遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 張雨晴 褚麗莉 楊邦立 白蘭杭

Wi-Fi智能定時器的設(shè)計

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 張雨晴 褚麗莉 楊邦立 白蘭杭

介紹了由脈沖發(fā)生電路、邏輯控制電路、數(shù)碼管顯示電路和繼電器控制電路結(jié)合完成了一種實用Wi-Fi智能定時器的設(shè)計。主要實現(xiàn)三大功能：通過按鍵對Wi-Fi進行定時、顯示定時時間和定時關(guān)閉Wi-Fi。首先通過脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生秒脈沖，再經(jīng)過3600分頻電路輸入到邏輯控制電路中，在邏輯控制電路中通過按鍵對Wi-Fi的使用時間進行定時，同時計時時間通過七段數(shù)碼管顯示，由繼電器控制電路控制Wi-Fi的開與關(guān)，當(dāng)定時時間到達后，繼電器斷開，Wi-Fi關(guān)閉。

定時器；七段數(shù)碼管；繼電器；Wi-Fi

0 引言

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整、生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高及家用電器的逐漸普及，待機能耗也成為了“吃”電的罪魁禍?zhǔn)?，無異于對資源的直接浪費，據(jù)統(tǒng)計我國城市家庭的平均待機能耗相當(dāng)于這些家庭每天都在使用著一盞15瓦到30瓦的的長明燈。為避免能源消耗，市場對定時控制系統(tǒng)的需求越來越大如：定時自動報警、定時自動打鈴、定時通斷動力設(shè)備以及各種電氣的定時啟動等成為未來的發(fā)展趨勢。而今網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，Wi-Fi上網(wǎng)解決了運營商的互聯(lián)互通、高收費、漫游性的問題，已走近千家萬戶。然而它帶來便利的同時也隱含著待機消耗，Wi-Fi智能定時器可以根據(jù)使用者的要求對Wi-Fi進行定時，智能的控制Wi-Fi開啟的時間，實現(xiàn)了節(jié)約能源，綠色環(huán)保、節(jié)能減排的目的。

本文是結(jié)合模擬電路技術(shù)以及數(shù)字電路的相關(guān)知識設(shè)計的Wi-Fi智能定時系統(tǒng)，目的就是實現(xiàn)以下要求：Wi-Fi使用者可以根據(jù)自身要求，通過按鍵裝置對Wi-Fi定時器對進行定時，通過控制計數(shù)器的時間從而控制繼電器的吸合與斷開，以保證擁有足夠上網(wǎng)時間的同時，避免無人上網(wǎng)路由器產(chǎn)生的待機損耗和對人體微量的輻射。減少電子設(shè)備的功耗以及進一步延長電子設(shè)備的使用壽命。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所設(shè)計的Wi-Fi智能定時器包括如下的幾個部分：脈沖發(fā)生電路、邏輯控制電路、數(shù)碼管顯示電路和繼電器控制電路。利用555定時器接成施密特觸發(fā)器，產(chǎn)生1HZ的秒脈沖作為脈沖發(fā)生器，將脈沖發(fā)生信號產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過由4片74LS160形成的3600分頻的電路，輸入邏輯控制電路中，系統(tǒng)等待用戶輸入定時時間，使用者每按一次按鍵開關(guān)計數(shù)器輸入一個脈沖，并計數(shù)一次，代表定時一個小時。開關(guān)撥動兩次，計數(shù)器輸入兩個脈沖，并計數(shù)兩次，代表定時兩個小時，同時定時時間會通過七段數(shù)碼管顯示出來，當(dāng)定時時間未到時，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi上電工作，當(dāng)計時時間到達后，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖如圖1所示。

2 單元電路設(shè)計

智能定時器裝置是由脈沖發(fā)生電路、邏輯控制電路、數(shù)碼管顯示電路和繼電器控制電路四部分組成。將脈沖發(fā)生信號產(chǎn)生的脈沖輸入邏輯控制電路中，等待用戶輸入定時時間，所設(shè)置的定時會經(jīng)由邏輯控制電路判斷，時間未到時，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi正常工作，當(dāng)計時時間到達后，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖

2.1 脈沖發(fā)生電路設(shè)計

脈沖發(fā)生電路由555定時器產(chǎn)生秒脈沖電路與3600分頻電路兩個電路組成。555定時器在工業(yè)自動控制、定時、仿聲、防盜報警等方面有著廣泛應(yīng)用。電路如圖2所示。

圖2 555定時器電路連接圖

對于74LS160和74LS161兩種計數(shù)器芯片來講，都需要采用多片級聯(lián)的方式來實現(xiàn)3600分頻的功能；獲得n進制計數(shù)器的方法有兩種，分別為置零法和置數(shù)法，置零法在計數(shù)過程中因為電路結(jié)構(gòu)的關(guān)系，會出現(xiàn)一個計數(shù)的丟失，而采用置數(shù)法設(shè)計電路需要計數(shù)范圍為0～n-1。以六進制為例說明其工作原理：74LS160輸入端都接地，QA、QC、經(jīng)四輸入與非門接到端，ENP、ENT、接高電平，計數(shù)方位從0到5，每接收6個周期的脈沖就輸出一個高電平，且進位信號直接由引腳RCO輸出，完成6分頻功能。本電路采用4片74LS160分別6×6×10×10來實現(xiàn)3600分頻，如圖3所示。

圖3 3600分頻電路圖

2.2 邏輯控制電路設(shè)計

邏輯控制電路由定時輸入電路、時間計數(shù)電路和時間檢驗電路組成。加法器時鐘脈沖引腳接入電平開關(guān)，開關(guān)撥動一次，計數(shù)器輸入一個脈沖，并計數(shù)一次，代表定時一個小時。開關(guān)撥動兩次，計數(shù)器輸入兩個脈沖，并計數(shù)兩次，代表定時兩個小時，以此類推。可根據(jù)用戶需要，最多定時9個小時。[7]

圖4 時間定時電路圖

時間計數(shù)部分由74LS160、數(shù)碼管驅(qū)動器74LS48和七段數(shù)碼管組成。計數(shù)器時鐘脈沖引腳接分頻電路的時鐘輸出。清零端接確定開關(guān)S，當(dāng)用戶設(shè)置好定時時間后，按下確定功能鍵，74LS160開始在分頻脈沖下自動計數(shù)。

時間檢驗部分由門電路74LS136和74LS32組成，用于檢驗定時時間輸入部分的時間和時間計數(shù)部分的時間是否相同。當(dāng)兩者時間相同時，門電路輸出低電平，使繼電器2斷開。電路圖如圖5所示。

圖5 時間檢驗電路圖

2.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計

七段數(shù)碼管是一類價格便宜，使用簡單的元器件，在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，如顯示屏、空調(diào)、熱水器、冰箱等等，具有體積小、顯示醒目、直觀的優(yōu)點。從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。本次研究選用共陰極的數(shù)碼管，將七段數(shù)碼管的陰極連接在一起，經(jīng)過譯碼驅(qū)動電路，顯示定時時間。

2.4 繼電器控制電路

繼電器是一種電子控制器件，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用，目前已廣泛應(yīng)用于計算機外圍接口設(shè)備、恒溫系統(tǒng)、電機控制、數(shù)控機械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動化裝置等等。一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸點簧片等組成，由通電產(chǎn)生的電磁效應(yīng)控制銜鐵的吸合與斷開，這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。

當(dāng)邏輯控制電路輸出處在計數(shù)時間內(nèi)時，邏輯控制電路輸出高電平，繼電器吸合，Wi-Fi上電工作，當(dāng)計時結(jié)束時，邏輯控制電路輸出低電平，繼電器斷開，Wi-Fi掉電。又因為盡可能的降低設(shè)備功耗，在計時結(jié)束的時候不止將Wi-Fi電源斷開，還可以將定時器的電源斷開以求更低的功耗，更能延長設(shè)備的使用壽命，因此需要增加一個繼電器來控制定時器的所有電源，處在計時期間的時候繼電器吸合，開始計數(shù)，計時結(jié)束的時候，將所有電源斷開。繼電器(1)用來控制Wi-Fi電源的通斷，繼電器(2)用于控制整個定時電路所有芯片的電源通斷，可用一個發(fā)光二極管來代替Wi-Fi設(shè)備，電路圖如圖6所示。

圖6 繼電器控制電路圖

3 仿真結(jié)果

本次實驗的電路仿真部分是在 Multisim 軟件中進行的。利用空格鍵模仿按鍵設(shè)置定時時間，利用LED燈模仿Wi-Fi的工作狀態(tài)，LED燈亮則表示此時Wi-Fi處于工作狀態(tài)，LED燈滅，則Wi-Fi不工作。按下按鈕，根據(jù)用戶需求設(shè)置定時時間，開關(guān)撥動一次，計數(shù)器輸入一個脈沖，代表定時一個小時。開關(guān)撥動兩次，計數(shù)器輸入兩個脈沖，代表定時兩個小時，定時時間設(shè)置完畢后計數(shù)器開始計數(shù)，數(shù)碼管顯示定時時間，此時LED燈亮，表示W(wǎng)i-Fi處于工作狀態(tài)，可以使用網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)?shù)竭_定時時間后，會發(fā)現(xiàn)LED燈熄滅，此時可以得出Wi-Fi不工作，達到了定時關(guān)閉的目的，減少了待機損耗，實現(xiàn)了本次研究的目的。

4 發(fā)展前景

隨著電器的時代的到來，使能源方面面臨著巨大的挑戰(zhàn)，合理用電，節(jié)約用電，以及利用清潔能源發(fā)電被大力提倡，其中利用節(jié)能的新理念，開發(fā)節(jié)能新技術(shù)成為一種有效可行的好方法。節(jié)能型產(chǎn)品的特點都是在耗能少的情況下，為用戶提供同等的服務(wù)，而本產(chǎn)品同樣采用了節(jié)能的理念。定時關(guān)閉Wi-Fi電源體現(xiàn)了本產(chǎn)品的智能化特征，在用戶能享受網(wǎng)絡(luò)的同時，也避免了用戶忘記關(guān)閉電源而帶來的能源消耗，減少二氧化碳的排放量，節(jié)約電能。本產(chǎn)品使用的定時裝置，符合未來發(fā)展的要求，滿足國家提倡的節(jié)能減排理念，具有廣闊的發(fā)展前景。

5 結(jié)論

本次設(shè)計解決市面上大部分路由器沒有定時功能或者繁瑣的界面設(shè)置方式，采用硬件定時的方式，傻瓜式操作，更能方便沒有計算機基礎(chǔ)的人們使用。定時裝置不僅限于用于Wi-Fi定時，還可以用在生活中的其他方面；比如晚上給電動車充電，傳統(tǒng)的電車充電器在電池充滿之后不會停止沖電，這樣會降低電池的使用壽命，因此可以在充電前設(shè)置好充電時間，記滿時間之后停止充電，等等方面。

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京高等教育出版社,2006.

高小平.中國智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)

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[3]趙書范.王憲偉.基于電子技術(shù)試驗與課程設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社,2014.

[4]Multisim在電工電子課程教學(xué)中的典型應(yīng)用[J].張志友.實驗技術(shù)與管理,2009.

[5]陳立萬.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗及課程設(shè)計[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2012.

[6]沙春芳.Multisim 10在模擬電子教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(2):10-21.

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[8]田良.綜合電子設(shè)計與實踐[M].江蘇:東南大學(xué)出版社,2010.

The Design Of Wi-fiintelligent timer

Zhang Yuqing Chu Lili Yang Bangli Bai Lanhang
（School of Electronics & Information Engineering，Liaoning University of Technology，Jinzhou Liaoning 121001，China）

Describes the design and implementation of the wi-fiintelligent timer based on the combination of pulse generator circuit，logic control circuit，digital tube display circuit and relay control circuit. The three main functions: the wi-fitiming，display timing and shut down of wi-fiby pressing the key. First，the pulse generating circuit generates a second pulse，and then through the 3600 frequency division circuit input to the logic control circuit，the use time of wi-fiin the logic control circuit timing，and the timing time through seven segments of digital tube display，the relay control circuit controls the opening and closing of wi-f i，when the timing arrival，the relay disconnect，wi-fito shut down.

timer；Seven segment tube；relay；wi-f i

張雨晴，現(xiàn)就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院。

褚麗莉。