基于单片机控制下的智能型模块化插座的研究与设计

汤雪峰 周皓

（苏州健雄职业技术学院中德工程学院，江苏太仓 215400）

基于单片机控制下的智能型模块化插座的研究与设计

汤雪峰 周皓

（苏州健雄职业技术学院中德工程学院，江苏太仓 215400）

目前市场上的一些过载保护插座，其保护功能已经远不能满足人们的需求。基于单片机控制下的智能型模块化插座，不仅具备报警功能，而且可以实现模块式过载保护，提高插座的使用效率。通过对市场原有过载保护插座的研究，结合电子、电工专业知识，利用单片机检测电路检测出插座上用电器的总功率与插座本身的额定功率，如接近插座的额定功率时报警，超出时插座仅切断发生过载的用电器，而其余用电器可以继续使用。插座的每个插孔具有独立过载保护，互不影响。

插座；单片机；模块化；独立过载

随着我国居民生活质量的提高，家用电器的快速普及，特别是各种大功率设备的使用，居民用电量也大大增加。目前，电力部门走向市场经济，废除了原来居民用量负荷的限制，鼓励居民用电，这无形之中又加速了居民用电负荷的增长。随着居民用电量的增长，对用电设备额定参数的忽视，极易导致插座在使用过程中出现过载现象，从而发生电气火灾。据统计，我国每年发生的电气火灾占全年火灾总数的30%以上，而插座出现问题是引起火灾的重要原因之一。虽市场上已有一些过载保护的插座，但其功能还不够完善，有时也给用户造成了一定的麻烦和损失。如某用户使用传统的过载保护插座，插上台式电脑进行办公时，突然插座上出现过载情况时，则插座断电保护，切断插在上面的所有用电器，此时就有可能出现该用户未能及时保存电脑上的重要资料［1-3］。

1 智能型模块化插座结构设计

该智能型模块化插座用户在使用过程中，如果接到插座上的用电器将要接近该插座的额定功率时，此时检测电路检测到此信号后，通过A/D转换器转换成数字信号后将该信号传输到单片机中，由单片机处理后，再传输到报警电路中，报警指示灯点亮报警并切断电源。主要电路结构如图1所示。

图1 智能型模块插座系统结构图

2 智能型模块化插座功能设计

该智能型模块化插座的模块式过载保护插孔的设计（即发生过载时，各个插孔具有独立切断电源的功能），不仅可以有效地避免此类情况的发生，而且该插座可以在出现过载现象前发出报警提示。用户在使用过程中，一是如果用户插在该插座上的所有用电器的总功率将要接近插座的额定功率值时，便开始报警（如该智能型模块化插座额定功率值为2 500W，最大电流10A，电压220V，当插座上用电器的总功率达到2 490W时，便报警提示，告知用户）。二是如果直接出现过载现象，该插座只是切断发生过载的用电器，而其他用电器可以继续使用（如用户在该智能型模块化插座上已经插上了电脑、电视和冰箱，用户如继续在上面插上吹风机，则所有用电器的总功率超过了该插座的额定功率，此时插座仅切断吹风机上的电源，而电脑、电视和冰箱可以继续使用，各用电器间互不影响）。这样即保证了安全，也达到了用户在使用某些电器时，不希望出现突然断电的情况。

3 智能型模块化插座系统设计

3.1 电流过载/短路检测模块设计

电流过载/短路检测模块设计，该检测模块同时也具备A/D装换功能。其主要包括检测电路、处理电路和执行电路三部分。其中，检测电路主要是交流霍尔传感器，用来检测流过插孔上交流电流的大小，通过取样信号调节旋钮来设定检测交流电流的大小范围（现设定的交流电流值的调整范围为0～20A）；处理电路主要由整流电路、运放电路及开关电路等组成，其主要功能可将检测到的交流电转换为模拟信号（现输出大小为5V）和数字信号输出，模拟信号的输出大小可通过模拟信号输出校准旋钮来设定，数字信号的输出可通过电平信号阀值调节旋钮来设定。

3.2 单片机模块设计

本设计主要采用了AT89C51单片机来进行信号处理。根据交直流电压对照，选取交流190.3V对应的直流1.705V和交流240.4V对应的直流2.182V两组作为正常电压边界域值，当参考电压+5V时，1.705V和2.182V对应的A/D结果为56H和6FH，将两值在程序中设定为比较的边界值。本系统采用8位工作方式，转换通道为A0，数字长度为8位，MSB前导，单极性。报警是采用位操作指令，指示灯电路是从各引脚引出，低电平时电路导通，点亮LED；相反高电平时，LED灭；蜂鸣器电路是高电平导通。

4 结语

该智能型模块化插座作为独立插座来使用，可以设置通过该插座额定功率的大小（目前设计的插座可通过电流范围为0～20A）。作为插排来使用，插排上每个插孔具有独立过载保护功能。虽然市场上已有独立过载保护功能的插排（如公牛品牌），但这些插排的主要功能是：使用过程中每个插孔独立使用，当发生过载情况时，所有插孔均断电［4］。而本文所设计的插排是：使用过程中每个插孔独立使用，当发生过载情况时，每个插孔也是独立断电，互不影响使用［5］。

［1］何立民.单片机应用系统设计［M］.北京：北京航天航空大学出版社，1999.

［2］张毅刚.MCS-51单片机应用设计［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.

［3］邓元庆，贾鹏.数字电路与系统设计［M］.西安：电子科技大学出版社，2003.

［4］谢自美.电子线路设计、实验、测试［M］.武汉：华中理工大学出版社，2000.

［5］李朝青.单片微机原理及应用技术［M］.天津：南开大学出版社，1998.

Research and Design of Intelligent Modular Socket Based on Single Chip Microcomputer

Tang XuefengZhou Hao
（Suzhou Institute of engineering,Chien-shiung Institute of Technology,Taicang Jiangsu 215400）

At present,the protection function of overload protection socket on the market is far from meeting people's needs.The intelligent modular socket based on single chip microcomputer not only has the alarm function,but also can realize the overload protection of the module,which improves the use efficiency of the socket.On the market by the original research overload protection socket,combining the electronic and electrical professional knowledge,the total power of the electric appliance and the rated power of the socket were detected by the single chip microcomput⁃er detecting circuit,such as start the alarm close to the rated power socket,beyond the outlet only to cut off the socket overload of electric appliances,and the rest the use of electrical appliances can continue to use.Each jack of the socket has independent overload protection,and does not affect each other.

socket；single chip microcomputer；modularization；independent overload

TM503.5；F416.61

A

1003-5168（2016）12-0104-02

2016-11-20

苏州健雄职业技术学院重点课程《电气安装规划与实施》（ZK201505）；江苏高校哲学社会科学研究基金指导项目（2014SJD594）；浙江省教育厅科研项目（Y201225916）。

汤雪峰（1983-），男，本科，工程师，研究方向：机电一体化。