自動定時電源開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動定時電源開關(guān)，它涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】。它的組成包括安裝了受控電器插座的開關(guān)殼體和處于殼體內(nèi)的定時開關(guān)控制器。開關(guān)殼體內(nèi)的電源開關(guān)電路通過插座與220V電源相連，電源插座的通、斷電受定時開關(guān)控制器的控制；定時開關(guān)控制器以AVR單片機作為核心控制元件，主要由時鐘電路、按鈕、液晶顯示電路及復(fù)位電路組成，AVR單片機通過I/O口與電源開關(guān)電路相連。本發(fā)明能實現(xiàn)時間精確、時間控制范圍長、且一次設(shè)定長期有效的電源開關(guān)定時控制，可廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、社會活動等領(lǐng)域。
【專利說明】自動定時電源開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用涉及的是電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自動定時電源開關(guān)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今許多電器設(shè)備還不具備定時開啟和關(guān)閉功能，很多需要在固定時間段開、關(guān)的裝置，還需人工值守和操作，造成電能及人力資源浪費，而且容易出現(xiàn)人為失誤。為了解決這一問題，可使用定時開關(guān)來控制電器設(shè)備的電源在設(shè)定的時間段內(nèi)自動通、斷電。定時開關(guān)從功能上分為機械式和電子式，機械式定時開關(guān)一般采用鐘表原理進行定時通斷，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計時精度不高、定時控制范圍較短，每次使用之前都須重新設(shè)定定時時間，即一次設(shè)定短期有效，且定時時間一般無法一天內(nèi)多段設(shè)置。
[0003]實用內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本實用目的是在于提供一種自動定時電源開關(guān)，結(jié)構(gòu)簡單易于制作、定時時間精確，可以一天內(nèi)多組時間段設(shè)置，且一次設(shè)定長期有效、定時控制范圍長。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):自動定時電源開關(guān)，包括AVR單片機、按鈕、復(fù)位電路、時鐘電路、液晶顯示電路、電源開關(guān)電路和插座。其中，AVR單片機分別與按鈕、復(fù)位電路、時鐘電路和液晶顯示電路、電源開關(guān)電路相連，電源開關(guān)電路通過插座與220V電源相連。
[0006]所述的電源開關(guān)電路包括光耦和雙向可控硅，光耦與雙向可控硅相連，即單片機控制信號通過光耦隔離后驅(qū)動雙向可控硅的通、斷。
[0007]考慮到雖然利用單片機內(nèi)部自帶的定時器資源，編寫相應(yīng)的定時中斷程序可以實現(xiàn)定時功能，但定時不是很精確，運行的時間長了會有誤差，而且掉電后計時就不準了。為了確保定時時間的準確，而且即使掉電后走時依然準確，本實用采用外接硬件實時時鐘芯片DS1307的辦法，為系統(tǒng)提供一個準確可靠的時鐘DS1307是美國DALLS公司生產(chǎn)的一種采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式的實時時鐘芯片，具有體積小、低功耗、接口容易、占用單片機I/O口線少等特點。為該芯片配備充滿電的3V鋰電池，這樣，不僅確保了定時時間的準確、誤差很小，而且在掉電后也可以維持很長時間，程序設(shè)計也相對簡單。
[0008]為了滿足電源開關(guān)的定時控制要求，當定時時間到了以后，由主控制器一單片機發(fā)出低壓控制信號控制電源插座的通電或斷電，即“以弱控強”，一般在這種控制要求下主要使用繼電器、或晶體管及可控硅輸出方式去實現(xiàn)。對三種方式進行比較:繼電器輸出方式屬于機械隔離，耐壓高，不適用于高頻動作的負載，其壽命隨帶負載電流的增加而減少，在工作的過程中容易產(chǎn)生瞬間電流，從而不能很好的保護被控制的電器設(shè)備；可控硅是一種安全性能較高，根本不會產(chǎn)生瞬間電流的電子元器件，在工作的過程中實現(xiàn)了無觸點控制，不會產(chǎn)生火花(即瞬間電流)、不會有火花干擾和觸點燒灼的現(xiàn)象，可承受大功率的負載；晶體管輸出電路形式相比于繼電器輸出響應(yīng)快，適用于要求快速響應(yīng)的場合，由于晶體管是無機械觸點，因此比繼電器輸出電路形式的壽命長，但晶體管輸出型電路的外接電源只能是直接電源，而且輸出驅(qū)動能力要小于繼電器輸出。考慮到上述比較結(jié)果，為了保證自動定時電源開關(guān)用于電器設(shè)備控制的普遍適用性，最終確定采用雙向可控硅輸出方式。同時，為了隔離主控制器提供的直流低壓控制信號和開關(guān)插座上的交流高壓，使系統(tǒng)具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，采用光耦合器驅(qū)動雙向可控硅。綜合比較技術(shù)參數(shù)、性能/價格比、體積大小等方面，雙向可控硅選擇BAT12-600B型，光耦合器選擇M0C3041型。
[0009]本實用能實現(xiàn)時間精確、定時控制范圍長、且一次設(shè)定長期有效的電源開關(guān)定時控制，可廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、社會活動等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】來詳細說明本實用；
[0011]圖1為本實用的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2為本實用中的時鐘電路圖；
[0013]圖3為本實用中電源開關(guān)電路圖；
[0014]圖4為本實用的電路圖；
[0015]圖5為本實用的AVR智能控制器軟件流程圖。

【具體實施方式】
[0016]為使本實用實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進一步闡述本實用。
[0017]參照圖1至圖5，本【具體實施方式】采用以下技術(shù)方案:自動定時電源開關(guān)，包括AVR單片機1、按鈕2、復(fù)位電路3、時鐘電路4、液晶顯示電路5、電源開關(guān)電路6和插座7。AVR單片機I分別與按鈕2、復(fù)位電路3、時鐘電路4、液晶顯示電路5、電源開關(guān)電路6相連，電源開關(guān)電路6通過插座7與220V電源相連。
[0018]值得注意的是，所述的電源開關(guān)電路6包括光稱61和雙向可控娃62，光顆61與雙向可控硅62相連。
[0019]本【具體實施方式】的自動定時電源開關(guān)包括安裝了受控電器插座的開關(guān)殼體和處于殼體內(nèi)的定時開關(guān)控制器。定時開關(guān)控制器以AVR單片機作為主控制元件，主要由AVR單片機、時鐘電路、按鈕與顯示、電源開關(guān)電路等部分組成。
[0020]自動定時電源開關(guān)具有“自動定時”、“手動接通”、“手動斷開”、“時鐘調(diào)整”四種工作模式，其中，“自動定時”為常用工作模式。在該模式下可使用按鈕設(shè)定電源開關(guān)電路接通的時間段，一天內(nèi)最多可設(shè)定五組時間段，這五組時間段在液晶顯示器上能夠隨時觀察。AVR單片機作為定時開關(guān)的主控制器，不斷讀取由時鐘電路提供的當前時間并與設(shè)定好的定時時間段相比較，若兩者吻合，則產(chǎn)生高電平控制信號，該信號觸發(fā)光稱后使雙向可控娃導(dǎo)通，從而讓電源插座通電；若當前時間不在設(shè)定的時間段內(nèi)，則單片機產(chǎn)生低電平控制信號，光耦不被觸發(fā)、雙向可控硅處于關(guān)斷狀態(tài)，電源插座斷電。電源插座通電或斷電的狀態(tài)在液晶上實時顯示。
[0021]為了便于電路調(diào)試及滿足立即接通或斷開電源的一些特殊情況的需要，可通過組合按鈕一起按下使自動定時電源開關(guān)處于“手動接通”或“手動斷開”模式；通過組合按鈕一起按下使電源定時開關(guān)處于“時鐘調(diào)整”模式后，可通過按鈕進行系統(tǒng)時間校準。
[0022]本【具體實施方式】中定時開關(guān)控制器的核心為高速嵌入式AVR系列單片機，AVR單片機吸收了 DSP雙總線的特點，采用Harvard總線結(jié)構(gòu)，從而可以避免傳統(tǒng)MCS-51系列單片機中多指令周期的出現(xiàn)。AVR單片機采用低功率、非揮發(fā)的CMOS工藝制造，除具有低功耗、高密度的特點外，還支持低電壓的聯(lián)機Flash、EEPROM寫入功能。I/O接口具有很強的驅(qū)動能力，灌電流可直接驅(qū)動繼電器、LED等器件，從而省去驅(qū)動電路，節(jié)約系統(tǒng)成本。
[0023]為了提供良好的人機交換，節(jié)省單片機資源和耗電量，減小開關(guān)控制器的體積，輸入方式采用獨立式按鈕，輸出顯示采用YM1602C型工業(yè)字符型液晶顯示器，能夠同時顯示16*2即32個字符。本裝置四種工作模式的切換、在“定時開關(guān)”模式下設(shè)置定時時間段、五組定時時間段的瀏覽切換，以及在“時鐘調(diào)整”模式下校準系統(tǒng)時間都需通過按鈕和顯示電路完成。為實現(xiàn)以上功能，設(shè)計中共采用六個按鈕，分別為“確認(ready) ”、“退出(quit)”、“增加(add)”、“移動(shift)”、“右移(right)”和“設(shè)置(set)”按鈕，通過按鈕設(shè)置自動定時電源開關(guān)的具體方法:(I)同時按下“右移(right)”和“確認(ready)”按鈕，進入“手動接通”模式，此時?220V插座狀態(tài)為接通。
[0024](2)同時按下“增加(add) ”和“確認(ready) ”按鈕，進入“手動斷開”模式，此時?220V插座狀態(tài)為斷開。
[0025](3)同時按下“設(shè)置(set)”和“確認(ready) ”按鈕，進入“自動定時”模式，此時若當前時間符合預(yù)先設(shè)置好的5組定時接通時間段之一，則AC220V插座接通，否則斷開。
[0026]①在“定時接通”工作狀態(tài)下，按下“設(shè)置(set) ”按鈕可進行接通時間段的設(shè)置，按“移動(shift) ”按鈕可依次瀏覽和選擇Tl?T5五組定時接通時間段，按“右移(right) ”按鈕可輪流設(shè)置某一組時間段的起始時間小時、起始時間分鐘、結(jié)束時間小時、結(jié)束時間分鐘。
[0027]②當符號出現(xiàn)在某一位置上時，可按“增加(add)”按鈕加1，設(shè)置完畢后，按“確認(ready) ”按鈕進行確認，如右下角出現(xiàn)“YES”字樣，說明設(shè)置成功，會自動進入下一接通時間段的設(shè)置；若要退出接通時間段設(shè)置，直接按“退出(quit)”按鈕即可退出該設(shè)置狀態(tài)；若超過15秒時間無任何按鈕被按下，亦會自動退出該狀態(tài)。
[0028](4)同時按下“移動(shift)”和“確認(ready)”按鈕，進入“時鐘調(diào)整”模式，可進行系統(tǒng)時間校準。此時，按“右移(right) ”按鈕可使系統(tǒng)時間按“秒”、“分鐘”、“小時”、“日”、“月”、“年”順序輪流閃爍，按下“增加(add) ”按鈕可使閃爍的那個時間值加1，設(shè)置完畢后，按“確認(ready) ”按鈕進行確認，如右下角出現(xiàn)“0K”字樣，說明設(shè)置成功，隨即會自動退出時間校準狀態(tài)；若超過15秒時間無任何按鈕被按下，亦會自動退出該時間校準狀態(tài)。
[0029]為保證時間的準確性，系統(tǒng)時間由時鐘芯片DS1307提供，時基采用32768鐘表晶振。DS1307是一款低功耗，具有56字節(jié)非失性RAM的全B⑶碼時鐘日歷實時時鐘芯片，地址和數(shù)據(jù)通過兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒，分，小時等信息，每一個月的天數(shù)能自動調(diào)整。并且有閏年補償功能。AM/PM標志位決定時鐘工作于24小時或12小時模式，芯片有一個內(nèi)置的電源感應(yīng)電路，具有掉電檢測和電池切換功能。在電池備份模式下，功耗小于500nA。
[0030]為了實現(xiàn)電源開關(guān)的自動通電和斷電的控制，并且隔離單片機提供的直流低壓控制信號和開關(guān)插座上的交流高壓，保護人身和設(shè)備的安全，減小干擾，電源開關(guān)電路采用光耦合雙向可控硅驅(qū)動器加雙向可控硅的結(jié)構(gòu)，以雙向可控硅的導(dǎo)通或關(guān)斷來控制電源開關(guān)的通電或斷電。光耦合驅(qū)動器選用可雙可控硅驅(qū)動輸出的M0C3041型，帶過零觸發(fā)電路，輸入端的控制電流為15mA,輸出端的額定電壓為400V,輸入輸出端隔離電壓為7500V ;雙向可控硅選用BAT12-600B，該器件可承受最大反向電壓為600V，最大電路為12A，為了保護雙向晶閘管還可在其旁邊加一緩沖保護電路，因為雙向晶閘管在開通和關(guān)斷的瞬間du/dt的變化率較大，開關(guān)損耗很大，因此加上阻容電路，利用儲能元件對能量進行緩沖，從而達到保護的目的。
[0031]本實用基于AVR單片機的定時控制作用，可以在多個時間段長時間范圍的控制電器設(shè)備的自動通電和斷電，同時也節(jié)約了能源、延長了電器的使用壽命。目前，自動定時電源開關(guān)用于校園內(nèi)英語無線電臺的自動開啟和關(guān)閉的控制，實際運行了半年，效果良好。
[0032]以上顯示和描述了本實用的基本原理、主要特征及本實用的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用的原理，在不脫離本實用精神和范圍的前提下，本實用還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用范圍內(nèi)。本實用要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.自動定時電源開關(guān)，其特征在于，包括AVR單片機(I)、按鈕(2)、復(fù)位電路(3)、時鐘電路(4)、液晶顯示電路(5)、電源開關(guān)電路(6)和插座(7)，AVR單片機⑴分別與按鈕(2)、復(fù)位電路(3)、時鐘電路⑷、液晶顯不電路(5)、電源開關(guān)電路(6)相連，電源開關(guān)電路(6)通過插座(7)與220V電源相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動定時電源開關(guān)，其特征在于，所述的電源開關(guān)電路(6)包括光賴(61)和雙向可控娃(62)，光賴(61)與雙向可控娃(62)相連。
【文檔編號】G05B19/042GK104423293SQ201310389865
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】曲衛(wèi)冬, 黃桂梅 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司技能培訓(xùn)中心