家用电器安全节能控制器

技术领域

本实用新型涉及电源开关，具体为一种家用电器安全节能控制器。 

背景技术

一些家用电器的电源控制采用普通开关，如果家用电器功率比较大，开关的触点在开关的过程中产生电火花而很容易损坏；其次，手动拨动开关，属于近距离接触220V市电，对老人和小孩来说是不安全的；第三，如果忘记关电而长时间工作，可能造成火灾或电能浪费；第四，没有定时和预约功能，使用时极不方便。 

发明内容

本实用新型旨在公开一种家用电器安全节能控制器，是对申请号为200920161357.2的进一步改进。 

本实用新型是采用如下的技术方案实现的：家用电器安全节能控制器，包含壳体和内部电路，内部电路包含一个单片机U4，在U4的后向通道有两路控制信号输出，一路连接光电耦合触发集成电路U1的内部发光管的阴极2、阳极1通过电阻R5连接+5V直流电源，U1的触发极3通过电阻R2连接双向晶闸管Q1的主电极1、触发极4连接Q1的触发极3，再通过电阻R3连接Q1的主电极2，Q1的主电极1通过电阻R1串连电容C1连接Q1的主电极2，R1和C1组成尖峰脉冲滤波电路目的是消除电网尖峰干扰信号对Q1的影响，另一路控制信号连接PNP型三极管Q3的基极，Q3的发射极通过电阻R6连接+5V、集电极连接NPN型三极管Q2的基极，Q2的发射极连接电源地、集电极连接电磁继电器K1的线圈引脚4，K1的线圈引脚3接电容C5，C5的另一端连接电源地，K1的3脚通过电阻R4连接+12V电源，R4和C5组成一个储能电路，在电磁继电器吸合的瞬间可以提供较大的吸合电流，而保持吸合状态时只需消耗少量的电流，K1的3、4脚之间连接二极管D1，D1用于保护Q2，K1的触点1、2分别连接到Q1的1、2，由双向晶闸管Q1主电极1、2和电磁继电器触点1、2组成的开关组串连在由插头J2输入的市电的火线中，火线中还串联保险管F1，连接插座P1，P1被插入家用电器的插头，U4的一路控制信号通过U1及其附属电路实现隔离控制Q1的导通与关断，U4的另一路控制信号通过其Q2、Q3组成驱动电路控制K1触点的闭合与断开，来实现隔离控制插入 在P1上的家用电器的电源，承担隔离高、低电压电路的是U1和K1；单片机的人机交互通道设有四个按钮开关S2～S5，分别连接U4的某个并行端口中的四个引脚，并分别通过电阻连接+5V，四个LED指示灯D3～D6，其中三个LED灯的阴极连接U4的某个并行端口中的三个引脚、另一个连接电源地，用于指示电源的状况，LED的阳极分别通过电阻连接+5V，一个蜂鸣器U3的正极连接+5V，负极连接一个PNP型三极管Q4的发射极，Q4的集电极连接地、基极通过电阻连接U4的一个并行端口中的一个引脚，一个共阴极型号的四位七段数码管D7，D7的8个字型引脚连接到U4的某个并行口的8个引脚，并分别通过电阻连接+5V，4个公共引脚连接PNP型三极管Q5～Q8的发射极，这些三极管的集电极连接电源地、基极通过电阻连接U4某个并行端口中的四个引脚，人机交互通道的按钮、指示灯、数码管、 蜂鸣器等连接单片机的哪一个端口的哪一个引脚，可以由计算机技术人员通过软件编程选择；还包括由Y1、C9、C1组成晶振电路，由S1、C8、R8组成的上电复和手动复位电路；单片机的低压电源由输入的市电串连保险管F2，连接到12V/3.5W的隔离降压变压器T1，T1输出12V交流电，经整流、滤波得到12V直流电，经三端稳压电路得到+5V直流电，也可以采用开关电源从市电得到本实用新型所需的+12V和+5V低压直流电。 

由于本实用新型采用了计算机技术，可以通过软件编程合理地控制开关组的导通和关断时序，因此使用方便，可以达到安全节能控制的效果。 

附图说明

图1是本实用新型中单片机后向通道和低压电源部分电路原理图。 

图中J2为市电220V三芯插头，J1，JP1为市电220V的连接器，P1为被控的市电输出插座，F1，F2为保险管，Q1为双向晶闸管，K1为电磁继电器，U1为光电耦合触发集成电路，Q2为NPN型三极管，Q3为PNP型三极管，T1为隔离变压器，D2为整流桥堆，U2为三端稳压电源集成电路，D1为续流二极管，C1、C2、C3为高频滤波电容，C5、C6、C7为低频滤波电容，R1～R6为限流电阻。 

图2是单片机人机交互通道和附属电路原理图。 

图中U4为单片机，S1～S5为轻触型按钮开关，D3～D6为LED指示灯，d7为四位七段数码管，U3为蜂鸣器，Q4～Q8为PNP型三极管，R 8、R10～R13 为限流电阻，Y 1为晶振，C8、C9、C10为电容。 

图3是外观结构的顶视图。 

图4是外观结构的左视图。 

图中1为被控制市电输出插座，2为LED指示灯，3为四位七段数码管，4为轻触按钮，5为市电输入插头连接孔。 

具体实施方式

家用电器安全节能控制器，包含壳体和内部电路： 

内部电路包含一个单片机U4，U4可以选择内部具有2KB以上程序存储器的STC89C52RC芯片或AT89C52等芯片，在U4的后向通道可选择从P3.4和P 3.5输出两路控制信号，P3.4连接光电耦合触发集成电路U1的内部发光管的阴极2、阳极1通过电阻R5接+5V直流电源，U1可选择的型号为MOC 3043或MOC3063，本实用新型中所有的电阻均可选择1/4W直插式电阻或封装为0805的贴片式电阻，U1的触发极3通过电阻R2连接双向晶闸管Q1的主电极1，Q1可根据被控家用电器的功率选择不同的型号，一般控制3KW以下的家用电器可选择BTA138或BT139等双向晶闸管，U1的触发极4连接Q1的触发极3，再通过电阻R3连接Q1的主电极2，Q1主电极1通过电阻R1串连电容C1连接Q1主电极2，R1和C1组成尖峰脉冲滤波电路目的是消除电网尖峰干扰信号对Q1的影响，C1选择耐压值为600V/0.01μF的电容，P3.5连接PNP型三极管Q3的基极，本实用新型中的所有PNP型三极管可选择2SA1015等型号、NPN型三极管可选择2SC1815等型号，Q3的发射极通过电阻R6连接+5V，Q3的集电极连接NPN型三极管Q2的基极，Q2的发射极连接电源地、集电极连接电磁继电器K1的线圈引脚4，K1可选择线圈工作电压为12V直流，触点控制电流为250V/10A 的电磁继电器，如JQX13F等型号，K1的线圈引脚3接电容C5，C5的另一端连接电源地，K1的3脚通过电阻R4连接到+12V电源，R4和C5组成一个储能电路，在电磁继电器吸合的瞬间可以提供较大的吸合电流，而保持吸合状态时只需消耗少量的电流，K1的3、4脚之间连接二极管D1，D1用于保护Q2，D1可选择1N4001等普通整流二极管，K1的触点1、2分别连接到Q1的1、2，由双向晶闸管Q1主电极1、2和电磁继电器触点1、2组成的开关组串连在由插头J2输入的市电的火线中，J2应采用三芯插头，J2的3接地、1接火线、2接零线，火线中还串联保险管F1，连接插座P1，F1选择与电磁继 电器和双向晶闸管额定电流值相同规格的保险管，P1设计成具有多种型号插孔的插座，家用电器的插头插入P1，U4的两路控制信号控制开关组的导通或关断，来控制插入到P1的家用电器的电源；单片机的人机交互通道设有四个按钮开关S2～S5，按钮开关选择轻触型开关，分别连接U4的某个并行端口中的四个引脚，如P2.4～P2.7，并分别通过电阻连接+5V，四个LED指示灯D3～D6，其中三个LED灯的阴极连接U4的某个并行端口中的三个引脚，如P1.0～P1.2，另一个连接电源地，用于指示电源的状况，LED的阳极分别通过电阻连接+5V，一个蜂鸣器U 3的正极连接+5V，U3可选择工作电压为6V的能通电自鸣的蜂鸣器，U3负极连接一个PNP型三极管Q4的发射极，Q4的集电极连接地、基极通过电阻连接U4的一个并行端口中的一个引脚，一个共阴极型号的四位七段数码管D7，D7的8个字型引脚连接到U4的某个并行口的8个引脚，如P0.0～P0.7，并分别通过电阻连接+5V，4个公共引脚连接PNP型三极管Q5～Q8的发射极，这些三极管的集电极连接电源地、基极通过电阻连接U4某个并行端口中的四个引脚，如P2.0～P2.3；还包括由Y1、C9、C10组成晶振电路，Y1选择11.0592MHz的无源晶振，C9、C10选择27pF磁片电容，由S1、C8、R8组成的上电复和手动复位电路，C8选择16V/10μF电容；单片机的低压电源由输入的市电串连保险管F2，F2可选择0.5A的保险管，连接到隔离变压器T1，T1可选择220V/12V/3.5W的工频隔离变压器，T1输出12V交流电，经整流、滤波得到12V直流电，经三端稳压电路得到+5V直流电，可选择1A的整流桥堆也可用4个1N4001搭成桥式整流电路，滤波电容选择16V/470μF电解电容和0.01μF的磁片电容，三端稳压电路可选择LM7805，也可以采用开关电源从市电得到本实用新型所需的+12V和+5V低压直流电。 

壳体为硬质塑料盒，分为盒盖和盒底，盒盖固定低压电路板，盒盖开孔，露出插座孔1、四个LED指示灯2、一个四位数码显示管3和五个轻触按钮4；盒底固定高压电路板，盒侧面下部开孔，用于市电220V三芯插头输入5。 

在使用时，单片机U4在上电复位或手动复位后，所有的并行端口输出为高电平，U4的P 3.4和P3.5输出高电平时Q1和K1是断开的，家用电器与市电的连接被断开，如果需要接通家用电器的电源，先将U4的P3.4脚输出低电平，这将使双向晶闸管Q1导通，延时200ms使Q1稳定导通，再将U4的P 3.5脚输出低电平使得电磁继电器吸合、K1的触点接通、家用电器被通电，延时200ms后，将U4的P 3.4输出高电平从而关断Q1，由K1支持导通。由于K1的触点与Q1的两个主电极是并联关系，当Q1导通时，K1的两触点间的电 压为0V，按照上述时序可以实现触点间0电压闭合，触点间不产生电火花，从而延长触点的使用寿命。如果需要断开家用电器的电源，先将U4的P3.4脚输出低电平使得双向晶闸管Q1导通，延时200ms使Q1稳定导通，然后将U4的P 3.5脚输出高电平使电磁继电器复位，K1的触点断开，延时200ms后，将U4的P 3.4脚输出高电平从而关断Q1，家用电器被断电，同样的道理，K1的触点断开时，由于Q1的分流作用，按照上述的时序可以实现0电流断开触 点，触点间不产生电火花，从而延长继电器的使用寿命。可以编写计算机程序，根据按钮开关的选择不同的时序通断K1和Q1构成的组合开关，从而控制家用电器的电源。