紅外遙控節(jié)能開關插座的設計定型
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隨著電器產品待機能耗的迅速增長，家庭和社會付出了太多的代價，中國節(jié)能認證中心對家庭待機能耗做過的調查顯示，待機能耗占到家庭電力消耗的10％左右，僅以電視機為例，平均每臺電視機的待機能耗是8．07W，按每天待機2小時大約耗電0．016度。待機能耗引起的資源和環(huán)境問題越來越受到社會的廣泛關注，為此國際能源署提出了“1瓦計劃”，到2010年實施1瓦的待機能耗行動。該計劃得到歐盟和美國的積極響應，并簽署協(xié)議承諾逐年降低待機能耗，各國相繼推行了強制性法規(guī)(例如2003年歐盟委員會正式啟動了“歐洲理智能源計劃”，2005年6月歐盟發(fā)表了《關于能源效率的綠皮書》，2006年美國實施了“白標機制”等)。智能開關插座因其方便節(jié)能，受到了國外消費者的廣泛歡迎，目前智能開關插座正在成為新節(jié)能產品的研究熱點。
紅外遙控節(jié)能開關插座是采用歐盟技術標準設計的針對電視機的一款智能開關插座，本文闡述了紅外節(jié)能開關插座的硬件電路設計、軟件算法設計，以及對產品進行的白／黑盒定型測試，給出了自動開關插座的設計和定型方案，消費者利用它可以對家中一些需要不斷開關的電器進行自動斷電控制，而不需要拔掉插頭。
1 紅外節(jié)能開關插座的硬件設計
1．1 紅外節(jié)能開關插座的工作原理
紅外節(jié)能開關插座是指采用在規(guī)定空間距離范圍內，發(fā)出紅外線使開關插座開啟或關閉，延時一定時間后自動斷開電源的設備。
外節(jié)能開關插座具有自動斷電功能，主要是利用負載的輸入電壓在待機與開機兩種狀態(tài)下的有效波形差異較大進行工作。負載在待機狀態(tài)所取的有效波形是指在一個周期內，絕對值大于閾值部分所占的大??；負載設備在開機狀態(tài)所取的有效波形部分是指在一個周期內，波形方向與待機狀態(tài)同向，絕對值大于閾值部分所占的大小。
設電視機負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為是高電平；如果絕對值小于閾值則認為是低電平。電視機的待機狀態(tài)或開機狀態(tài)，輸入電壓波形在單周期內，絕對值大于閾值波形所占的比值通常在1：2之上，使得負載輸入電壓波形可以被采樣電路所采樣，采樣的數(shù)值在單片機存儲器中也可對應表示為二進制數(shù)據。因此，設計紅外節(jié)能開關插座的原理圖如圖1所示，它是由MCU控制電路、檢測電路、比較電路、關斷電路、紅外接收電路、開關插頭電路和電源電路等部分構成的智能開關插座。
1．2 檢測電路的設計
在紅外節(jié)能開關插座的硬件電路設計中，檢測電路負責檢測負載電視機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)據送入后級放大電路，經過放大后的波形數(shù)據再交由比較電路和單片機進行分析處理，檢測電路的電路原理圖如圖2所示。
線圈是采樣負載輸入電壓波形的重要器件，根據電磁學理論，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強度(單位：G)；l為偏轉線圈的有效長度(單位：cm)；I為流過線圈的電流(單位：A)；β為偏轉線圈軸線中心點與偏轉線圈直徑的夾角。
一般來說，線圈的匝數(shù)和電壓成正比關系，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。為了從估算值中準確確定檢測電路線圈的匝數(shù)，需要對開關插座進行變線圈匝數(shù)的試驗，以尋找最佳的線圈匝數(shù)。
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