专利名称：一种多功能节能控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能节能控制模块，属单片机自动控制领域。
技术背景随着各种电器日益普及，给人们生活和工作带来越来越多便利的同时，也导致电力供、 需矛盾日益突出，许多地方电力部门不得不对一些企事业单位或住宅小区采取限电措施来 保证整个电网的安全，由此也给国家、企事业单位以及个人造成了不少经济损失。虽然电力供应缺口巨大，但是我们的许多电器却在待机时大量浪费宝贵的电力资源， 如空调、电视机、家庭影院、电脑等都是待机耗电大户，搜狐网2006年6月6日曾发 表了一篇题为"全北京拔掉待机家电插头1年省电1亿度"的报道，可见现有的电器待机 状态对电力资源的浪费有多严重。有公司或个人也提出了一些节能方案，给人们生活带来方便的同时也达到了不错的节 能效果，不过这些方案也有许多不完善的地方，如专利申请号为"200410025237.1"的家用电器待机节能器，虽然能达到节能的目的， 但是该节能器会对任何红外遥控器发射的红外指令都有响应。假设待机节能器控制的只是 一台客厅空调，并且空调正处于断电(节能)状态，这时不管待机节能器接收到电视机遥 控指令还是DVD遥控指令，待机节能器都会立即导通一次(即空调会被通电一次)，但 由于空调并没有接收到配套遥控器发射的开机指令不会启动，较小的待机电流不能让继电 器保持吸合状态，所以节电器将在非常短的时间内自动切断空调电源，不停地发射红外遥 控指令空调将会不停地通电、断电，虽然通电时间很短不会浪费太多电能，但是频繁的通、 断电冲击电流会严重縮短节能器中继电器以及空调的寿命，严重时还会引起空调内部电子 元件短路、爆炸并引发火灾事故等。该方案另一个不足是由于通过负载电流来自锁导通 的继电器或者自动断开继电器，也就是当负载工作电流大于某个值后，继电器维持导通状 态，当负载工作电流小于某个值后继电器自动断开，但实际使用中有可能受控电器是一个 小功率电器，根本无法达到继电器自锁的最小电流，也有可能受控电器的待机电流大于继 电器自动断开的门限电流，而不能自动断开即达不到节能的目的。发明内容本实用新型的目的在于提供一种可以现场学习其他遥控器的发射的红外编码指令也 可事先在单片机中固化一组或几组红外编码指令，且能够自动将现场学习的或者事先固化 的红外编码指令发射出去主动开启或者主动关闭受控电器的，并具有欠压、过压、过流自 动切断受控电器电源、定时开机、定时关机、手动开机、手动关机、环境检溯、远程通信 等功能的节能控制模块。本实用新型采取的技术方案是主要由单片机以及外围单元电路红外接收单元、红 外发射单元、电压取样单元、电流取样单元、环境检测单元、负载开关单元、蜂鸣器单元、
操作按钮、液晶显示单元、远程通信单元，以及电源电路(包括降压电路、低压稳压电路、后备电源充电电池、后备电源充电电路)等组成。电源电路采用高压设计，可承受高达400V的交流电压，而不会烧毁本节能控制模块。单片机巡检各单元电路判断用户是否进入设置模式，若是则进行相应设置，等待设 置结束时保存所有设置并退出设置模式；若未进入设置模式则判断是否存在线路欠压、过 压、过流，以及是否存在浓烟、煤气泄漏、人员非法入侵等异常情况，如果存在上述任意 情况则立即断开负载开关并进行声音报警，如果远程报警功能被启动还将进行远程报警， 报警结束后单片机等待用户解除故障并手动复位后继续巡检各个单元电路；若不存在上述 异常情况则判断是否到达定时开机或定时关机时刻，若时间到达则立即执行相应操作，否 则判断是否检测到红外指令，若检测到红外指令则判断是否是学习过或者事先固化的红外 编码，若是则立即执行相应操作，否则单片机巡检其他单元电路。需要补充一点不管是 定时开机还是用户遥控开机或者其他方式开机，单片机驱动负载开关导通一段时间后，单 片机还会将学习的或者固化的开机红外编码通过红外发射单元发射出去，使受控电器能够 自动开机；如果受控电器不具备红外接收功能，为了降低成本和简化单片机程序则可以去 掉红外发射单元。可以让本节能控制模块学习任意红外遥控器按键的红外编码来做为受控电器的通电/ 断电控制指令，也可将任意遥控器的按键编码事先固化在单片机中，并用该按键来做为受 控电器的通电/断电控制按键。本实用新型的有益效果是由于能够准确识别用户的开机或关机红外编码，可减少受 控电器开机冲击电流的次数，可延长受控电器和负载开关的使用寿命；适合各种额定功率 和待机功率的电器设备使用；能够预防由于线路欠压、过压、过流等故障引发的电器烧毁、 火灾事故或人员伤亡等，还可通过远程通信的方式进行联网报警和远程电器控制；按一次 受控电器遥控器的"电源"按钮即可达到"一箭双雕"的开机/关机目的，不改变用户的 使用习惯；能够现场学习其他遥控器发射的红外编码指令，使用范围广泛；采用软件来完 成许多硬件功能成本低廉；主要器件全部采用表贴工艺，电路紧凑体积小巧，可广泛应用 于各种电器、墙壁插座、墙壁开关、电源插线板，以及其他需要节能的电子产品中。
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。图l是本实施例的电路框图。图2是本实施例的液晶显示示意图。图3是本实施例的操作按钮示意图。图4是本实施例的单片机主要流程图。
具体实施方式
图l是本实施例的电路框图，列出了本实施例中主要电路单元，其中内置了A/D转换器的单片机是整个实施例的核心，它通过两通道模拟输入口分别连接电压取样单元和电流取样单元，并提供一个模拟输入口给环境检测单元备用，通过数字输入/输出口 (I/O)
分别连接负载开关、红外发射单元、红外接收单元、环境检测单元、液晶显示单元、操作 按钮单元、蜂鸣器单元、通信接口单元，以及系统电源电路等。本实施例采用可承受400V交流电压的高压涤纶电容降压，即使市电线路上出现3S0V 的动力电压，也不会烧毁本实施例所属节能控制模块，并及时保护受控电器免遭损坏，当 然也可采用变压器降压；先将降压后的电压整流、滤波后稳压到24V，用于驱动负载开关 (高灵敏功率继电器或其他大功率半导体开关)；24V稳压电源再次经过一个限流电阻后 被滤波稳压到4. 7V用于单片机和其他需要4. 7V电源的单元电路，同时该电源通过充电电 路给后备电源充电。负载开关单元由功率电磁继电器、续流二极管、三极管、限流电阻、发光二极管等组 成，单片机经限流电阻后驱动三极管，完成继电器导通与断开；受控电器上电后发光二极 管亮，否则发光二极管灭；负载开关也可由双向可控硅、固态电子继电器或者其他半导体 电子开关实现；如果受控电器电源电路己经具有电源使能控制端或者功率电磁继电器，则 可去掉负载开关直接用单片机驱动负载开关的输出口控制电源使能控制端或者受控电器 的功率电磁继电器即可，在这种情况下根据需要也可去掉红外发射单元。红外接收单元可以是一体化红外线接收模块也可以是分离器件设计的红外接收电路， 将红外信号解调输出脚连接到单片机数字输入口 ，单片机软件将接收到的红外编码与固化 或学习到的红外编码进行比较，即可知道接收到的红外编码是否是有效的红外编码，若是 则执行各种设定的程序，否则单片机无条件丢弃接收到的红外编码。红外发射单元由红外发射二极管、限流电阻、驱动三极管等组成，每次给受控电器上 电后或者定时关机时间到达前1 2秒，单片机将驱动三极管按照保存的红外编码数据发 射出红外编码指令实现遥控开机、遥控关机或者其他固化的特定的红外指令。电压取样单元主要完成市电电压检测，高电压市电经电阻分压后输入单片机的模拟输入口，单片机按照一定周期对市电电压进行采样，判断采样所得的电压是否低于设定的下 限报警电压或者高于设定的上限电压，即判断是否存在线路欠压或者过压，如果存在欠压 或者过压则立即断开负载开关并驱动喇叭报警，如果允许远程告警则进行远程报警；下限 和上限报警电压可以事先固化在单片机中，也可采用用户自行设置的方式，由操作按钮和 液晶显示单元设置报警电压门限电压值；电压取样单元也可采用稳压二极管或者比较器等 方式来设定报警门限电压，这时电压取样单元输出的仅是两个开关量，可以直接输入单片 机的数字输入口。电流取样单元主要完成线路电流检测。通过取样电阻将线路电流转换成一定函数关系的电压，输入单片机模拟输入口，单片机周期性检测线路的电流值，单片机经过各种数学 运算后即可知道受控电器的工作状态并作出各种状态下的子程序响应。环境检测单元可以是烟雾、煤气、热释电、多普勒微波、光敏电阻，或者其他环境检 测传感器，如果环境检测传感器是数字信号输出则直接输入单片机数字输入口，如果是模 拟信号输出则连接到单片机的模拟输入口，单片机周期性检测环境检测传感器的状态，判 断是否出现浓烟、煤气泄漏、人员入侵或者其他危及安全的事故，若出现这些事故则立即 切断电器电源，并按照设定的报警方式进行报警；根据产品型号和市场定位，可以不选择 也可选择其中一种或者多种环境检测传感器设计到产品中。
蜂鸣器单元由小体积有源或无源蜂鸣器、驱动三极管、限流电阻等组成，单片机经限 流电阻驱动三极管让蜂鸣器发出不同音长或者频率的声音；主要用于事故报警以及各种操 作后的声音提示。如设置过程中，用户按下任何一个按钮发送一声短音"嘀"，接收到 开机指令后发出一声长音"嘀"，接收到接收到关机指令后发出一声短音"嘀"，用户通 过声音即可知道本节能模块当前的工作状态。通信接口单元可根据产品型号和用户需求配置为无线通信或有线通信方式,通信接口 可用于远程通信(如远程开机、远程关机、远程环境状态监控等)和远程报警等用途。图2是本实施例的液晶显示示意图，列出了本实施例的主要模式/功能学习模式、 通信功能、环境报警、欠压报蒈、过压报警、过流报警、定时开机、定时关机、实时时钟 等；为了便于用户使用可将许多功能直接固化，这时可以取消液晶显示单元。图3是本实施例的操作按钮示意图，列出了本实施例的主要操作按钮"开/关"、 "模式"、"选择"、"确定"，其中"开/关"按钮用于手动开机或手动关机，即不 用任何遥控器即可控制受控电器开启或者关闭；"模式"按钮用于选择各种模式，按一次 按钮切换一种模式，被选中模式的文字将连续闪烁，之后用户可通过"选择"按钮来开启 或者关闭当前被选中模式对应的功能，如果当前模式的文字一直显示则表示该模式对应的 功能被启动，否则该模式对应的功能将被关闭，最后用户通过"确定"按钮来保存并退出 设置模式。设置模式中需要特别说明"学习"模式，进入学习模式后用户将受控电器的遥 控器或者其他红外遥控器的发射窗口正对红外接收窗口并保持适当距离，连续按4次遥控 器的"电源"或其他功能按钮，如果蜂鸣器发出一声长音"嘀"表示学习成功开机指令和 关机指令，否则需要重新按4次该按钮，直到听到一声长音"嘀"为止，学习成功后单片 机将接收到的开机指令和关机指令都保存在单片机内部的数据存储器中，按"确定"按钮 退出设置模式；上面说到的方法属单片机现场学习红外编码，适合各种品牌不同型号的电 器，也适合还未上市的电子产品，也可根据客户要求仅将一组或多组特定的开机红外编码 和关机红外编码固化在单片机内，这不但能降低整体成本还能简化程序设计。图4为本实施例中单片机的主要流程图单片机上电后先初始化内部寄存器、1/0端 口状态、定时器等；接下来判断是否需要模式设置，如果需要模式设置则进入模式设置程 序，并等待用户设置结束后依次判断是否存在欠压、过压、过流，或者各种异常环境等严 重事件；否则直接依次判断是否存在欠压、过压、过流，或者各种异常环境等，如果存在 上述任意严重事件则立即切断负载开关，停止给受控电器供电并发出报警声音，之后判断 是否需要进行远程报警，如果需要则进行远程报警，报警结束后等待用户手动复位，否则 直接等待用户手动复位，用户手动复位后再次判断是否需要进行模式设置；若不存在需要 立即切断负载开关的严重事件，单片机继续判断是否需要远程开机或者其他远程通信服 务，如果需要远程通信则立即进行远程通信，等待通信结束后继续依次判断是否满足定时 关机和定时开机条件，否则直接依次判断是否满足定时关机和定时开机条件；如果满足定 时关机或者定时开机条件则执行相应的关机或者开机服务程序，并回到模式设置程序；否 则检测是否接收到红外指令，如果没有接收到红外指令则回到模式设置程序，若接收到红 外指令则继续判断接收到的红外编码是否是开机指令或者关机指令，如果是则跳转到开机 或者关机服务程序，否则直接回到模式设置程序。 通常，电器内部电子元件被过压击穿或者欠压而导致过流发热等最终都是由于较长时 间能量累积导致电子元件过热而烧毁的，本实施例采用高速单片机设计，完成一次主循环 检测完所有单元电路时间不到0.3mS,又由于普通继电器的断开时间通常小于10mS，因此 在单片机检测到欠压、过压或者过流时能够在十几毫秒内切断受控电器电源，所以本实施 例能够有效保护受控电器的安全。基于成本和市场定位考虑，本实施例中部分单元电路可根据产品型号和用途进行配 置，并不是所有的单元电路都必须全部配置才能正常使用。以上介绍的仅是基于本发明的一个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围，任何对本发明的装置做本技术领域内熟知的部件的替换、组合、分离，以及对本发明实施的 步骤作本技术领域内熟知的同等改变或替换均不超出本发明所揭露以及所保护的范围。
权利要求1.一种多功能节能控制模块，包括系统电源电路，单片机，红外接收单元，红外发射单元，负载开关单元，操作按钮，其特征是所述单片机固化有或存储有受控电器的开机/关机红外遥控指令，所述单片机接收到受控电器的关机指令后立即断开负载开关，所述单片机接收到受控电器的开机指令后，立即驱动负载开关导通并驱动红外发射单元发射开机指令。
2. 根据权利要求1所述的一种多功能节能控制模块，其特征是还包括电压取样单元、电 流取样单元、液晶显示单元、通信接口单元、环境检测单元、蜂鸣器单元中至少一种单 元电路，所述单元电路连接到单片机输入/输出口。
3. 根据权利要求1或2所述的一种多功能节能控制模块，其特征是若受控电器不具备红 外接收功能，则可去掉红外发射单元。
4. 根据权利要求1或2所述的一种多功能节能控制模块，其特征是所述单片机定时时间 到达或检测到手动开/关机指令，单片机驱动负载开关导通或断开。
5. 根据权利要求2所述的一种多功能节能控制模块，其特征是所述单片机通过电压取样 单元检测到线路欠压或者过压后将自动断开负载开关并进行报警。
6. 根据权利要求2所述的一种多功能节能控制模块，其特征是所述单片机通过电流取样 单元检测到线路过流后将自动断开负载开关并进行报警。
专利摘要本实用新型公开了一种多功能节能控制模块，属单片机自动控制领域；包括单片机和其外围的单元电路负载开关、红外发射单元、红外接收单元、电压取样单元、电流取样单元、环境检测单元、液晶显示单元、操作按钮、蜂鸣器、通信接口，以及系统电源电路等，单片机将接收到的红外编码数据与固化的或事先学习的红外编码数据进行比较，若是有效编码则驱动负载开关后通过红外发射单元发射相应指令；如果出现线路欠压、过压、过流或者环境发生异常时则自动切断负载电源后还会自动进行声音报警和远程报警。
文档编号G05B19/04GK201035362SQ20062003592
公开日2008年3月12日 申请日期2006年10月19日 优先权日2006年10月19日
发明者杨守平 申请人:杨守平