（江苏科技大学张家港 机电与动力工程学院 215600）
摘要：设计了一个由单片机处理遥控器发射的红外信号从而控制家用电器自动开闭的装置。该装置共分三大模块，第一模块为基于红外信号的信息加载系统，发射、接收红外指令；第二模块为基于单片机的控制系统，通过接收、处理红外接收头传递的波形信息，实现控制步进电机准确工作的功能；第三模块为基于步进电机的电源控制系统，利用连动装置实现对电视机、机顶盒、空调等电器电源的开闭，进而实现节约待机损耗的目的。
关键词：家用电器；单片机；步进电机；待机损耗；电源开关
1 引言
截止到2013年，全国共有电视机5.4亿台（其中液晶电视2.5亿台，CRT彩电2.9亿台）、机顶盒2.6亿台、空调4.8亿台（为方便计算均以1.5匹计）。目前我国家用电器待机损耗普遍高于国际标准，普及率不高。
本项目旨在开发一种便于接入电器的自动断电装置，节省待机损耗电源。该新型节能装置根据红外信号直接切断电器电源，可替换电器原有电源开关键，可与电视机、空调、机顶盒、家用影像放映设备等家电厂商合作推广，实现家用电器待机损耗的系统化节能，节省电量可观。
2 装置主要构成及运行原理
利用遥控器发射的红外控制信号，通过单片机接收、处理待机信号，在加大输入电流后，控制步进电机转动设定角度，转盘随步进电机转动设定角度，进而带动连杆机构拉动开关，实现自动开闭功能。整体电路如图1。
2.1 基于红外信号的信息加载系统
信息加载系统利用遥控器编码、调制、发射控制信号，由红外接收头接收解码、解调遥控器发出的指令后，通过单片机接收、处理编码信息，发出指令控制步进电机的工作状态。本设计采用的SAA3010红外编码芯片集成的遥控编码格式为NEC Protocol 的PWM（脉冲宽度调制）标准[3]。
2.2 基于单片机的控制系统
依据单片机原理，对于该控制系统的设计，由以下几个部分组成：1.单片机系统电路，晶振电路，复位电路。2.驱动电路部分。本设计中采用了12MHz的晶振，采用上电复位的典型电路，采用达林顿管驱动芯片ULN2003A，放大电流。
2.3 基于步进电机的电源控制系统
（1）步进电机
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
（2）机械部分
为了实现对电源的开闭功能，设计采用转盘连杆结构带动开关机构。
转盘：设计转盘，圆盘中心做通孔，尺寸为步进电机转轴啮合尺寸。转盘初始位置为距离开关中心最远处，此时电路处于断开状态。
连杆：连杆机构一端与转盘紧固点连接，一端牵引开关拨动档位，连杆带动开关实现电路断开或导通。
开关机构：开关机构两端分别与电路相连，拨档装置底部与导线相连，则其在靠近同样与电路相连的触点后，电路导通，远离则电路断开。
3 程序设计
根据设计方案，本设计使用了编程软件Keil4，使用C语言进行编程[5]。
红外接收头将接收到的红外指令通过P32口反馈给单片机，由单片机解码得到执行指令[6]，并将指令传递给步进电机执行，流程图见图2。
红外遥控发射红外信号，单片机利用红外接收头检测并接受红外信号，并对红外信号进行解码。
在对红外信号解码后，开启计时器功能并进行红外检测，若未接收到开机键发出的解除待机状态的信号，则开启步进电机，进行关闭电源动作。否则，待机状态解除，并终止后续驱动步进电机动作。
针对电器关闭状态的两种方式：（1）手动中断电源或按下电源键切断电源，则直接按动电源键，；（2）电器节能装置自动切断电源。按下电源键后，再按下待机解除键，使得电器从待机状态恢复到正常工作状态。
4 家用电器待机损耗测试
（1）空调
实测对象：一台1.5匹的定速空调。
该空调的待机功耗为2.8W。根据公式计算（待机一天耗电量=待机功耗/1000×24小时）[7]，这台每年保守估计待机损耗电量为15.728kWh，多支出电费为9.59元。
（2）机顶盒
将机顶盒调整到待机状态，功率测试仪屏显数字定格在“7.0W”。根据公式计算，这台机顶盒一年耗电48.38kWh电，按照目前一度电0.61元计算，一年将多支出电费29.51元。
（3）电视机
将CRT彩电、液晶电视机调整到待机状态，功率测试仪屏显数字定格在“7.8W”、“0.54W”。根据公式计算，CRT彩电、液晶电视每天待机耗电量分别为0.19kWh和0.013kWh，每年待机耗电53.91、3.70kWh，造成额外电费支出32.89、2.26元。
（4）家用电器待机损耗小结
综上所述，一户安装一台1.5匹空调，一台机顶盒和一台CRT彩电或液晶电视的家庭，每年因待机损耗电量为118.02kWh或67.81kWh，造成电费支出为72元或41.37元。
5 应用推广前景
该装置在利用家用电器红外遥控的标准编码形式，采用单片机执行相应操作，对电源进行开闭，操作简单，且若装置损坏，并不影响电视机正常开关使用。
我国家用电器市场庞大，当前国内应对机电待机损耗的主要措施是安装节能插座，但外置装置有时会带来不便，而新型节能装置是根据红外信号直接切断待机电源，置于电器内部，不会影响美观，简洁方便，操作简单。
因次，本装置开发前景、应用前景均十分广阔。
参考文献：
[1]刘复华.单片机及其应用系统.北京：清华大学出版社，1992，08
[2]R.Erickson.D.Masksimovie.Fundamentals of Power Electronics.2nded，2001 Kluwer Academic publishers.（美）汉伯利.电工学原理及其应用[M].2010，机械工业出版社
[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.北京.电子工业出版社.2009，12
[4]戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.北京.电子工业出版社.2006，04
[5]孙传友.测控系统原理与设计.北京：北京航空航天大学出版社，2002，08
[6]Herman Neufeld.家用电器所面临的功耗问题[J].世界电子元器件，2007，9：43-44
论文作者:车小伟,郭晨宇,邹宇飞,蒋碧滢
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/4
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