基于单片机的节能断电保护电路设计

2万 · 2014-7-3 23:33

　　电能为人类带来了经济效益，且方便环保，但应节约用电，注意安全，防止火灾发生。节能是降低成本，提高经济效益的重大课题，用电注意安全，防止火灾是我们时刻需要注意的问题。根据一些引起火灾的社会现象，设计了一种基于单片机的节能断电保护电路。

　　1 硬件结构设计

　　硬件电路如图1所示。S1为手动电源开关；S2按下闭合，放手断开；按下S2，单片机启动运行，经过2 s左右，KM闭合，交流220 V可为电器设备持续供电，供电5 min后，单片机根据传感器检测到的信息控制电源的供电；当某一路传感器检测到信息使P1．1为高电平时，P1．0输出5 V高电平至U4的3脚，而U4的2脚只有1．5 V，这样U4的1脚输出高电平使VT1导通，VT2导通，使12 V的直流电源可以为继电器JZC-36F的线圈供电，KM闭合，使交流220 V可为电器设备正常供电。当传感器检测到信息使P1．1为低电平时，延时1 min后，再次检测P1．1，若连续5 min P1．1为低电平，使P1．0输出低电平至U4的3脚，使U4的1脚输出低电平至VT1的基极，VT1截止，VT2截止，继电器JZC-36F线圈断电，KM断开，切断交流220 V供电。

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　VD3，VD4为实现线或而接的隔离二极管，VD2为保护二极管，VD1是为了抬高VT1的发射极电位，VT2必须采用功率较大的三极管，如JE9051硅中功率晶体管。为了使继电器可靠地动作，电路中设计了+5 V和+12 V两种电源，元器件的型号或参数见表1。

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　　2 传感器信号处理电路

　　传感器信号处理电路如图2所示。人体红外传感器用于检测人体发出的特定波长的红外线，进行非接触式距离较远的检测，其工作电压为3～15 V；当人体进入传感器感测区域时，传感器接收到频率为0．1～8 Hz的人体红外信号，2脚即输出微弱的交流信号。

　　传感器2脚的输出信号经两级放大后，从U6的1脚输出，信号幅度为0．5～5 V，直流分量为3 V。U7，D5，D6，R14,R15,R16，R17，组成双门电压比较器，若U6的1脚无信号输出，则U7的2脚为3．3 V，U7的3脚为2．7 V，U7的1脚输出低电平；当U6的1脚输出大于4 V或小于2 V时，U7的1脚输出高电平至CPU。

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　　3 软件设计

　　程序流程图如图3所示。需要开启电器设备时，按下S2两秒左右，启动单片机，使P1．0为高电平，KM闭合为电器设备持续供电；使P1．1为高电平，设P1．1为输入状态。5 min后开始检测P1．1，若P1．1为高电平，使P1．0为高电平，R0赋值05H，返回再次检测P1．1；若P1．1为低电平，延时1 min，若R0减1不为0，返回再次检测P1．1，若R0减1为0，使P1．0变为低电平，切断电器设备的供电。

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参考源程序如下：

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　4 应用实例

　　下面举例说明本设计方案的应用。在家庭中，根据客厅结构，找一个合适的位置，把图1所示实际电路安装在一封闭盒中，要既方便操作，又美观。图1中S1可用用户电源总开关代替，装4～6个人体红外传感器，从不同方位检测客厅中有无人在，客厅中除照明以外的所有用电设备的电源都从图1中交流220 V输出端输出。这样，客厅中的用电设备启动后，若连续5 min客厅中无人，则客厅区的电源自动切断，既节约了电能，又延长了电器设备的使用时间，可有效地防止电火灾的发生。

　　5 结语

　　本文的创新点是设计了一种成本低，既可有效节约电能，延长电器设备的使用寿命，又可防止电火灾的节能与断电保护电路。它既可家用，又可用于办公场地、学生宿舍等，安装调试方便。通过大量的实践使用证明，只要传感器安装的位置合适，该设计能可靠地工作，达到节能与断电保护的目的，但不同的控制目的使用的传感器有所不同，传感器输出的信号较弱，必须经过两级放大和双门电压比较器，送到P1．1的应该是较强的脉冲信号。