遥控节能插座设计论文通信工程专业毕业论文13373.doc
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1、 本科毕业设计(论文)题目:遥控节能插座设计专 业 通信工程 目录1. 绪论11.1遥控节能插座的研究背景和意义11.2 遥控节能插座的研究现状和前景31.3 本次遥控节能插座的研究内容51.3.1 本次毕业设计所应用的原理61.3.2 本次毕业设计的目的62. 本次设计的原理 82.1 本次设计用到的芯片的原理82.1.1 红外接收头的原理82.1.2 PIC12F675芯片的原理92.1.3 继电器的工作原理92.2 电路的工作原理132.2.1 红外接收电路132.2.2 降压稳压电路142.2.3 检测电路152.2.4 MCU控制电路152.2.5 通断电路153.系统焊接与调试17
2、3.1 硬件电路部分焊接173.1.1检测电路部分的电阻183.1.2 降压稳压电路部分的元器件183.2 调试193.2.1 降压稳压电路的调试193.2.2调试单片机的AD采样模块 193.2.3 调试红外接收模块 193.2.4 Timer1模块的的调试194 节能插座的软件设计. 224.1 红外接收部分224.2 AD 转换部分224.3 自动断电部分225. 总结246. 参考文献257. 致谢261. 绪论1.1遥控节能插座的研究背景和意义在能源越来越枯竭的今天,人们想尽一切办法去开发新的能源,但是随着家用电器、视听产品的普及自动化办公设备的广泛应用和网络化的不断发展,越来越多的
3、产品具有了待机功能,如电视机,电脑,冰箱,空调等等家用电器。但人们在享受便捷的同时,待机状态下所消耗的能源也在造成惊人的浪费。据调查,我国城市家庭的平均待机能耗,相当于每个家庭每天都在亮着一盏15瓦到30瓦的长明灯。据测算,家电待机能耗占到中国家庭电力消耗的10%以上。据调查,我国家电待机现象十分普遍,有近七成的家庭使用家电后不关闭电源,三成多市民甚至不知道待机也会耗电。电器长期待机有三宗“罪”。之一:耗费电能惊人不节能。电器待机年“吃”掉国家数百亿度电。之二:意外事故频频发生不安全。据统计,火灾损失中有3成以上是由电气火灾引起的,其中的罪魁祸首竟是连接电器的插座。究其原因,除了插座质量不过关
4、以外,另一个重要原因即是处于长期通电状态下的电器,存在安全隐患,待机时间一长,导致超负荷工作而发生危险。插座已经成为家庭用电安全的软肋!之三:降低电器使用寿命不经济。此外,电器待机不仅消耗电能,因为长期通电,原件寿命会大大缩短,使电器过早报废。并存在电器着火隐患!目前,待机功耗引起了各国政府的关注,美国、欧盟等许多国家和地区纷纷制定了产业政策,修订相关产品标准,降低待机状态下的能源浪费。 所谓待机能耗,就是电器不工作待机状态下不拔插头时所耗费的电能。据中国节能产品认证中心的调查,待机能耗较大的产品有:电脑、空调、电视、DVD、VCD、音响功放、录像机和打印机等。如果将待机能耗放到一个宏观的背景
5、下进行估算,那么结果会更惊人。以74厘米彩色电视机为例,按平均待机能耗18瓦,一天待机16小时,以2000万台电视机计算,每年浪费电能达21亿千瓦时。普通壁挂式空调,如果不拔插头,按平均待机能耗30瓦计,一个壁挂式空调一年将浪费246千瓦时,以全国1亿家庭计算,每年要浪费246亿千瓦时。三峡工程设计安装26台70万千瓦发电机组,机组全部投产后年平均发电847亿千瓦时。有人保守地估算,待机浪费的电能将抵消掉三峡的发电量。随着我国的经济发展 ,建设节约型社会已经写入十一五发展规划 ,成为人们日常生活的主题。我们觉得它不仅表现在每个人的节能行动上,更可以通过改进设备的使用来达到节能的目的 ,节能插座
6、的研究 ,将给我们解决待机能耗问题。1.2 遥控节能插座的研究现状和前景自节能类插座来世以来,节能插座得到了迅速的发展。目前市场上已经出现多种有节能的插。人们从各种途径来减少各种电器的待机功耗,现在在市场上热卖各种节能环保插座。据调查,市场上卖的“小管家”智能型插座在上海市每月销售超过2万个。在苏宁电器等门店,价格从80元至200元。随着人们生活水平的提高,人们身边各种电器将会越来越多,这将会刺激人们去研究和开发更加先进的节能环保类插座. 节能插座模块最重要是节能,还有就是质量要稳定,以及自耗电要小.现在市场上所有的节能插座他的本身会有一定的功耗,所以我们要研发新型的节能插座,将需要从降低插座
7、的本身功耗入手,尽可能的通过科学方法降低插座本身的功耗,是插座的节能效率进一步提高. 可以加USB充电功能,这样,方便对MP3,MP4,手机等进行充电,也可以加防雷器,可以避免雷击损坏家用电器等等。 另一个方面,插座本身的寿命需要尽可能的长,目前市场上的节能类产品的寿命是2年左右,一个插座使用2年以后,插座内部的各种控制电路将渐渐的老化,导致插座的性能不稳定.这就是说我们必须2年更换一次节能插座,这将给我们带来另一种损失。更有一个方面,目前市场上的节能插座价格普遍偏高,我从因特网上查到,在上海地区,一个普通的节能插座要卖到200多元,这么贵的价格对于一个上海市民来说或许说不算昂贵,但是对于农村
8、人民来说应经相当昂贵,我相信没有哪个农民乐于花200元买个插座放家里面,因为农村人每年的用电费用也不过就200元左右.但是我们中国70%的公民是农村人,所以研发出价格低廉的节能插座,从而向农村推销节能插座将会为我们节省出更多的能源。另外,目前市场上的节能插座大都应用在家庭办公中,所以插座本身能提供的功率不是很大,我们能不能设计出大功率的节能插座,从而使节能类产品应用在企业中呢.所以在将来,我们需要设计出负载很大的节能插座,以满足大公司对节能插座的需求.总的来说,节能插座将会是21世纪生活中一个常见的用品,但是目前的插座远远不能满足我们的要求,我们需要改进的地方还很多。1.3本次节能插座的研究内
9、容本次研究主要内容是通过设计电路,设计出一种红外遥控节能插座,红外节能插座是指采用在规定空间距离范围内,用遥控器发出红外信号使开关插座开启,在待机状态延时一定时间后自动断的设备。1.3.1 电路的原理图本次设计中用到的元器件主要有红外接收头(IRM-26),PIC12F675单片机,继电器,三极管,整流二极管 ,稳压二极管,电阻,电容等,它们的连接方法如下图。图1 工作原理图上面右边的红外接收头收到遥控器发的红外信号以后就开启继电器,然后回路就通了,单片机一直检测回路上负载的电压,如果电压一直小于单片机里预设的阈值的话就认为负载在待机状态,就自动断电。1.3.2 本次设计的目的 本次设计中要达
10、到两个目的,一是用红外遥控器开启插座,其次是要是负载一直在待机状态的话延时一段时间后就自动断电,从而达到节约电,节能的目的。为了达到这些目的首先得用protel画出上面的工作原理图,然后进一步画出PCB原理图,然后焊接各元件,调试,检验等。2. 本次毕业设计的原理2.1 本次毕业设计用到的芯片的原理2.1.1 红外接收头的原理红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中,成为一体化红外接收头。 内部电路包括红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比较器等。红外监测二极管监测到红外信号,然后把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平,而不论红外发射器和接收器的距离远近。交
11、流 信号进入带通滤波器,带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波,通过解调电路和积分电路进入比较器,比较器输出 高低电平,还原出发射端的信号波形。红外接收头的种类很多,引脚定义也不相同,一般都有三个引脚,包括供电脚,接地和信号输出脚。 图2 红外接收头我们知道,人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m;紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长还短的光叫紫外线,比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。图3 包装尺寸 图4 绝对最大额定值2.1.2 单
12、片机PIC12F675芯片的原理单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。PIC单片机(Peripheral Interface Controller)是一种用来开发去控制外围设的芯片,由Microchip 公司生产出来的。PIC12F675是8引脚闪存8位CMOS单片机 。它由 定时/计数器模块,模数转换模块,比较器模块等模块组成,具有高性能的
13、RISC CPU ,特殊单片机功能,低功耗功能,外设功能 等功能。图5 引脚示意图图6 引脚说明图7 内部结构框图我在本次设计中用到芯片的 各个引脚,存储器,定时器模块,模数转换模块。数据存储器(参见图8)被分成两个存储区,这两个存储区中包含通用寄存器和特殊功能寄存器。特殊功能寄存器位于每个存储区的前32 个单元中。寄存器中20h到5Fh 的存储单元是通用寄存器,它们以静态RAM 的形式实现并同时映射到两个存储区中。所有其它RAM均未用,且读取时返回值为0。RP0(STATUS)是存储区选择位。RP0 = 0 选择存储区0 , RP0 = 1 选择存储区1图8 数据存储器 我在本次设计中 在红
14、外信号的接收,自动断电功能的实现方面分别用到了此单片机的Timer0,Timer1模块。Timer0 工作原理Timer0是8位定时/计数器,通过清零T0CS 位(OPTION_REG)选择定时器模式。在定时器模式下,Timer0 模块在每个指令周期递增(不带预分频器)。如果对TMR0 执行写操作,在接下来的两个指令周期Timer0 禁止递增。当TMR0 寄存器定时器/ 计数器产生从FFh 至00h 的溢出时,产生Timer0 中断。此溢出将T0IF 位置位。可以通过清零T0IE 位(INTCON)来屏蔽该中断。在重新允许中断之前,必须在软件中用Timer0 模块的中断服务程序将T0IF 位(
15、INTCON)清零。图9 TIMER0/WDT 预分频器的框图 Timer1 工作原理Timer1是16位定时器,在定时器工作模式下, Timer1 在每个指令周期进行递增计数。在计数器工作模式下Timer1 在外部时钟输入T1CKI 的每个上升沿进行递增计数。此外,计数器模式时钟可以与单片机系统时钟同步或异步运行。在计数器和定时器模块中,计数器/ 定时器时钟可通过T1G 输入引脚进行选通控制。如果需要外部时钟振荡器(且单片机正在使用不带CLKOUT 的INTOSC),Timer1 可以使用LP 振荡器作为时钟源。Timer1 寄存器(TMR1H:TMR1L)递增到FFFFh 时将翻转返回到0
16、000h。当Timer1 计满回零时,Timer1 的中断标志位(PIR1)将置1。要使能计满回零时产生中断。Timer1 具有四个预分频器选项,允许对时钟输入进行1、2、4、或8 分频。T1CKPS 位(T1CON)对预分频计数器进行控制。对预分频计数器不能直接进行读写操作;但是,通过写入TMR1H 或TMR1L 可清零预分频计数器。 图10 Timer1 框图 图11 TIMER1 加计数边沿 模数转换器(A/D)模块 模数转换器(A/D)可以将模拟输入信号转换为表示该信号的一个10 位2 进制数。PIC12F675 有四个模拟输入通道,并复用到一个采样保持电路。采样保持电路的输出与模数转
17、换器的输入相连。模数转换器通过逐次逼近比较产生二进制数,并将结果存入10 位寄存器。可用软件选择转换所使用的参考电压为VDD 或者是VREF引脚提供的电压。有两个用于控制A/D 模块功能的寄存器:ADCON0, ANSEL 。 ANS3:ANS0 位(ANSEL)和TRISIO 位控制A/D 端口引脚的操作。置位相应的TRISIO 位,可将引脚输出驱动器置为高阻态。同样,置位相应的ANS 位可禁止数字输入缓冲器。PIC12F675 上有4 个模拟通道(AN0 到AN3) 。CHS1:CHS0 位(ADCON0)控制哪条通道与采样保持电路相连。图12 AD 框图2.1.3 继电器的工作原理在控制
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