一种智能插座设计

张蕊 李攀

摘要：本文提出一种智能插座设计方法，特别涉及到智能插座能对电路中电流、电压、功率和插孔的状态进行在线监测和远程监测，当功率超限时及时切断电源。

Abstract： This article proposes a smart socket design method， especially related to the smart socket can conduct online and remote monitoring of the current， voltage， power and jack status in the circuit， and cut off the power in time when the power exceeds the limit.

引言：在现有的智能插座中，它们可以对电路中的电压、电流、功率实时地监测，但是不可以进行远程的监测，还有就是不能远程监控插座的插孔通断状态，在组装成品时它的额定功率是固定的，而本本提出的插座设计可以让额定功率可编程从而做到超过一定的功率就自动断电。

方案设计：通过下位机的监测与控制以及和上位机的实时通讯共同实现远程实时监测与控制，上位机为远程监测查看与控制提供了方便，采用串口无线模块突破了距离的局限，额定功率设置提供很多的功率选择，可以适用于不同的场合。可以用于家庭的用电控制或工业的用电安全监测。主要由：电源模块、at89c51单片机系统、5110液晶屏、按键、电量采集模块PZEM-004T（V0.1）、继电器模块、串口无线模块XL01-232AP1等组成。所有模块均与at89c51单片机连接，其中电源模块为整个系统提供5v直流电源，电量采集模块整合了实时监测与测量插座电压、电流和功率的功能，通过串口通讯把测出的数据发送给at89c51单片机处理，然后通过液晶屏显示出来，液晶屏实现电量采集的数据和各路插孔开关状态的显示，当无线串口模块接收到上位机发送的数据时，将其数据回复和显示，继电器模块控制着插孔的通断电状态。通过此智能插座，可以对电路中的电流、电压和功率进行监测，减少了人工使用万用表手动测量的麻烦，各项指标实时显示在液晶屏上，并且可远程进行查看。电路还有安全监测功能，当电路短路或者功率超过了我们设定的额定功率，那么电路自动断电，当再次打开开关时，如果电路正常系统即可正常工作，可进行远距离的控制，本插座有三个插孔，每个插孔由一个继电器控制电路通断，上位机同时显示电量采集数据和插孔状态。适合于家庭的用电器电源通断电控制和安全监测 ，同样也适合于工业上的远程监测和控制。

图1是插座端电路原理图。

图2是控制端（上位机）原理图。

具体实施方式： 如图1所示：左侧C1、C2、X1为单片机提供时钟，S1、C3、R2为单片机的复位电路和U1单片机组成了单片机正常工作的最小系统，U2为5110液晶屏，通过P2口来传递显示数据和调节背光，无线串口模块和电量采集模块通过模拟开关CD4053连接到单片机的串口，通过P2.7控制串口的复用，继电器模块连接P3.4～P3.7控制插孔的通断，按键连接到P1口。K2、K3、K4分別控制对应三个插口，K1为总的开关，按下K5选择显示电量采集或开关状态，K6控制液晶屏背光。上位机和插座端的原理相似，只是它没有电量采集和继电器，所以无线串口模块和单片机的串口直接相连。具体操作时，需要打开哪个插孔按下对应的按键或者上位机的按键，需要监测电量采集按下K5切换即可，远程监测按下上位机K6读取按键读取数据就可显示。当电路超过额定功率就自动断电。