基于对射式光电传感器的智能主动防触电插座的研制

文/吴昊 和思铭 张岩 王金秋 王家昊

随着社会经济与科技的发展,人们对家居生活的要求正逐步的提高。伴随越来越多的家电的使用，将会存在一些安全隐患。插座做为连接电器的核心器件，其安全问题变得尤为重要，而现今市场插座的功能往往十分单一，不能满足人们对安全保护的需求。

本文介绍了一种基于光电对管智能插座，该插座打破传统插座的弊端，当外部条件所引发断电需求时，基于光电对管的智能插座将会从内部进行自我断电，实现自我保护，大大提安全系数，在当今科技高速发展的社会中，智能插座有着广阔的市场前景。

1 智能插座的总体方案

基于光电对管的智能插座,采用双 STC12C5A60S2单片机作为主要控制芯片，与LM393对射光电传感器、继电器共同构成智能插座的核心器件。在插座的每个插孔两边将光电发射器和接收器相互对射安装，发射的光直接对准接收器，当被测物挡住光束时，对射光电对管发生电压变化，产生数字量0，1，随后发送给单片机，单片机接收到信号控制继电器通路。以三相插座为例，只有当三个插孔同时检测到被测物时才会通电。系统的总框图如图1。

2 硬件设计

该项目运用STC12C5A60S2为核心芯片，同时选用LM393 对射光电对管，复位电路模块构成外围电路来完成智能插座控制系统的硬件设计。

2.1 对射光电传感器电路

图1：系统总框图

图2：电源模块流程图

该电路采用LM393，LM393是电压比较器，将红外传感器接收和失去光信号时产生的电阻值变化，变成电压信号传递给电压比较器的同相输入端，这个变化的电压信号与电压比较器的反相输入端的基准电压相比较，当同相端电压大于反相端端电压时，电压比较器的输出端输出高电平电压，当同相端电压小于反相端端电压时，电压比较器的输出端输出低电平电压，此时LED灯亮。

2.2 电源模块

首先是对220V的高压进行变压，变压之后的电流仍然为交流，在通过整流电路后，变为脉冲直流。后面再接滤波电路可以消除脉冲，但是输出的直流电压仍不稳定。最后，通过稳压电路，使得电压的稳定性大大提高。如图2是电源模块流程图。

3 软件设计

本系统由单片机 C 语言编写而成，采用模块化结构设计。主要实现的功能是：把单片机控制技术、对射光电对管有机地结合起来，运用继电器等完成基于单片机STC12C5A60S2的智能插座系统的设计。其内部软件流程图如图3所示。

3.1 对射光电传感器原理

它可以相对于光轴在0°到25°的范围内改变发射角度，使得光束几乎从一条发射线反射或者从该反射线返回。光纤（也称为光纤LWL）扩大了光电传感器的应用范围，并形成了一种特殊的嵌入式收发器。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时，光发射器和光接收器分别设置在检测对象通过路径的两侧，检测对象通过时光路被阻断，光接收器用于输出开关控制信号。

图3：光电对管程序流程图

3.2 对射光电传感器实验数据真值表

如表1所示，A,B,C分别为三孔处的输入 ‘0’无遮挡，‘1’有遮挡。

4 光电传感器技术分析与前景预测

根据发展的需要光电传感器的传输速度与稳定性方面应用广泛，有着很大的市场前景需求也会变的更大。

文献[4]阐述了光电传感器的原理以及应用方式，包含了许多应用光电传感器的实例。

文献[5]在分析原理的基础上，列举了传感器应用在钢铁生产，传送机，国防领域等方面。

文献[6]是应用光电传感器设计的PM2.5检测传感器，成功的产品实例。

以上都为我们的安全插座提供了完善的理论基础与应用实例，从而侧面展示出我们的产品具有很大的市场前景。

5 结论

本设计主要采用电子元器件进行控制，在触电危险发生之前进行主动断电保护，防患于未然，相较于传统的安全插座在发生危险时才做出反应，我们的设计更加的安全，构思新颖，有着很广阔的发展前景。

表1：真值表