吝啬鬼节能断电报警器说明书文档

“吝啬鬼”节能断电报警器设计说明书作品内容简介“吝啬鬼”节能断电报警器主要针对目前许多对电力要求比较高的场合，若出现断电不及时供电造成重大损失的问题，以及目前市场上普通断电报警器时刻处于检测状态从而造成电能浪费严重的问题而开发制作的装置。节能断电报警器主要工作原理是在电网未断电时，报警器处于关机状态不消耗电能，一旦出现断电情况，报警器将自动开机，自动调取报警器中的存取电话号码，利用GSM网络呼叫通知（可设定呼叫次数），当报警器将指定的号码呼叫完毕后将自动关机，处于零功耗状态。报警器中用到的关键电子器件为耗尽型绝缘栅场效晶体管，设计中巧妙地利用了晶体管的加反向电压夹断的特性，从而实现了平时待机零功耗的节能目的。在报警器工作状态功率很低，而目前市场上的报警器工作是功率均不容小视，从而节能断电报警器达到了实现节省电能的目的。节能断电报警器具备不仅节省电能，还能进行智能监控，且产品性能稳定，更换周期长的优点。而且有了节能断电报警器就不需工作人员整天在现场守着，既避免了不必要的经济损失又节省了人力。另外节能断电报警器制作成本较低，性价比较高，因此具有较高的推广价值。关键词：待机零功耗；单片机控制；智能监控；晶体管1研制背景及意义1.1研制背景最近几年，我国电力供应紧张逐渐成为社会热门话题。在许多地区的高峰时段,电力供应又出现了拉闸限电的现象，缺电已经从部分地区夏季高峰或枯水期电力短缺转变为全年持续性缺电加随机性缺电，缺电范围进一步扩大，电力供需矛盾更加突出。“电荒”这一久违的词频繁出现于报纸、广播、电视等媒体上，为人们议论的中心话题。已经成为影响经济发展、人民生活的一个重要因素。国务院召开专门会议，研究部署缓解电力供应紧张的措施，可见解决这一问题的紧迫和重要。目前许多对电力要求比较高的场合，如孵化场、鱼塘中的充氧机等对电力要求严格的场合。若出现断电不及时供电造成重大损失的问题如图1所示。且目前市场上很多设备即使处于监测状态仍然耗费大量电能且工作期间功率大、耗能多，因此研究制造节能设备显得尤为重要，它不但显示了我国电子技术的发展而且节约了大量电能。“吝啬鬼”节能断电报警器正是适应这一“电荒”现状而来。它将有效地节约大量电能，缓解“电荒”现状。1.2研制意义“吝啬鬼”节能断电报警器能够在电网未断电时，报警器处于关机状态不消耗电能，一旦出现断电情况，报警器将自动开机，自动调取报警器中的存取电话号码，利用GSM网络呼叫通知（可设定呼叫次数），当报警器将指定的号码呼叫完毕后将自动关机，处于零功耗状态。从而实现了平时待机零功耗的节能目的。在报警器工作状态功率不到1瓦，而目前市场上的报警器工作是功率均超过1瓦，从而达到了实现节省电能的目的。同时还能进行智能监控，且产品性能稳定，更换周期长的优点。而且有了节能断电报警器就不需工作人员整天在现场守着，既避免了不必要的经济损失又节省了人力。另外节能断电报警器制作成本较低，性价比较高，因此具有较高的推广价值。实物图如图2所示。图1因断电不能及时发电造成鱼缺氧死亡图2“吝啬鬼”节能断电报警器实物图2节能断电报警器的总体设计单片机电源单片机电源高压电网普通手机电源耗尽型场效晶体管晶体管STC89C52高压电网普通手机电源耗尽型场效晶体管晶体管STC89C52手机各个功能键三极管（开关作用）手机各个功能键三极管（开关作用）图3总体设计图2.1高压电网未断电状态时的设计如图3所示，高压电网未断电状态时，与高压电网相连的普通手机电源将高压降到5伏，5伏电压为耗尽型绝缘栅场效晶体管提供反向电压（此时耗尽型场效晶体管中无电流即零功耗），从而使耗尽型场效晶体管反向电压截止（耗尽型场效晶体管夹断电压Ugs（off）<5V）。处于夹断状态的耗尽型晶体管不能使单片机电源给STC89C52单片机供电，从而单片机不能控制三极管的开关来完成对各个手机按键的控制，继而不能完成手机开机智能呼叫等操作。2.2高压电网断电状态时的设计如图3所示，高压电网断电状态时，普通手机电源断电，此时，耗尽型场效晶体管失去夹断电压而导通，单片机电源正常给STC89C52单片机供电，单片机通过读取单片机内的程序，通过高低电平的变化从而控制三极管的开合，从而控制手机完成开机，调取存储的号码，重复呼叫，呼叫完毕后将自动关机等命令。3各电子元件工作原理及性能分析3.1耗尽型绝缘栅场效应管

如图4、图5所示，电压UGs=0时，耗尽型场效应管中的漏-源极间已有导电沟道产生，原因是制造N沟道耗尽型场效应管时，在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型场效应管时掺入负离子)，因此UGs=0，在这些正离子产生的电场作用下，漏-源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，从而耗尽型场效应管能够导通；UGs为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小。当UGs负向增加到某一数值时，导电沟道消失，ID趋于零，该管截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压，用UP表示，为负值。在UGs=0、UGs>0、UP<UGs<0的情况下均能实现对ID的控制，而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻，使栅极电流下均能实现对ID的控制，而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻，使栅极电流为零。这是耗尽型场效应管的一个重要特点。图4N沟道耗尽型场效应管的输出特性曲线图5N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线3.2按键对手机控制作用图6手机键盘图我们的手机只要按一下按键，手机就会执行相应的命令，其工作原理如图6所示：只要将触片1和触片2接通一次就会向手机的主板发送一次命令，再根据手机内的程序控制完成相应的命令，即相当于按一下手机按键，也就是只要触片1和触片2中间安放一开关，只要开关闭合一次，就相当于我们按一下手机按键，继而完成不同的命令，控制不同的触片闭合将完成相应的不同的命令。3.3三极管的输出特型曲线器件的伏安特性是指器件的电压-电流转移关系，三极管的伏安特性主要用来定性说明晶体管各极电流与电压的关系，最常用的特性分为输入特性和输出特性两种。应用最广泛的共发射极（CE：Common-Emitter）接法如图7所示。共发射极接法是指以基极和发射极作为输入回路，发射极和集电极作为输出回路，输入、输出回路共用了发射极。图7中Eb将为基极提供合适的偏置电压，Ec为集电极提供偏置电压。Uce指集电极与发射极之间的电压，Ube指基极与发射极之间的电压。Ib、Ic分别为流过基极、集电极的电流。三极管的输入特性是指当集电极-发射极电压Uce为常数时，输入电路中基极电流Ib与基极-发射极电压Ube之间的关系曲线，如图8所示。

图7共发射极接法图8三极管的输入特性图当Uce=0时，输入特性与常规的\o"二极管"二极管特性相似。因为此时的集电极与发射极等效为并联，三极管等效于两个并接的二极管。当Uce＞1V时，特性曲线右移。当Uce超过1V后，集电结已经达到足够反偏，此时再增加Uce，只要Ube保持不变，IB也就基本不变。也就是说，当Uce超过1V后，输入特性曲线基本重合。饱和区状态分析：如图9所示，当Uce减小到一定值时，不管Ib如何变化，Ic都不会按比例增加，这时定义三极管进入了饱和状态，在饱和状态下，Ib的变化对Ic的影响较小，通常Uce接近Ube时，三极管就进入饱和状态。Uce≤Ube时，即发射结和集电结均处于正向偏置状态时，三极管处于饱和状态。放大区状态分析：如图9所示，输出特性曲线近于水平的部分是放大区。再放大区，因为在不同Ib下，电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。三极管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置状态，集电结则应处于反向偏置状态。对NPN管来说，Ube＞0，Ubc＜0时，三极管一般处于放大状态。截止区状态分析：如图9所示，当Ib减小到一定值时，不管Uce如何变化，Ic趋向一个几乎不变的常数，这时定义三极管进入截止状态。对NPN硅管来说，当Ube＜0.5V时就已经开始截止。但是为了使三极管可靠截止，常使得Ube≤0V，此时发射结和集电结都处于反向偏置。

图9三极管的输出的型曲线

3.4单片机的选用图10STC89C52RC单片机本设计采用STC89C52RC单片机，如图10所示。P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。4报警器实际工作过程节能断电报警器使用方便，只需要将电源（普通充电器）插在与普通插排相连的高压电网中，然后将智能节能断电报警器上的开关打开即可。工作过程如图11所示：a未断电时，报警器处于关机状态b电网断电时，自动开机c自动搜索网络d调取报警器的第一个号码e正在拨打呼叫f拨打完毕，自动关机图11报警器实际工作图接下来将拨打第二，第三，第四个号码。拨打电话号码的次数可以设置。当将所有号码的第一遍拨打完毕后，可进行第二，第三，第四次拨打，拨打次数可设定。5创新及亮点1）报警器中利用耗尽型绝缘栅场效晶体管反向电压夹断的特性，即在长期监测电网是否停电的过程中报警器中无电流流过，仅是用到电网给报警器提供的电压而已，从而实现了零功耗监测。2）如今手机通信技术成熟，工作功率低，报警器正是利用廉价的按键式手机制作而成从而保证了工作低功耗。3）本设计是利用市面上销售的按键式手机，耗尽型绝缘栅场效晶体管，三极管，stc89c52单片机制作而成，可以利用GSM网络通知工作人员断电情况。同时，价格低廉，克服了市面上无线报警器价格昂贵的致命缺点。4）由于我们的无线报警器是利用性能稳定的手机制作而成且平时处于关机状态，其工作寿命可认为无限长，其更换周期极长，从而大大减少了报废报警器的数量，从而节省了制造大量报警器的各种能源。6技术指标与经济分析说明普通的GSM报警器相比如深圳安达驹科技有限公司生产的GSM断电报警器（工作电压:DC=9V，静态电流≤80mA，报警电流≤280mA）为例.每年按5天处于报警状态（即处于报警电流状态）其余时间处于检测状态（即静态电流状态）按其寿命10年计算，共耗电6523.2度。本小组设计的节能断电报警器非工作状态不耗电；工作时，耗能元件是普通手机（工作电压3.7V，功耗500ma）和STC89C52单片机（正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA，工作电压5V），共消耗226.2度电，每个节能断电报警器十年将节约电能6297度电以每度电0.5元计算共计3148.5元人民币。如果本设计的“吝啬鬼”节能断电报警器在全国推广的话，将节约大量的电能和资金。不仅如此，每使用一台“吝啬鬼”节能断电报警器，可节约劳动力1～2名，如果该装置可以在全国推广的话，其对于社会的价值是十分可观的。7市场应用前景节能断电报警器具有节能环保，性能稳定，价格低廉，推广型强的特点。报警器可以实现无线呼叫报警，使用的电子器件价格低廉，利用手机进行呼叫性能稳定，且使用周期长。可广泛应用于电网断电或供