紅外遙控節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)定型
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隨著電器產(chǎn)品待機(jī)能耗的迅速增長(zhǎng)，家庭和社會(huì)付出了太多的代價(jià)，中國(guó)節(jié)能認(rèn)證中心對(duì)家庭待機(jī)能耗做過(guò)的調(diào)查顯示，待機(jī)能耗占到家庭電力消耗的10％左右，僅以電視機(jī)為例，平均每臺(tái)電視機(jī)的待機(jī)能耗是8．07W，按每天待機(jī)2小時(shí)大約耗電0．016度。待機(jī)能耗引起的資源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，為此國(guó)際能源署提出了“1瓦計(jì)劃”，到2010年實(shí)施1瓦的待機(jī)能耗行動(dòng)。該計(jì)劃得到歐盟和美國(guó)的積極響應(yīng)，并簽署協(xié)議承諾逐年降低待機(jī)能耗，各國(guó)相繼推行了強(qiáng)制性法規(guī)(例如2003年歐盟委員會(huì)正式啟動(dòng)了“歐洲理智能源計(jì)劃”，2005年6月歐盟發(fā)表了《關(guān)于能源效率的綠皮書(shū)》，2006年美國(guó)實(shí)施了“白標(biāo)機(jī)制”等)。智能開(kāi)關(guān)插座因其方便節(jié)能，受到了國(guó)外消費(fèi)者的廣泛歡迎，目前智能開(kāi)關(guān)插座正在成為新節(jié)能產(chǎn)品的研究熱點(diǎn)。
紅外遙控節(jié)能開(kāi)關(guān)插座是采用歐盟技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的針對(duì)電視機(jī)的一款智能開(kāi)關(guān)插座，本文闡述了紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì)，以及對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的白／黑盒定型測(cè)試，給出了自動(dòng)開(kāi)關(guān)插座的設(shè)計(jì)和定型方案，消費(fèi)者利用它可以對(duì)家中一些需要不斷開(kāi)關(guān)的電器進(jìn)行自動(dòng)斷電控制，而不需要拔掉插頭。
1 紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的硬件設(shè)計(jì)
1．1 紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的工作原理
紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座是指采用在規(guī)定空間距離范圍內(nèi)，發(fā)出紅外線(xiàn)使開(kāi)關(guān)插座開(kāi)啟或關(guān)閉，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)斷開(kāi)電源的設(shè)備。
外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座具有自動(dòng)斷電功能，主要是利用負(fù)載的輸入電壓在待機(jī)與開(kāi)機(jī)兩種狀態(tài)下的有效波形差異較大進(jìn)行工作。負(fù)載在待機(jī)狀態(tài)所取的有效波形是指在一個(gè)周期內(nèi)，絕對(duì)值大于閾值部分所占的大?。回?fù)載設(shè)備在開(kāi)機(jī)狀態(tài)所取的有效波形部分是指在一個(gè)周期內(nèi)，波形方向與待機(jī)狀態(tài)同向，絕對(duì)值大于閾值部分所占的大小。
設(shè)電視機(jī)負(fù)載輸入電壓波形峰峰值一半處為波形的閾值，如果絕對(duì)值大于閾值則認(rèn)為是高電平；如果絕對(duì)值小于閾值則認(rèn)為是低電平。電視機(jī)的待機(jī)狀態(tài)或開(kāi)機(jī)狀態(tài)，輸入電壓波形在單周期內(nèi)，絕對(duì)值大于閾值波形所占的比值通常在1：2之上，使得負(fù)載輸入電壓波形可以被采樣電路所采樣，采樣的數(shù)值在單片機(jī)存儲(chǔ)器中也可對(duì)應(yīng)表示為二進(jìn)制數(shù)據(jù)。因此，設(shè)計(jì)紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的原理圖如圖1所示，它是由MCU控制電路、檢測(cè)電路、比較電路、關(guān)斷電路、紅外接收電路、開(kāi)關(guān)插頭電路和電源電路等部分構(gòu)成的智能開(kāi)關(guān)插座。
1．2 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)
在紅外節(jié)能開(kāi)關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)中，檢測(cè)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)負(fù)載電視機(jī)輸入端處于不同狀態(tài)下的電壓波形，并將采樣到的波形數(shù)據(jù)送入后級(jí)放大電路，經(jīng)過(guò)放大后的波形數(shù)據(jù)再交由比較電路和單片機(jī)進(jìn)行分析處理，檢測(cè)電路的電路原理圖如圖2所示。
線(xiàn)圈是采樣負(fù)載輸入電壓波形的重要器件，根據(jù)電磁學(xué)理論，忽略線(xiàn)圈邊緣散場(chǎng)，且假定中心為均勻磁場(chǎng)的情況下，由式(1)可計(jì)算出的檢測(cè)電路線(xiàn)圈匝數(shù)為[O．5，5]匝。
式中：N為線(xiàn)圈匝數(shù)(單位：匝)；B為管子聚焦中心磁感應(yīng)強(qiáng)度(單位：G)；l為偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈的有效長(zhǎng)度(單位：cm)；I為流過(guò)線(xiàn)圈的電流(單位：A)；β為偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈軸線(xiàn)中心點(diǎn)與偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈直徑的夾角。
一般來(lái)說(shuō)，線(xiàn)圈的匝數(shù)和電壓成正比關(guān)系，減小線(xiàn)圈匝數(shù)有助于電壓波形的采樣，不利于電壓波形的穩(wěn)定；增加線(xiàn)圈匝數(shù)在一定程度上可以提高電壓波形的采樣穩(wěn)定性，但采樣精確度又會(huì)有所降低。為了從估算值中準(zhǔn)確確定檢測(cè)電路線(xiàn)圈的匝數(shù)，需要對(duì)開(kāi)關(guān)插座進(jìn)行變線(xiàn)圈匝數(shù)的試驗(yàn)，以尋找最佳的線(xiàn)圈匝數(shù)。
評(píng)論