地震報警家庭電子節電器的制作方法

專利名稱：地震報警家庭電子節電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及家用電子器件領域，具體為一種地震報警家庭電子節電器。
背景技術：
當前市場上銷售的家庭節電器，基本上都是將一定容量的補償電容并聯在線路上，而不判斷線路上是否需要補償，補償多少。家庭使用的感性負載，如家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等都是斷續使用的，如果在線路不需要補償時而進行過補償，就會使負載變成容性負載，同樣也會消耗無用功。同時當前地殼板塊進入活躍期，造成地震頻發、人心惶惶，通過有關部門分析，造成地震主要災害的是S波。現有技術的地震預警裝置預警效果較差，無法有力地保障人們的人身安全和財產安全。

發明內容
本發明目的是提供一種地震報警家庭電子節電器，以解決現有技術家庭節電器無法判斷線路是否需要補償的問題，以及利用地震發生時P波與S波之間的傳播速度差，以實現地震預警。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為
地震報警家庭電子節電器，其特征在于包括有集成為一體的家庭節電器及地震報警
器；
所述家庭節電器包括有控制單元一、交流電流信號采集單元、電壓信號采集單元、電容補償單元，控制單元一包括型號為AT89C4051的單片機，所述單片機的VPP引腳通過電阻接地，VCC引腳接外部+5V電源，且VPP引腳與VCC引腳之間接有電容，單片機的XTALl引腳與XTAL2弓丨腳之間接有晶振電路，單片機的GND引腳接地，Pl. 0引腳通過二極管接地，Pl. 0 引腳還通過電阻接外部電源，所述交流電流信號采集單元的輸出接入單片機的Pl. 1引腳， 電壓信號采集單元的輸出接單片機的Pl. 2引腳，單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別接有電容補償單元；
所述交流電流信號采集單元包括型號為AH3144E的單極霍爾元件，所述單極霍爾元件通過檢測“C”型磁環中是否感應到交流線路中電流的磁場變化，將單片機的Pl. 1腳信號從高電位下拉為低電平，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉；
所述電壓信號采集單元包括型號為PC817的光耦合器，所述光耦合器兩輸入端分別通過二極管接入家庭用電線路中，且光耦合器兩輸入端的二極管方向相反，光耦合器兩輸入端之間還接有另一穩壓二極管，所述光耦合器一個輸出端接地，另一個輸出端與單片機的 Pl. 2引腳連接，且光耦合器與單片機Pl. 2引腳連接的輸出端還通過上拉電阻接外部+5V電源；
所述電容補償單元包括兩個三極管，兩個三極管的發射極分別接地，其中第一個三極管集電極與第二個三極管基極連接，第一個三極管的基極、集電極分別各自通過電阻接外部電源，第二個三極管的集電極接有繼電器，所述繼電器的輸出上連接有補償電容，所述補償電容接入家庭用電線路中，所述單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別與各自接入的電容補償單元中第一個三極管的基極通過電阻連接；
所述地震報警器包括有控制單元二、傳感器單元、數據存儲單元、移位寄存器單元、 數碼管顯示單元、按鍵設定單元、聲報警單元、光報警單元，所述控制單元二包括型號為 AT89C4051的單片機，所述單片機的XTALl引腳、XTAL2引腳之間接有晶振電路，VPP引腳通過電阻接地，VPP引腳還通過電容接外部電源，GND引腳接地，單片機VCC引腳接外部+5V電源，Pl. 1引腳、P3. 7引腳之間接有串聯的兩個電阻，且兩個串聯電阻之間通過電容接地，單片機P3. 7引腳還通過電阻接外部電源；
所述傳感器單元包括型號為MMA7260Q的三軸的加速度傳感器，所述加速度傳感器的 g-Selectl引腳、g-SeleCt2引腳分別接入一個型號為SW_DIP_4的編碼開關；加速度傳感器的VSS引腳、N/C引腳全部接地，VDD引腳接入一個3. 3V的HT7533穩壓芯片中，所述HT7533 穩壓芯片接外部+5V電源，加速度傳感器的hut引腳通過兩個串聯的電阻接入單片機的 Pl. 0引腳，且化此引腳上兩個串聯電阻之間、電阻與單片機的Pl. 0引腳之間還分別通過電容接地；
所述數據存儲器單元包括型號為ATMC02的I存儲器，所述存儲器的AO引腳、VCC引腳分別接外部+5V電源，Al引腳、A2引腳、GND引腳分別接地，存儲器的WP引腳、SCL引腳、 SDA引腳分別與單片機的P3. 2引腳、P3. 4引腳、P3. 3引腳一一對應連接；
所述移位寄存器單元包括型號為74HC164的移位寄存器，所述移位寄存器的VCC引腳通過一個T431穩壓芯片接外部+5V電源，移位寄存器的A、B引腳與單片機的P3. 0引腳連接，END引腳接地，移位寄存器的CLK引腳與單片機的P3. 1引腳連接，CLK引腳還通過電容接地，移位寄存器的MR引腳接高電平；
所述數碼管顯示單元包括共陰數碼管，所述共陰數碼管的第一引腳與移位寄存器的Q3 引腳、第二引腳與移位寄存器的Q4引腳、第三引腳與移位寄存器的QO引腳、第四引腳與移位寄存器的Q5引腳、第五引腳與移位寄存器的Ql引腳、第七引腳與移位寄存器的Q6引腳、 第十引腳與移位寄存器的Q2引腳、第十一引腳與移位寄存器的Q7引腳分別連接；
所述按鍵設定單元包括三個一端并聯的按鍵，按鍵的并聯端接入單片機的Pl. 2引腳， 三個按鍵非并聯端分別與單片機的Pl. 7引腳、Pl. 6引腳、Pl. 5引腳一一連接；
所述聲報警單元包括有兩個發射極分別接地的三極管、蜂鳴器，其中第一個三極管的基極通過電阻與單片機的P3. 5引腳連接，且第一個三極管的基極、集電極分別通過電阻接外部電源，第二個三極管基極與第一個三極管的集電極連接，第二個三極管的集電極接入蜂鳴器接線端；
所述光報警單元包括兩個陰極并聯的發光二極管，兩個發光二極管的陰極并聯端與單片機的Pl. 3引腳連接。兩個發光二極管的陽極端與移位寄存器的Q2引腳、Ql引腳連接。
本發明能夠有效提高家庭用電的功率因數，并實時智能化檢測無功功率，實現自動補償，進而提高家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等感性負載的功率因數，以達到節約用電的目的。同時本發明利用地震發生時P波與S波之間的傳播“速度差”，以及地震發生后P波和S波傳遞到人口密集的城市中的“時間差”來進行預警的。本發明能夠有效地實現地震預警，提高了對于地震災害的應急預警能力。


圖1為本發明節電器控制單元一電路原理圖。圖2為本發明交流電流信號采集單元電路原理圖。圖3為本發明交流電壓信號采集單元電路原理圖。圖4為本發明單片機Pl. 6引腳上的電容補償執行單元電路原理圖。圖5為本發明單片機Pl. 7引腳上的電容補償執行單元電路原理圖。圖6為本發明地震信號控制單元二電路原理圖。圖7為本發明地震傳感器單元電路原理圖。圖8為本發明數據存儲器單元電路原理圖。圖9為本發明移位寄存器單元電路原理圖。圖10為本發明數碼管顯示單元電路原理圖。圖11為本發明按鍵設定單元電路原理圖。圖12為本發明聲報警單元電路原理圖。圖13為本發明光報警單元電路原理圖。
具體實施例方式地震報警家庭電子節電器，包括有集成為一體的家庭節電器及地震報警器。家庭節電器包括有節電控制單元一、交流電流信號采集單元、交流電壓信號采集單元、電容補償單元。如圖1所示。控制單元一包括型號為AT89C4051的單片機U01，單片機UOl的VPP 引腳通過電阻ROI接地，VCC引腳接外部電源VCC,且VPP引腳與VCC引腳之間接有電容 CE01，單片機UOl的XTALl引腳與XTAL2引腳之間接有晶振電路，晶振電路有晶振Y、電容 C01、電容C02構成，單片機UOl的GND引腳接地，Pl. 0引腳通過二極管DOl接地，Pl. 0引腳還通過電阻R02接外部電源VCC，交流電流信號采集單元的輸出接入單片機UOl的Pl. 1引腳，電壓信號采集單元的輸出接單片機UOl的Pl. 2引腳，單片機UOl的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別接有電容補償單元；
如圖2所示。交流電流信號采集單元包括型號為AH3144E的單極霍爾元件，所述單極霍爾元件通過檢測“C”型磁環中是否感應到交流線路中電流的磁場變化，將單片機的Pl. 1 腳信號從高電位下拉為低電平，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉；
如圖3所示。電壓信號采集單元包括型號為PC817的光耦合器U02，光耦合器U02兩輸入端分別通過二極管D02、D03接入家庭用電線路中，且光耦合器兩輸入端的二極管D02、 D03方向相反，光耦合器U02兩輸入端之間還接有另外的二極管D04，光耦合器U02 —個輸出端接地，另一個輸出端與單片機UOl的Pl. 2引腳連接，且光耦合器U02與單片機UOl的 Pl. 2引腳連接的輸出端還通過上拉電阻R04接外部電源VCC ；
如圖4所示。與單片機UOl的Pl. 6引腳連接的電容補償單元包括兩個三極管Q01、 Q02，兩個三極管Q01、Q02的發射極分別接地，其中第一個三極管QOl集電極與第二個三極管Q02基極連接，第一個三極管QOl的基極、集電極分別各自通過電阻R06、R07接外部電源 VCC,第二個三極管器Q02的集電極接有繼電器KOl，繼電器KOl的輸出上連接有補償電容 C03,單片機UOl的Pl. 6引腳通過電阻R08與第一個三極管QOl的基極連接。
如圖5所示。與單片機UOl的Pl. 7引腳連接的電容補償單元包括兩個三極管Q03、 Q04，兩個三極管Q03、Q04的發射極分別接地，其中第一個三極管Q03集電極與第二個三極管Q04基極連接，第一個三極管Q03的基極、集電極分別各自通過電阻R09、R10接外部電源 VCC,第二個三極管器Q04的集電極接有繼電器K02，繼電器K02的輸出上連接有補償電容 C04,補償電容C04接入家庭用電線路中，單片機UOl的Pl. 7引腳通過電阻Rll與第一個三極管Q03的基極連接。地震報警器包括有地震信號控制單元二、傳感器單元、數據存儲單元、移位寄存器單元、顯示單元、按鍵設定單元、聲報警單元、光報警單元。如圖6所示。地震信號控制單元二包括型號為AT89C4051的單片機U11，單片機 Ull的XTALl引腳、XTAL2引腳之間接有晶振電路，VPP引腳通過電阻ROl接地，VPP引腳還通過電容CEOl接外部電源VCC，GND引腳接地，單片機Ull的VCC引腳接外部電源+5V ；
如圖7所示。傳感器單元包括型號為MMA7260Q的三軸的加速度傳感器U15，加速度傳感器U15的g-klectl引腳、g-Select2引腳分別接入一個型號為SW-DIP-4的編碼開關 Sll ；加速度傳感器U15的VSS引腳、N/C引腳全部接地，VDD引腳接入一個3. 3V的HT7533 穩壓芯片U16中，HT7533穩壓芯片U16接外部+5V電源，加速度傳感器U15的hut引腳通過兩個串聯的電阻接入單片機Ull的Pl. 0引腳，且化此引腳上兩個串聯電阻之間、電阻與單片機Ull的Pl. 0引腳之間還分別通過電容接地；
如圖8所示。數據存儲器單元包括型號為ATMC02的I存儲器，存儲器U12的AO引腳、VCC引腳分別接外部+5V電源，Al引腳、A2引腳、GND引腳分別接地，存儲器U12的的WP 引腳、SCL引腳、SDA引腳分別與單片機Ull的P3. 2引腳、P3. 4引腳、P3. 3引腳一一對應連接；
如圖9所示。移位寄存器單元包括型號為74HC164的移位寄存器，移位寄存器的VCC 引腳通過一個T431穩壓芯片接外部+5V電源，移位寄存器的A、B引腳與單片機Ull的P3. 0 引腳連接，END引腳接地，移位寄存器的CLK引腳與單片機Ull的P3. 1引腳連接，CLK引腳還通過電容接地，移位寄存器的MR引腳接高電平；
如圖10所示。數碼管顯示單元包括共陰數碼管，共陰數碼管的第一引腳與移位寄存器的Q3引腳、第二引腳與移位寄存器的Q4引腳、第三引腳與移位寄存器的QO引腳、第四引腳與移位寄存器的Q5引腳、第五引腳與移位寄存器的Ql引腳、第七引腳與移位寄存器的Q6 引腳、第十引腳與移位寄存器的Q2引腳、第十一引腳與移位寄存器的Q7引腳分別連接；
如圖11所示。按鍵設定單元包括三個一端并聯的按鍵Si、S2、S3，按鍵Si、S2、S3的并聯端接入單片機的Pl. 2引腳，三個按鍵Si、S2、S3非并聯端分別與單片機的Pl. 7引腳、 Pl. 6引腳、Pl. 5引腳一一連接；
如圖12所示。聲報警單元包括有兩個發射極分別接地的三極管、蜂鳴器LS，其中第一個三極管的基極通過電阻與單片機Ull的P3. 5引腳連接，且第一個三極管的基極、集電極分別通過電阻接外部電源，第二個三極管基極與第一個三極管的集電極連接，第二個三極管的集電極接入蜂鳴器LS接線端；
如圖13所示。光報警單元包括兩個陰極并聯的發光二極管LD1、LD2，兩個發光二極管 LDU LD2的陰極并聯端與單片機Ull的Pl. 3引腳連接。兩個發光二極管LD1、LD2的陽極端與移位寄存器的Q2引腳、Ql引腳連接。
本發明家庭節電器中，首先要測量家庭用電路中電壓、電流之間的相位差Φ，因為家庭用電中，一般只有兩種一種為純電阻型負載，如電飯鍋、電熱水器、電熱毯等；另一種為感性負載，如家用空調、冰箱、洗衣機、抽油煙機、電磁爐等。眾所周知電阻型負載功率因數為1.0，而電感型負載，功率因數一般都低，只有0.8左右，這時就需要檢測出電流滯后于電壓相位差的多少，來進行電容的補償。交流電有正負半周，當電壓在正半周過零點時，通過高低壓光電隔離，使單片機Pl. 2腳采集到電壓信號后，單片機內部TO計時器開始計時， 一直等到單片機內部比較器輸出端Ρ3. 6由高電平變為低電平時，停止計時，此計時時間的大小與相位差成正比。當計數為零時，即表示負載為純電阻型，不需要進行電容補償；當計數值越大，補償電容投入越多。交流電流的檢測沒有采用體積龐大的電流互感器，因為此節電器僅需要采集正半周電流過零點時的信號，所以選用體積小的單極霍爾開關采集電流相位傳感器，當“C”狀的磁環中有交流電流產生的變化磁場時，單片機的Pl. 1腳將采集到單極霍爾開關輸出變化信號，促使單片機內部比較器輸出端Ρ3. 6發生反轉，基于此計時時間的多少，單片機進行邏輯判斷，是否進行電容補償，補償量多少，先補償的先切除，后補償的延時切除。本發明地震報警器選用目前市場上集成度最高的飛思卡爾MMA7^0Q三軸(X軸、 Y軸、Z軸)加速傳感器，此加速傳感器可用來偵測X、Y、Z軸方向的加速度，以類比電壓來表示所偵測的加速度的大小，在IC內部主要由雙芯片構成，即重力感測單元(負責加速度的偵測)與控制IC單元(負責信號處理)。X軸或Z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信號送到電荷積分器做積分運算，而后進行取樣、保持及信號放大處理，最后用低通濾波器濾除高頻噪音，在溫度補償處理后即可輸出加速度信息。此輸出的類比電壓與偵測的加速度值會維持線性比例的特性，不會受到溫度的影響。根據加速傳感器的典型角度響應線型可知，在0度范圍，傾斜角與電壓呈線性變化。而在90度范圍，傾斜角與電壓則呈現飽和情況。因此在安裝加速傳感器時必需確保Z軸與地面垂直。當傳感器檢測到大地震動的 P波時，在Z out腳上產生1.65V上下波動的電壓，單片機采集到此數據后進行邏輯運算處理，輸出到數碼管上顯示震級多少，并判斷是否需要進行報警等處理等。此地震報警電子處理儀可以根據需要修改存儲器內的報警等級。
權利要求
1.地震報警家庭電子節電器，其特征在于包括有集成為一體的家庭節電器及地震報警器；所述家庭節電器包括有控制單元一、交流電流信號采集單元、電壓信號采集單元、電容補償單元，控制單元一包括型號為AT89C4051的單片機，所述單片機的VPP引腳通過電阻接地，VCC引腳接外部+5V電源，且VPP引腳與VCC引腳之間接有電容，單片機的XTALl引腳與XTAL2弓丨腳之間接有晶振電路，單片機的GND引腳接地，Pl. 0引腳通過二極管接地，Pl. 0 引腳還通過電阻接外部電源，所述交流電流信號采集單元的輸出接入單片機的Pl. 1引腳， 電壓信號采集單元的輸出接單片機的Pl. 2引腳，單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別接有電容補償單元；所述交流電流信號采集單元包括型號為AH3144E的單極霍爾元件，所述單極霍爾元件通過檢測“C”型磁環中是否感應到交流線路中電流的磁場變化，將單片機的Pl. 1腳信號從高電位下拉為低電平，促使單片機內部比較器輸出端P3. 6發生反轉；所述電壓信號采集單元包括型號為PC817的光耦合器，所述光耦合器兩輸入端分別通過二極管接入家庭用電線路中，且光耦合器兩輸入端的二極管方向相反，光耦合器兩輸入端之間還接有另一穩壓二極管，所述光耦合器一個輸出端接地，另一個輸出端與單片機的 Pl. 2引腳連接，且光耦合器與單片機Pl. 2引腳連接的輸出端還通過上拉電阻接外部+5V電源；所述電容補償單元包括兩個三極管，兩個三極管的發射極分別接地，其中第一個三極管集電極與第二個三極管基極連接，第一個三極管的基極、集電極分別各自通過電阻接外部電源，第二個三極管的集電極接有繼電器，所述繼電器的輸出上連接有補償電容，所述補償電容接入家庭用電線路中，所述單片機的Pl. 6引腳、Pl. 7引腳分別與各自接入的電容補償單元中第一個三極管的基極通過電阻連接；所述地震報警器包括有控制單元二、傳感器單元、數據存儲單元、移位寄存器單元、 數碼管顯示單元、按鍵設定單元、聲報警單元、光報警單元，所述控制單元二包括型號為 AT89C4051的單片機，所述單片機的XTALl引腳、XTAL2引腳之間接有晶振電路，VPP引腳通過電阻接地，VPP引腳還通過電容接外部電源，GND引腳接地，單片機VCC引腳接外部+5V電源，Pl. 1引腳、P3. 7引腳之間接有串聯的兩個電阻，且兩個串聯電阻之間通過電容接地，單片機P3. 7引腳還通過電阻接外部電源；所述傳感器單元包括型號為MMA7260Q的三軸的加速度傳感器，所述加速度傳感器的 g-Selectl引腳、g-SeleCt2引腳分別接入一個型號為SW_DIP_4的編碼開關；加速度傳感器的VSS引腳、N/C引腳全部接地，VDD引腳接入一個3. 3V的HT7533穩壓芯片中，所述HT7533 穩壓芯片接外部+5V電源，加速度傳感器的hut引腳通過兩個串聯的電阻接入單片機的 Pl. 0引腳，且化此引腳上兩個串聯電阻之間、電阻與單片機的Pl. 0引腳之間還分別通過電容接地；所述數據存儲器單元包括型號為ATMC02的I存儲器，所述存儲器的AO引腳、VCC引腳分別接外部+5V電源，Al引腳、A2引腳、GND引腳分別接地，存儲器的WP引腳、SCL引腳、 SDA引腳分別與單片機的P3. 2引腳、P3. 4引腳、P3. 3引腳一一對應連接；所述移位寄存器單元包括型號為74HC164的移位寄存器，所述移位寄存器的VCC引腳通過一個T431穩壓芯片接外部+5V電源，移位寄存器的A、B引腳與單片機的P3. 0引腳連接，END引腳接地，移位寄存器的CLK引腳與單片機的P3. 1引腳連接，CLK引腳還通過電容接地，移位寄存器的MR引腳接高電平；所述數碼管顯示單元包括共陰數碼管，所述共陰數碼管的第一引腳與移位寄存器的Q3 引腳、第二引腳與移位寄存器的Q4引腳、第三引腳與移位寄存器的QO引腳、第四引腳與移位寄存器的Q5引腳、第五引腳與移位寄存器的Ql引腳、第七引腳與移位寄存器的Q6引腳、 第十引腳與移位寄存器的Q2引腳、第十一引腳與移位寄存器的Q7引腳分別連接；所述按鍵設定單元包括三個一端并聯的按鍵，按鍵的并聯端接入單片機的Pl. 2引腳， 三個按鍵非并聯端分別與單片機的Pl. 7引腳、Pl. 6引腳、Pl. 5引腳一一連接；所述聲報警單元包括有兩個發射極分別接地的三極管、蜂鳴器，其中第一個三極管的基極通過電阻與單片機的P3. 5引腳連接，且第一個三極管的基極、集電極分別通過電阻接外部電源，第二個三極管基極與第一個三極管的集電極連接，第二個三極管的集電極接入蜂鳴器接線端；所述光報警單元包括兩個陰極并聯的發光二極管，兩個發光二極管的陰極并聯端與單片機的Pl. 3引腳連接，兩個發光二極管的陽極端與移位寄存器的Q2引腳、Ql引腳連接。
全文摘要
本發明公開了一種地震報警家庭電子節電器，包括有集成為一體的家庭節電器及地震報警器。家庭節電器包括有節電器控制單元一，以及接入控制單元一的交流電流信號采集單元、交流電壓信號采集單元、電容補償執行單元；地震報警器包括有地震信號控制單元二，以及接入控制單元二的傳感器單元、數據存儲單元、移位寄存器單元、數碼管顯示單元、按鍵設定單元、聲報警單元、光報警單元。本發明能夠有效提高家庭用電的功率因數，并實時智能化檢測無功功率，實現自動補償，以達到節約用電的目的。同時本發明能夠有效地實現地震預警，提高了對于地震災害的應急預警能力。
文檔編號G08B21/10GK102255317SQ20111017752
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者李祖軍, 梁秀滄, 羅來偉 申請人:六安天時節能科技服務有限公司