紅外遙控節(jié)能開關(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，家庭和社會付出了太多的代價，中國節(jié)能認(rèn)證中心對家庭待機(jī)能耗做過的調(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，平均每臺電視機(jī)的待機(jī)能耗是8．07W，按每天待機(jī)2小時大約耗電0．016度。待機(jī)能耗引起的資源和環(huán)境問題越來越受到社會的廣泛關(guān)注，為此國際能源署提出了“1瓦計(jì)劃”，到2010年實(shí)施1瓦的待機(jī)能耗行動。該計(jì)劃得到歐盟和美國的積極響應(yīng)，并簽署協(xié)議承諾逐年降低待機(jī)能耗，各國相繼推行了強(qiáng)制性法規(guī)(例如2003年歐盟委員會正式啟動了“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》，2006年美國實(shí)施了“白標(biāo)機(jī)制”等)。智能開關(guān)插座因其方便節(jié)能，受到了國外消費(fèi)者的廣泛歡迎，目前智能開關(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)能開關(guān)插座是采用歐盟技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的針對電視機(jī)的一款智能開關(guān)插座，本文闡述了紅外節(jié)能開關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件算法設(shè)計(jì)，以及對產(chǎn)品進(jìn)行的白／黑盒定型測試，給出了自動開關(guān)插座的設(shè)計(jì)和定型方案，消費(fèi)者利用它可以對家中一些需要不斷開關(guān)的電器進(jìn)行自動斷電控制，而不需要拔掉插頭。
1 紅外節(jié)能開關(guān)插座的硬件設(shè)計(jì)
1．1 紅外節(jié)能開關(guān)插座的工作原理
紅外節(jié)能開關(guān)插座是指采用在規(guī)定空間距離范圍內(nèi)，發(fā)出紅外線使開關(guān)插座開啟或關(guān)閉，延時一定時間后自動斷開電源的設(shè)備。
外節(jié)能開關(guān)插座具有自動斷電功能，主要是利用負(fù)載的輸入電壓在待機(jī)與開機(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周期內(nèi)，絕對值大于閾值部分所占的大??；負(fù)載設(shè)備在開機(jī)狀態(tài)所取的有效波形部分是指在一個周期內(nèi)，波形方向與待機(jī)狀態(tài)同向，絕對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，如果絕對值大于閾值則認(rèn)為是高電平；如果絕對值小于閾值則認(rèn)為是低電平。電視機(jī)的待機(jī)狀態(tài)或開機(jī)狀態(tài)，輸入電壓波形在單周期內(nèi)，絕對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)存儲器中也可對應(yīng)表示為二進(jìn)制數(shù)據(jù)。因此，設(shè)計(jì)紅外節(jié)能開關(guān)插座的原理圖如圖1所示，它是由MCU控制電路、檢測電路、比較電路、關(guān)斷電路、紅外接收電路、開關(guān)插頭電路和電源電路等部分構(gòu)成的智能開關(guān)插座。
1．2 檢測電路的設(shè)計(jì)
在紅外節(jié)能開關(guān)插座的硬件電路設(shè)計(jì)中，檢測電路負(fù)責(zé)檢測負(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)送入后級放大電路，經(jīng)過放大后的波形數(shù)據(jù)再交由比較電路和單片機(jī)進(jìn)行分析處理，檢測電路的電路原理圖如圖2所示。
線圈是采樣負(fù)載輸入電壓波形的重要器件，根據(jù)電磁學(xué)理論，忽略線圈邊緣散場，且假定中心為均勻磁場的情況下，由式(1)可計(jì)算出的檢測電路線圈匝數(shù)為[O．5，5]匝。
式中：N為線圈匝數(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)線圈的有效長度(單位：cm)；I為流過線圈的電流(單位：A)；β為偏轉(zhuǎn)線圈軸線中心點(diǎn)與偏轉(zhuǎn)線圈直徑的夾角。
一般來說，線圈的匝數(shù)和電壓成正比關(guān)系，減小線圈匝數(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，但采樣精確度又會有所降低。為了從估算值中準(zhǔn)確確定檢測電路線圈的匝數(shù)，需要對開關(guān)插座進(jìn)行變線圈匝數(shù)的試驗(yàn)，以尋找最佳的線圈匝數(shù)。
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