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电能为人类带来了经济效益，且方便环保，但应节约用电，注意安全，防止火灾发生。节能是降低成本，提高经济效益的重大课题，用电注意安全，防止火灾是我们时刻需要注意的问题。根据一些引起火灾的社会现象，设计了一种基于单片机的节能断电保护电路。
1、硬件结构设计
硬件电路如图1所示。
S1为手动电源开关;S2按下闭合，放手断开;按下S2，单片机启动运行，经过2s左右，KM闭合，交流220V可为电器设备持续供电，供电 5min后，单片机根据传感器检测到的信息控制电源的供电;当某一路传感器检测到信息使P1.1为高电平时，P1.0输出5V高电平至U4的3脚，而U4 的2脚只有1.5V，这样U4的1脚输出高电平使VT1导通，VT2导通，使12V的直流电源可以为继电器JZC-36F的线圈供电，KM闭合，使交流 220V可为电器设备正常供电。当传感器检测到信息使P1.1为低电平时，延时1min后，再次检测P1.1，若连续5minP1.1为低电平，使 P1.0输出低电平至U4的3脚，使U4的1脚输出低电平至VT1的基极，VT1截止，VT2截止，继电器JZC-36F线圈断电，KM断开，切断交流 220V供电。
VD3，VD4为实现线或而接的隔离二极管，VD2为保护二极管，VD1是为了抬高VT1的发射极电位，VT2必须采用功率较大的三极管，如JE9051硅中功率晶体管。为了使继电器可靠地动作，电路中设计了+5V和+12V两种电源，元器件的型号或参数见表1。
2、传感器信号处理电路
传感器信号处理电路如图2所示。人体红外传感器用于检测人体发出的特定波长的红外线，进行非接触式距离较远的检测，其工作电压为3～15V;当人体进入传感器感测区域时，传感器接收到频率为0.1～8Hz的人体红外信号，2脚即输出微弱的交流信号。
传感器2 脚的输出信号经两级放大后，从U6的1脚输出，信号幅度为0.5～5V，直流分量为3V。U7，D5，D6，R14，R15，R16，R17，组成双门电压比较器，若U6的1脚无信号输出，则U7的2脚为3.3V，U7的3脚为2.7V，U7的1脚输出低电平;当U6的1脚输出大于4V或小于2V时，U7 的1脚输出高电平至CPU。
二、用于信息发布系统的断电保护电路设计
1、断电保护模块设计
断电保护模块输入为直流12 V（12VIN）电压，输出为可控的12 V（12VOUT）电压。它主要由断电检测模块、锂电池模块、电源切换控制模块和主控制器MCU 四个部分组成，功能框图如图2所示。由于锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命长等优点，选择锂电池为断电保护备用电源。系统正常供电时，12VOUT=12VIN;系统断电时，断电检测模块产生检测信号DET1和DET2，主控制器MCU及时将电源切换到锂电池模块输出，即 12VOUT=VBAT，然后发出关机命令ON/OFF.PC完成当前处理后关机，主控制器MCU会检测到DETECT状态跳变，进而切断负载，保护电池输出。
图3 断电保护模块功能框图
2、 锂电池模块
锂电池在使用过程中需要严格控制其电压、电流和温度，过充、过放、过流和过温都会引起电池损坏，影响电池使用的安全性。本设计采用 CONSONANCE公司的CN3705锂电池充电管理集成电路对锂电池实现充电管理，为使电池充电到VBAT=12 V，输入VCC要满足VCC-VBAT》2 V，因此需要先升压使VCC=15 V，具体通过升压电路实现。
本设计中PC电源要求为直流12 V/1.5 A，PC的最低工作电压VMIN（PC）为8 V，选择的锂电池规格为ICR18650?2200mA?11.1V.其组合方式为ICR18650?3S1P;标称电压为11.1 V;标称容量为2200 mAh;尺寸为19 mm×56 mm×70.5 mm.电池充电管理电路的原理图如图5所示。
图4 电池充电管理电路原理图
设置充电电压：VBAT=VREG=12 V;充电电流：ICH=0.2C=0.2×2200 mA=440 mA.根据其规格书计算得到：RCS=0.2 V/ICH=0.45 Ω，VBAT=2.416 V×（1+R7/R6）=12 V;取R6=68 kΩ，得到R7=270 kΩ;取R3=10 kΩ， 得到IEOC=［1.278 V×（14 350+R3）］/（RCS×106）=0.044 A.
2.1 断电检测电路设计
当市电断掉时，交直流转换电源的输出电压12VIN消失。原理图如图6所示，12VIN的下降，导致Q3基极电压跟随下降，发射极由于电容C11已经储存了电量，其电压下降较慢。当基极比发射极低0.7 V时，Q3导通，从而Q2导通，使DET1由高电平变为低电平，直到C11放电结束，Q3和Q2又变为截止状态，DET1恢复高电平。因此，断电发生时，DET1会产生一个低脉冲信号给MCU.DET2取自电阻分压，电源正常时分压值为5 V，断电后为0 V.
图5 断电检测电路原理图
编辑点评：本文设计了一种成本低，既可有效节约电能，延长电器设备的使用寿命，又可防止电火灾的节能与断电保护电路，该电路设计灵活、体积小、方便内嵌，大大提高了系统的稳定性，并在实际项目中获得了成功应用，取得了良好的经济效益。
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