定时开关电源插座的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种定时开关电源插座，包括：时钟电路；单片机，连接到时钟电路；光电耦合器，具有输入端和输出端，其输入端连接到单片机；双向可控硅，具有第一主端子、第二主端子和控制端，第一主端子被设置为用于连接到电源的第一极，控制端连接到光电耦合器的输出端；插座，具有第一端子和第二端子，其中第一端子连接到双向可控硅的第二主端子，第二端子被设置为用于连接到电源的第二极。使用根据本实用新型的定时开关电源插座，可以方便地对没有定时开关功能的电器设备进行定时开关操作。
【专利说明】定时开关电源插座
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及定时电路，特别涉及一种定时开关电源插座。
【背景技术】
[0002] 现如今，许多电器设备还不具备定时开启和关闭功能。很多需要在固定时间段开、 关的装置，还需人工值守和操作，造成电能及人力资源浪费，而且容易出现人为失误。
[0003] 为了解决这一问题，可使用定时开关来控制电器设备的电源在设定的时间段内自 动通、断电。
[0004] 目前已有机械式定时开关，用于对电器设备实现定时开关功能。
[0005] 然而，机械式定时开关一般采用钟表原理进行定时通断，机械结构复杂、计时精度 不高、定时控制范围较短，每次使用之前都须重新设定定时时间，即一次设定短期有效，且 定时时间一般无法一天内多段设置。 实用新型内容
[0006] 本实用新型所要解决的一个技术问题是提供一种定时开关电源插座，其使用电子 式定时开关方式，使得用户可以方便地对没有定时开关功能的电器设备进行定时开关操 作。
[0007] 根据本实用新型的一个方面，提供了一种定时开关电源插座，包括：时钟电路；单 片机，连接到时钟电路；光电耦合器，具有输入端和输出端，其输入端连接到单片机；双向 可控硅，具有第一主端子、第二主端子和控制端，第一主端子被设置为用于连接到电源的第 一极，控制端连接到光电耦合器的输出端；插座，具有第一端子和第二端子，其中第一端子 连接到双向可控硅的第二主端子，第二端子被设置为用于连接到电源的第二极。
[0008] 优选地，该定时开关电源插座还可以包括缓冲保护电路，并联连接在双向可控硅 的第一主端子和第二主端子之间。
[0009] 优选地，缓冲保护电路可以包括串联连接的电阻和电容。
[0010] 优选地，该定时开关电源插座还可以包括一个或多个按钮，连接到单片机。
[0011] 优选地，按钮可以采用独立式按钮。
[0012] 优选地，该定时开关电源插座还可以包括复位电路，连接到单片机的复位引脚。
[0013] 优选地，该定时开关电源插座还可以包括显示器，连接到单片机。
[0014] 优选地，显示器可以采用YM1602C型工业字符型液晶显示器。
[0015] 优选地，时钟电路可以采用DS1307型时钟芯片，单片机可以采用AVR单片机，光电 耦合器可以采用M0C3041型光电耦合器，双向可控硅可以采用BAT12-600B型双向可控硅。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是根据本实用新型的定时开关电源插座的示意性方框图。
[0017] 附图标记说明
[0018] 1 AVR单片机 7双向可控硅
[0019] 2按钮 T1第一主端子
[0020] 3复位电路 T2第二主端子
[0021] 4时钟电路 G控制端
[0022] 5显示器 8插座
[0023] 6光稱（光电稱合器）81第一端子
[0024] 82第二端子
【具体实施方式】
[0025] 下面参考附图详细描述根据本实用新型的定时开关电源插座。
[0026] 如图1所示，根据本实用新型的定时开关电源插座可以包括单片机1、时钟电路4、 光电f禹合器（光f禹）6、双向可控娃7、插座8。
[0027] 插座8具有第一端子81和第二端子82。第一端子81连接到双向可控硅7的第二 主端子T2,第二端子82被设置为用于连接到电源的第二极。
[0028] 电器设备（未示出）的电源插头插入插座8,插头的两个端子分别与插座8的第一 端子81和第二端子82相连接。当插座8通电时，电器设备从插座8接收电能，从而可以开 启。当插座8断电时，电器设备不能从插座8接收电能，从而关闭。
[0029] 时钟电路4可以是DS1307型时钟芯片。时基采用32768钟表晶振。
[0030] 单片机1内部自带的定时器也可以实现定时功能，但定时不是很准，运行的时间 长了会有误差，而且掉电后计时就不准了。
[0031] 为了确保定时时间的精确，即使掉电后走时依然准确，可以使用专门的时钟芯片 DS1307实现定时。DS1307是美国DALLS公司生产的一种采用串行数据传输方式的实时时 钟芯片，具有体积小、低功耗、接口容易、占用单片机I/O 口线少等特点。为该芯片配备充满 电的3V锂电池，这样，不仅确保了定时时间的准确，误差很小，而且在掉电后也可以维持很 长时间，程序设计也相对简单。
[0032] DS1307是一款低功耗，具有56字节非失性RAM的全B⑶码时钟日历实时时钟芯 片，地址和数据通过两线双向的串行总线的传输，芯片可以提供秒、分、小时等信息，每一个 月的天数能自动调整。并且有闰年补偿功能。AM(上午）/PM(下午）标志位决定时钟工作 于24小时或12小时模式，芯片有一个内置的电源感应电路，具有掉电检测和电池切换功 能。在电池备份模式下，功耗小于500nA。
[0033] 单片机1连接到时钟电路4,接收来自时钟电路4的时钟信号。
[0034] 单片机1可以是高速嵌入式AVR系列单片机。可以通过其I/O端子PC6和PC7连 接到时钟电路4的时钟输出端。
[0035] AVR单片机吸收了 DSP双总线的特点，采用Harvard (哈佛）总线结构，从而可以避 免传统MCS-51系列单片机中多指令周期的出现。AVR单片机采用低功率、非易失性的CMOS 工艺制造，除具有低功耗、高密度的特点外，还支持低电压的联机Flash、EEPR0M写入功能。 I/O接口具有很强的驱动能力，灌电流可直接驱动继电器、LED等器件，从而省去驱动电路， 节约系统成本。
[0036] 响应于单片机1的控制信号，可以由开关控制电路来控制插座8的通电或断电。
[0037] 为了满足电源开关的定时控制要求，当定时时间到了以后，由主控制器--单片 机1发出低压控制信号控制插座8的通电或断电，即"以弱控强"。
[0038] -般在这种控制要求下主要使用继电器、晶体管或可控硅输出方式来实现开关操 作。
[0039] 下面对三种方式进行比较。
[0040] 继电器输出方式属于机械隔离，耐压高，不适用于高频动作的负载，其寿命随带负 载电流的增加而减少，在工作的过程中容易产生瞬间电流，从而不能很好的保护被控制的 电器设备
[0041] 晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快，适用于要求快速响应的场合，由 于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长，但晶体管输出型电路的外 接电源只能是直接电源，而且输出驱动能力要小于继电器输出。
[0042] 可控硅是一种安全性能较高，根本不会产生瞬间电流的电子元器件，在工作的过 程中实现了无触点控制，不会产生火花（即瞬间电流）、不会有火花干扰和触点烧灼的现 象，可承受大功率的负载。
[0043] 考虑到上述比较结果，为了保证自动定时电源开关用于电器设备控制的普遍适用 性，最终确定采用双向可控硅的输出方式。同时，为了隔离单片机1提供的直流低压控制信 号和开关插座8上的交流高压，使系统具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，采用光电耦 合器6驱动双向可控娃7。
[0044] 光电稱合器6具有输入端和输出端，其输入端连接到单片机1。
[0045] 综合比较技术参数、性能/价格比、体积大小等方面，光电耦合器6可以采用 M0C3041型光电耦合器，带过零触发电路，输入端的控制电流为15mA，输出端的额定电压为 400V，输入输出端隔离电压为7500V。
[0046] 在采用AVR单片机的情况下，光电耦合器6的输入端可以通过AVR单片机的I/O 端子PD7连接到单片机1。
[0047] 双向可控硅7具有第一主端子T1、第二主端子T2和控制端（门极）G，第一主端子 T1被设置为用于连接到电源的第一极，控制端G连接到光电耦合器的输出端。
[0048] 综合比较技术参数、性能/价格比、体积大小等方面，双向可控硅7可以采用 BAT12-600B型双向可控硅，该器件可承受最大反向电压为600V，最大电路为12A。
[0049] 如图1所示，根据本实用新型的定时开关电源插座还可以提供一个或多个按钮2， 连接到单片机1，例如可以将6个按钮连接到AVR单片机的I/O端子ΡΒ0至PB5。
[0050] 为了提供良好的人机交换，节省单片机1的资源和耗电量，减小定时开关电源插 座的体积，按钮2可以采用独立式按钮。
[0051] 通过依次或同时按压一个或多个按钮，可以对单片机1和时钟电路4进行设置。例 如，可以进行系统时间校准，可以选择工作模式，还可以设置开关定时时间段。
[0052] 如图1所示，根据本实用新型的定时开关电源插座还可以提供显示器5,连接到单 片机1例如可以连接到AVR单片机的I/O端子ΡΑ0至PA7。显示器5可以采用YM1602C型 工业字符型液晶显示器，能够同时显示16*2即32个字符。当按压按钮2以进行系统时间 校准、工作模式选择，或设置开关定时时间段时，显示器5显示相应信息以便于进行相应调 整。
[0053] 工作模式可以包括例如"自动定时"、"手动接通"、"手动断开"、"时钟调整"四种工 作模式。
[0054] 当通过按压特定按钮2选择"时钟调整"工作模式时，单片机1响应于对按钮2的 操作，对时钟电路4的时钟进行校准。
[0055] 当通过按压特定按钮2选择"手动接通"工作模式时，单片机1产生高电平控制信 号，输出给光电f禹合器6的输入端，光电f禹合器6被触发，使双向可控娃7导通，从而让插座 8通电。
[0056] 当通过按压特定按钮2选择"手动断开"工作模式时，单片机1产生低电平控制信 号，输出给光电f禹合器6的输入端，光电f禹合器6不被触发，使双向可控娃7导通，从而让插 座8通电。
[0057] 当通过按压特定按钮2选择"自动定时"工作模式时，单片机1进入自动定时工作 模式。
[0058] 单片机1中具有存储器，可以存储通过按钮2设置的定时时间段。在条件允许的 情况下，可以存储多组定时时间段，例如可以最多存储五组定时时间段。可以通过显示器5 随时切换查看所设置的定时时间段。
[0059] 在自动定时工作模式下，单片机1不断读取时钟电路4提供的当前时间，并通过内 置的比较器与设定好的定时时间段相比较。
[0060] 如果当前时间与设定好的定时时间段吻合，则产生高电平控制信号，输出给光电 奉禹合器6的输入端，光电稱合器6被触发，使双向可控娃7导通，从而让插座8通电。
[0061] 如果当前时间不在设定的时间段内，则单片机1产生低电平控制信号，输出给光 电奉禹合器6的输入端，光电稱合器6不被触发，双向可控娃7处于关断状态，从而让插座8 断电。
[0062] 插座8通电或断电的状态可以在显示器5上实时显示。
[0063] 根据本实用新型的定时开关电源插座采用光电耦合器6和双向可控硅7构成电源 开关电路。以双向可控硅7的导通或关断来控制插座8的接电或断电，从而控制经由插座 8获得电源输入的电器设备（未不出）的开启和关闭。
[0064] 通过使用光电耦合器6和双向可控硅7来实现电源开关的自动通电和断电控制， 隔离了单片机提供的直流低压控制信号和外接的交流高压，能够保护人身和设备的安全， 减小干扰。
[0065] 为了保护双向可控硅7,还可在其旁边加缓冲保护电路，并联连接在双向可控硅的 第一主端子和第二主端子之间。缓冲保护电路可以包括串联连接的电阻器R和电容器C。 作为一个示例，电阻器R的阻值例如可以是39 Ω，电容器C的电容值可以是0. 01 μ F。
[0066] 因为双向可控硅7在开通和关断的瞬间du/dt的变化率较大，开关损耗很大，因此 加上阻容电路，利用储能元件C对能量进行缓冲，可以达到进一步保护双向可控硅7的目 的。
[0067] 另外，如图1所示，根据本实用新型的定时开关电源插座还可以包括复位电路3， 连接到单片机1的复位引脚，用于执行上电复位操作。
[0068] 根据本实用新型的定时开关电源插座可以直接接入高压交流电源。另外，也可以 进一步包括电源插头（未示出），其两端分别连接到插座8的第二端子82和双向可控硅7 的第一主端子T1。电源插头可插入例如220V市电电源插座中，从而接入220V交流电源。
[0069] 本实用新型基于AVR单片机的定时控制作用，可以在多个时间段长时间范围的控 制电器设备的自动通电和断电，同时也节约了能源、延长了电器的使用寿命。
[0070] 至此，已详细描述了根据本实用新型的定时开关电源插座的具体实施例。然而本 领域技术人员应该明白，本实用新型不限于这里描述的各种细节，而是可以做出适当的修 改。本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。
【权利要求】
1. 一种定时开关电源插座，其特征在于，包括： 时钟电路； 单片机，连接到所述时钟电路； 光电耦合器，具有输入端和输出端，其输入端连接到所述单片机； 双向可控硅，具有第一主端子、第二主端子和控制端，第一主端子被设置为用于连接到 电源的第一极，控制端连接到所述光电耦合器的输出端； 插座，具有第一端子和第二端子，其中第一端子连接到所述双向可控硅的第二主端子， 第二端子被设置为用于连接到电源的第二极。
2. 根据权利要求1的定时开关电源插座，其特征在于，还包括： 缓冲保护电路，并联连接在所述双向可控硅的第一主端子和第二主端子之间。
3. 根据权利要求2的定时开关电源插座，其特征在于， 所述缓冲保护电路包括串联连接的电阻和电容。
4. 根据权利要求1的定时开关电源插座，其特征在于，还包括： 一个或多个按钮，连接到所述单片机。
5. 根据权利要求4的定时开关电源插座，其特征在于， 所述按钮是独立式按钮。
6. 根据权利要求1的定时开关电源插座，其特征在于，还包括： 复位电路，连接到所述单片机的复位引脚。
7. 根据权利要求1的定时开关电源插座，其特征在于，还包括：显示器，连接到所述单 片机。
8. 根据权利要求7的定时开关电源插座，其特征在于，所述显示器是YM1602C型工业字 符型液晶显示器。
9. 根据权利要求1的定时开关电源插座，其特征在于，所述时钟电路是DS1307型时钟 心/T， 所述单片机是AVR单片机， 所述光电稱合器是M0C3041型光电稱合器， 所述双向可控硅是BAT12-600B型双向可控硅。
【文档编号】G05B19/042GK203909541SQ201420348497
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】曲卫冬, 黄桂梅 申请人:国家电网公司, 国网冀北电力有限公司技能培训中心