节能插座的研究与设计论文

1目录一．绪论1.1节能插座的研究背景和目的1.2节能插座的研究现状1.3节能插座的研究前景1.4本次节能插座的研究内容1.4.1本次毕业设计所应用的原理1.4.2本次毕业设计的目的二．本次课题设计的原理2.1本次设计中使用到的芯片2.1.1红外热释电传感器的原理2.1.2BISS0001芯片的工作原理2.1.3继电器的工作原理2.2电路的工作原理2.2.1接收电路的工作原理2.2.2放大电路的工作原理2.2.3执行电路的工作原理2.2.45v电源的产生电路三．系统设计3.1供电部分电路的设计3.2接收部分电路的设计3.3放大处理电路的设计四．系统的调试4.1系统的上电4.2系统的不足与调试4.3系统的优化4.3.1系统电源的优化4.3.2系统继电器的优化4.3.3系统的可扩展性4.4系统的成本和体积估算五．总结六．参考文献七．致谢1.1节能插座的研究背景2在能源枯竭的今天，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，越来越多的产品具有了待机功能，如遥控开关、定时开关、智能开关等等。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。据中国节能认证中心调查，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。专家们把待机能耗比喻为“吸血虫”。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。我国从今年3月1日起，彩电实施能效新标准，待机能耗高于9瓦的彩电不能上市销售。所谓待机能耗，就是电器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。上海市能源利用监测中心的报告显示，单台电视机加上DVD、功放、音响，整个家庭影院系统待机能耗30瓦左右。在关机状态下，电脑的显示器、打印机、扫描仪、音箱合计待机能耗20瓦以上。随着夏季用电高峰的到来，使用空调的用户明显增多，空调待机能耗会更多。如果将待机能耗放到一个宏观的背景下进行估算，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。目前，以我国电脑拥有量5299万台计算，一年全国电脑累计关机状态下耗电量很可能超过19亿度。电脑关机耗电因光驱、硬盘等配置不同而不同。一般来说，关机状态下的电脑功耗为：主机4.3W，显示屏3.5W，合计7.8W左右。假设每台电脑每天关机16小时，一年一台电脑累计关机状态下耗电36.2度。以芯片供应商英飞凌(Infineon)所做的调查而言，以美国一地为例，只要关机的电脑中有百分之一关闭显示器，每天省下的电量约是36万千瓦，相当于一座中型发电厂所能发出的电量。《人民日报》的一个数字更令人触目惊心：在中国仅不关显示器和打印机每年浪费12亿度电！欧盟规定，计算机在睡眠和关闭状况下的能耗须低于10瓦和3瓦，我国目前仅有10.5％的计算机能够达到这一要求；美国规定，显示器在睡眠和关闭状态下的能耗须低于4瓦和2瓦，我国目前仅有19％的显示器能达到这一要求。有专家发现，不良的习惯是造成能源浪费的关键，而节能插座的研究，将给我们解决待3机功耗问题带来新的思路。节能插座的工作原理很简单，就是通过先进的嵌入式技术，将智能化的电源管理芯片内置于普通插座，通过继电器切断插座的交流电路，从而达到省电的目的。通过这种方法，人们不必改变自己的习惯就可以达到省电的目的1.2节能插座的研究现状自节能类开关问世以来,节能开关得到了迅速的发展.目前市场上已经出现多种有节能保护了的开关和插座等等.人们从各种途径来减少各种电器的待机功耗,比如现在已经在市场上热卖的”小管家”节能环保插座.节电专利产品“小管家”智能插座实质上是一个电源管理器，这类具有聪明“小电脑”的插座使用了最新嵌入式技术，可使其在无需拔掉插头的情况下自动控制断电，使用者可傻瓜式操作。如在关闭电脑程序或遥控关机时，插座内微电脑智能检测自动切断主机及周边设备电源，电脑开机或遥控开机时就可自动接通电源。当前，针对电脑、电视机用户的各类智能插座，不仅起到很好的节电效果，还兼具治理谐波、消除浪涌、稳压防雷作用，大大增强了电器设备的使用寿命。由于第一批进入上海市节能产品应用推荐目录,“小管家”智能型电源管理器时下在上海每月销售超过2万个。在百思买、苏宁电器等门店，价格从80元至200元不等的各类智能插座套装，成为一些单位团购的年节礼包。由于不同电器功率不同。因此智能插座还分为电脑、空调、电视和家庭影院专用等系列，一般来说使用一年省下的待机能耗电费，就相当于智能插座自身价格。从小管家的热卖可以看出节能类插座非常受到市场的欢迎.但是在调研市场的过程中我发现一个问题,目前市场上大部分的节能插座都会含有一个遥控器,就是人们需要主动控制这些插座的通断,这就给我们使用插座带来了不方便.比如我们随身要带个插座的遥控器?或者我们忘记了关掉插座,或者插座的遥控器丢失了怎么办?诸如此类的问题很多.所以在这次设计中,我们打算设计一种新型的节能插座,这种插座不需要遥控器的命令,他能自己”感受”到人的信号,从而自己控制内部的通断,这将给我们带来更大的方便.令一个方面,目前的节能产品大都要针对某一类产品,比如电脑小管家,电视小管家,冰箱小管家,通常这类节能插座是通过插座里面的电流感应器来感应电器的工作情况,从而来控制电器的工作.比如电器在开机和关机的瞬间,电流会急剧增大,节能插座会根据瞬间电流来判断用电器的使用情况.我们这次设计的插座,不需要判断电流情况,而是通过接收外部人体信号来控制插座,红外热释电传感器的价格低廉,从而达到了节省成本的目的.41.3节能插座的研究前景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.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食品来说或许说不算昂贵,但是对于农村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实际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.1.4本次节能插座的研究内容本次研究主要内容是通过设计电路,设计出一种人体感应插座,这个插座能做到人到开启,人离开关闭的功能.1.4.1电路的原理图本次设计中使用到的元器件主要有热释电红外传感器RE200B,热释电红外传感信号处理器BISS0001，继电器.他们的连接方法如下图.5人体信号由电路左边的热释电红外传感器接收到,经过电路的放大处理,再经过热释电红外传感信号处理器BISS0001的信号处理,控制继电器的通断,达到控制开关的目的.1.4.2本次设计要达到的目的在本次毕业设计中,我们要达到2个目的,一是我们要把上面的电路更加的完善,让电路的性能更加稳定,在完善电路的过程中我们要焊接出电路,然后进行调试,检验,知道符合我们的要求为止.此外,我们要在Protel上画出电路的原理图,然后进一步画出电路的PCB图,方便以后电路芯片的制作.二:本次毕业设计的原理2.1本次设计中使用到的芯片原理2.1.1热释电红外传感器的原理近年来,自动控制技术采用光测技术的场合不断增加,且已由可见光向红外光发展。90年代初期，人们采用新材料研制成功了一种新型传感器件一热释人体红外传感器，它专门用来检测人体辐射的红外线能量，目前已广泛应用于国际安全防御系统、自动控制、告警系统等。目前，市场上常见的热释电传感器有国产的5002、PH5324、日本的seA02一l、美国产的P2288等，虽然型号不同，但其结构、外形和电参数大致相同，且大多数可以互换.在本次设计中使用到了RE200B.6热释电传感器由敏感单元,场效应管,高阻抗变换管,滤光窗等几个部分组成，并且在氦气环境下封装而成。从根本原理上讲，热释电传感器对任何发热体都有反应，但因它自身的频率及波长响应特性决定了该传感器只在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后，就不再有输出信号，即热释电信号与它本身的温度的变化率成d二比因此，可以说:热释电传感器只对运动的人体敏感。山于敏感元件是一种广普材料，对各种波长具有一定的敏感性，为了对阳光、电灯光等有定的抗干扰性，而对人体发出的红外线最敏感，故在一块薄玻璃片上镀上多层滤光层薄膜，然后用该片作为滤光窗该光窗能有效地滤除70一14pm波长以外的红外线。物体发出的红外辐射能量最强时，其波长与温度的关系满足入:λm*T=2989(μm*K)，其中:λm为最大波长，T为绝对温度)，而人体温度为36一37℃，辐射红外线最强波长为9.67一9.64μm，中心波长为9.65μm,所以，人体辐射的红外线最强的波长恰好落在滤光窗的响应波长范围内。因此，滤光窗能很好地让人体辐射的红外线通过，而阻止其它射线通过，以免引起干扰。但是，当与电灯距传感器太近时，由于灯泡发热以及漏进的可见光，在灯泡开关时，仍有可能因传感器有信号输出而使后续电路误动作。热释电传感器只有与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足2m提高到至少10m范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，份个单元般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续，也不交又，都相隔一个盲区。这样，当人休在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器L，形成一个不断交