=（-R3/R2）RC低通滤波后将电压U（t）送至单片机A/D转换输入口RA1。

　　1.2.3 温度检测模块

　　温度信号的采集选用美国Dallas公司生产的数字温度传感器DS18B20，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围为-55 +125 ，可编程为9 12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625由于DS18B20只有1个串行通信接口，与单片机的连接电路非常简单，只需和单片机的1个I/O端口连接即可，如图4所示，它是和单片机RB0相连的DS18B20的I/O口属于漏极开路输出，则外接上拉电阻后常态呈高电平。

　　1.3 单片机系统模块

　　根据低成本低功耗的要求，选用PIC16F877A单片机PIC16F887A运行速度快功耗低体积小，可直接驱动液晶显示器［4-5］；RB4RB7端口具有跳变中断功能，方便接收键盘输入信号；具有一个10位多通道A/D转换器；另可进入休眠模式，降低功耗单片机系统硬件原理图如图4所示，RA0和RA1分别作为插座电压和电流信号A/D输入端，RB0作为温度信号的输入端，RB4RB7用于接收键盘按键输入，RC0 RC2用于和时钟芯片DS1302的通信，RC3用于控制继电器的开关切换，RC4RC5用于控制LED指示灯，RC7用于控制蜂鸣器，RD0RD7和RE0RE2用于连接LCD1602。

　　1.3.1 开关驱动模块

　　开关驱动模块的功能是实现弱电对强电的控制单片机RC3口输出电平的变化切换继电器的工作状态，实现对家用电器的开/关控制 继电器采用5 V继电器HRS4-S-DV5V，驱动电流为70 mA，常闭端最大可切换电流可达10 A 因继电器电流大于PIC单片机I/O最大驱动电流（25 mA），在RC3输出端接入NPN的三极管8050，增强其驱动能力。

　　2 软件设计

　　程序设计采用模块化结构，主要有信号采集和处理模块键盘管理模块LCD显示模块定时模块和插座动作控制模块

　　插座上电后，系统进行初始化初始化程序主要完成对单片机专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的设置系统初始化之后进入主循环，进行状态检测，即温度电流电压检测，并在LCD上显示检测结果当单片机得到的温度信号电流信号或电压信号超过一定的限度，单片机会立即通过蜂鸣器和LCD报警，并控制继电器切断负载回路 此外，若用户开启节能功能，当电流值小于某一规定值时，单片机将进入休眠模式节电主程序流程图如图5所示。

　　系统键盘为4个独立按键，采用RB口中断的方式检测键盘按键当RB4按下，显示器进入定时设置界面完成定时设置后，复位并启动DS1302，对系统进行定时当DS1302分钟寄存器和小时寄存器中值的变化大小等于定时设置值，此时，插座定时完成，单片机对继电器进行相应的控制。

　　编辑点评：本文介绍了一种以微功耗单片机PIC16F877A为信息处理核心的多功能智能插座 这种插座具有温度检测过流过压保护定时开通定时关