低成本智能定时插座的设计

只看该作者 · 2021-1-28 18:53

智能定时开关插座，应用有很多，家用电器定时开关、电动车充电保护等。淘宝一搜，类似的产品很多，而且价格很低，今天就来介绍一下其实现原理。先看原理图:

电源

首先电源部分为非隔离的阻容降压设计，直接将220V交流电源转换为两组29V和5V的电源。它的工作原理是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，因此设计时需要根据负载电流的大小来选取合适的电容。这种设计成本低，但输出电流有限，电源波动较大，在一般的数字电路中也能应用。

需要注意的是，后面的整流电路应采用半波整流，而不是采用桥式全波整流，因为全波整流产生浮置的地，并在零线和火线之间产生高压，造成人体触电伤害。

单片机

单片机选用8脚的STC单片机，通过按键和指示灯进行定时控制设置；通过功率采集并结合程序实现智能控制。之所以需要采集电流和功率，主要是在一些高级的应用中用到，比如电动车充电保护器。通过采集充电的电流和功率来判断电池是否充满，以防止长时间充电导致电池过充损坏。同时功率采集还可以进行电量统计。

功率采集

功率采集使用的是一颗专用的功率计量芯片HLW8012，该芯片是一款单相多功能计量芯片，提供高频脉冲CF用于电能计量、指示有功功率，高频脉冲CF1用于指示电流有效值或者电压有效值。上图中R8为电流的取样电阻，需要根据检测范围选择电阻的大小，通过V1P和V1N输入到芯片。220V电压经过电阻分压后输入V2P。单片机通过检测CF和CF1的频率可计算出功率、电压或电流。

继电器驱动

继电器的驱动设计比较巧妙，采用29V与5V的电压差驱动24V的继电器。当光耦不导通时，电压差为24V，继电器打开；当光耦导通时通过三极管将29V强制拉低，继电器断开。因为29V是通过稳压管获得的，因此强制拉低也不会导致过流损坏。

总结

该方案以低成本实现智能定时开关的设计，但肯定会牺牲一些可靠性。在该方案的基础上增加一个WIFI模块，并添加相应的程序支持，就是一个智能插座。但需要注意电源功率是否满足，可能需要采用专用集成芯片或者隔离电源，采用隔离电源时，其它电路也需要相应的改进。

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