基于涓电流检测的节能插座设计

沈毅斌,田巧玉

（四川大学锦江学院，四川眉山，620860）

基于涓电流检测的节能插座设计

沈毅斌,田巧玉

（四川大学锦江学院，四川眉山，620860）

为了能够在电器设备关机或待机情况下有效切断外设电源，达到节能的目的，以低功耗STC89C52RC微控制器作为控制电路的核心，通过检测回路的涓电流以及红外遥控信号，设计了一种节能插座，实现对电器电源的智能控制。本节能插座使用方便有效，实现了外设的零待机功耗，顺应了节能减排的时代潮流。

ACS712;节能插座;涓电流检测;待机能耗

0　引言

随着家用电器不断普及，产生了越来越多的待机功耗。家用电器的待机能耗就占到中国家庭电力消耗总数的10%以上。本文提出了一种基于单片机的低成本新型的节能插座，通过对涓电流的检测，实现当家电处于待机时，插线板电源自动切断功能，同时兼有定时开关、过载保护、功率显示、USB充电等功能，并且能够通过普通家电的遥控器控制。节能插座使用方便且可有效的避免电器待机时的损耗。

1　系统概述

本设计以STC12C5A60S微控制器为核心，由降压电路、涓电流采样检测电路、单片机控制电路、遥控开关及继电器控制电路、计时电路、按键电路、功率和时间显示电路构成。节能插座具有自动断电功能，主要是利用霍尔型电流检测芯片ACS712对待机与开机两种状态下工作电流的数值进行检查比较。当检测到的工作电流比设定的阈值大时，判定所使用电器正在正常工作；当检测到的工作电流比设定阈值小时，判定所使用电器处于待机状态；多次判定待机后，节能插座自动断电。节能插座的原理框图如图1所示：

图1　节能插座原理框图

2　相关计算

系统采用ACS712进行电流检测。ACS712根据型号尾缀的不一样，量程分为三个规格：±5A、±20A、±30A。输入与输出在量程范围内为良好的线性关系，其系数Sensitivity分别为，185 mV/A、100 mV/A、66mV/A。因为斩波电路的原因，其输出将加载于0.5*Vcc上。ACS712的Vcc电源一般采用5V。则输出与输入的关系为Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。

本设计中选用±30A 量程的ACS712芯片，输出端VOUT接到STC12C5A60S片内10位的ADC模块进行模数转换，ACS712的电压输出VOUT和被检测的电流IP间的关系为：

VOUT的输出范围为0.5V～4.5V，量程为4V，若采用10位的ADC模数转换模块时，量化单位△=4／1024V=3.9mv，小于ACS712的输出灵敏度，即用10位的ADC在转换精度上可以满足需要。ADC输入的模拟量VIN和输出的数字量D之间的关系为：

由于VOUT=VIN，所以ADC输出的数字量D和被检测电流IP间有如下的关系：

即被检测电流与A/D转换后的数字量间建立对应的关系，当被检测的电流为-30A时D=0；当被检测的电流为0A时，D=512；当被检测的电流为30A时，D=1024，被检测电流的大小通过ACS712和ADC模块转化为数字量。

3　系统设计

3.1硬件设计

涓电流通过ACS712芯片IP端后，VOUT便会输出对应的电压值，将此时的电压值输入到ADC模块，通过模数转换，将输入的电压值转换成数字量，此时单片机便获取到了电流值。

当系统处于关闭状态时，可通过遥控开关和手动两种方法启动节能插座。利用红外遥控器利用继电器K1、T2控制节能插座启动或关闭。当节能插座正常工作，如果控制系统检测到电器处于待机状态，通过继电器T2可以关断电器电源。

3.2软件设计

主程序完成初始化设置、定时器设置及时间显示，启动节能插座的电器电源后进入循环状态。插座智能节能的功能主要在定时器中断服务子程序中实现。如图4所示

4　系统测试

4.1电器待机状态下切断电源时间的测试

测试首先给节能插座连接联想A7180电脑作为用电负载，打开红外开关，节能插座正常工作。然后使电脑处于待机状态，待机5分钟后可以用电流表测试电脑的电源已经断开。

4.2电流检测的最小分辨率测试

输入市电电压为220V，频率50Hz，测试霍尔传感器检测端能够检测到的最小电流。连续测试3次，节能插座能够检测到的最小电流的平均值为37mA。

4.3系统整机测试

节能插座通电打开后让电视机处于工作状态，通过控制板上的按键设置定时开关的时间，LED显示当前时间，当时间到了定时开关时间的时候可以观察到电视机电源被切断。

5　结论

本文设计的这种节能插座通过对电器待机状态微小电流的识别，实现对电器待机状态电源的有效控制，同时兼具定时开关、过载保护、功率显示等多种功能，在节能减排方面应用前景将会十分广阔。

[1]张毅刚 彭喜元 单片机原理与应用设计[M] 电子工业出版社2010.1.4

[2]高吉祥.数字系统与自动控制系统设计[M]电子工业出版社2004.1.5

The Design of Energy Saving Socket Based on Weak Current Detection

Shen Yibin,Tian Qiaoyu
（Sichuan University Jinjiang college，Meishan city,Sichuan province.620860）

A socket for energy saving with high reliability，which uses STC12C5A60S as the core of the control circuit，is designed to cut off the peripheral power supply effectively by detecting the electrical consumption of the current in the circuit and external infrared signal to achieve the purpose of energy saving. In such way the socket realize the intelligent power control. The socket is efficient and easy to use, enables the zero standby power of the peripherals, which conforms to the trend of energy saving.

ACS712；Energy Saving Socket；Weak Current Detection；Stand-by Power Consumption

图2　涓电流采样检测电路

图3　遥控开关电路遥控开关及继电器控制电路

图4　主程序流程图