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1、附件三：江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目申请表项目名称多功能节电插座的设计和实现项目所属一级专业门59电子信息大类项目所属二级专业类5902电子信息类项目类型（） 个人项目 （） 团队项目项目实施时间起始时间： 2011 年 6 月 完成时间： 2012 年 6 月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系/专业联系电话E-mail主持人成员导 师姓名年龄单位行政职务/专业技术职务主要成果一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）随着人们对环境的日益关注，低碳生活也日渐成为人们关注的焦点。正确使用家用电器，节约使用电能是低碳生活的一个重要途径。家用电器的工
2、作方式的不同，决定了它的节能方案有所不同。例如：1、电热水器：许多家庭为了方便使用热水，让电热水器24小时通电，其实大部分电能消耗在热水的反复加热保温上面。其实这类电器它们的使用时间具有规律性。这就需要节能插座，能根据使用者的生活习惯，灵活设置它们的工作时间；2、空调：空调的开和关是通过遥控器来实现，关机后的空调实际上只是进入待机模式，还会产生待机功耗。这类电器它们的操作都是通过红外遥控器来实现，使用时间随机。这就需要节能插座，能随时接受红外遥控信号，给家用电器供、断电；3、电脑：电脑在软件关机以后，其主机、显示器和音响等外设仍在供电，这类电器它们的使用时间随机，也没有遥控功能，这就需要节能插
3、座能检测开关机信号，自动切断或接通主设备和外设的电源。本项目旨在设计一个多功能节电插座，在不改变人们使用家用电器的习惯同时，节约使用电能，减少碳排放。申请人简介：本组三名成员都是应用电子技术专业大二学生，学习刻苦认真，成绩优秀，目前已学习相关的课程：电工与电子技术、数字电路、单片机原理及应用、传感与检测技术、Protel等课程，已具备进行电子线路软硬件设计的相关理论和实践知识。-：电子3091，具有较强的团队管理能力和与人协作的精神，工作责任心强，有良好的自我表达和沟通能力，能够调动团队成员工作积极性。平时学习生活中严格要求自己，在各方面取得了较好的成绩，专业基础扎实。爱好广泛，篮球、音乐、阅
4、读以及旅游等。-：电子3092，喜欢和善于软件设计，在平时的学习中，有着一套自己的方法，动手能力强，具有一定的创新意识。兴趣广泛，喜爱体育运动，擅长棋类、足球等体育项目。-：电子3092，对电子线路的制作和调试很感兴趣，生活中自信上进，喜欢交往，善于学习，努力务实，具备广泛的兴趣和丰富的知识。爱好广泛，足球、音乐等。本组三名成员都是机电工程系创新协会成员，对电子线路设计和制作有着浓厚兴趣，平时课余时间经常阅读电子制作书籍，并制作小电子电路，目前正在制作准备参加江苏省职业教育创新大赛作品。二、项目方案（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）1. 训练目
5、标(1) 熟悉常用器件的选型和测试；(2) 能绘制电路原理图和PCB图；(3) 能熟练设计单片机程序；(4) 掌握电路的软、硬件和整机调试步骤。2. 前期准备(1) 项目申报人在此之前已查阅过相关技术参考资料，在老师的指导下进行了可行性分析，在项目结构和具体实现方案上已有较清晰的轮廓；(2) 项目组成员正在制作准备参加江苏省职业教育创新大赛的作品，已经实现本项目的部分功能。3. 组织实施(1) 成立项目组，制定项目计划和团队的规章制度；(2) 开展项目调查，收集项目资料；(3) 将项目分解成若干模块，结合本团队成员的特点进行工作分配；(4) 模块调试和整机调试，完成研究工作报告与总结、研究论文
6、。4过程管理过程管理由教务处、指导老师和项目组组长负责。(1) 教务处负责制定有关政策，负责项目的经费使用审查和项目结题验收等；(2) 指导老师负责项目的中期检查、创新训练所需的实验实训设施的落实等；(3) 项目组组长及时向指导教师汇报训练项目的进展情况。坚持“自我学习，自我约束，自我管理”原则，按照项目计划和团队的规章制度，在规定的时间内完成训练任务。5. 实践环节(1) 项目前期利用系机房和电工与电子技术实训室对一些关键电路进行仿真和试搭，进行功能和指标的测试和测量；(2) 项目中期利用系机房进行电子线路的原理图和PCB图的设计；利用单片机实训室进行软件的设计；利用电子测量实训室进行元器件
7、的筛选；(3) 项目后期利用单片机实训室，电子测量实训室等进行样机的焊接、调试。6. 教师指导教师在项目进行过程中主要承担引导、指导作用，对关键环节严格把关，促使学生在项目实践中充分发挥其创新能力。-老师给予系统整体设计和软件设计方面的指导；-老师给予系统结构布局、文献检索和报告撰写等方面的指导；-老师给予硬件的设计和调试方面的指导。7. 项目结题本项目以实物的形式结题，提交工作报告及总结。三、学校提供条件（包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等）所需实验实训情况学院和系部承诺提供训练计划所需机房、实验实训室。配套经费为学生实施训练项目创造良好的环境，训练项目的经费实施专款专
8、用、主持人负责制，由承担训练项目的学生使用。扶持政策为顺利完成大学生实践创新训练计划任务，学院在政策上加以扶持，系部成立大学生创新协会，鼓励品学兼优的学生参加创新训练计划，并为它们配备优秀的指导教师。四、预期成果1. 制造出该多功能节电插座装置；2. 提交项目研究工作报告与总结；3. 参加相关创新比赛争取获奖；4. 争取申请专利。五、经费预算项目支出经费预算（单位：元）名称预算（元）文献资料及调研费用500材料费1500加工费500其它费用500合计3000六、导师推荐意见本小组3名成员具有较高的思想道德素质，扎实的专业理论基础知识，良好的团队合作精神，该项目申请人已完成一定的前期准备工作，项
9、目具有一定的创新性和实用性，符合大学生实践创新训练的要求，同意推荐。 签名： 年 月 日七、院系推荐意见该项目融合了应用电子技术专业学生学习的多门专业核心课程，具有创新性和关键技术应用的方法和手段。研究课题针对实践教学需求进行设计，制定了切实可行的技术路线和工作计划，本系将在实验条件、教师指导等方面为该项目提供支持。同意申报。院系负责人签名： 学院盖章： 年 月 日八、学校推荐意见： 学校负责人签名： 学校公章 年 月 日注：表格栏高不够可增加。引言 计算机外部设备(如打印机、扫描仪、音响等)的待机能耗不但增加了消费者的日常电费开支，也使电力资源浪费极大。该
10、设计的计算机智能节能插座利用主机的开机和关机来带动其他设备的开或关，使其接口设备待机能耗为零，能够减少计算机及其外设所产生的辐射，以此达到节能和环保功效；同时还具备有分段定时开关的功能。该智能插座也可以通过功能转换作为普通插座使用，不影响其他设备的使用。1 智能插座的设计11 智能插座的硬件结构 计算机智能节能插座的硬件结构图如图1所示。该控制器以AVR mega 48为控制核心，外围电路主要由电流采样电路、模数转换参考电压电路、状态显示电路、键盘输入电路和实时时钟构成。电流采样电路用于检测计算机的运行状态和过流保护；数模转换参考电压电路为电流的采样提供参考
11、；状态显示电路表明插座当前的运行状态；键盘输入实现普通插座与智能插座的切换、设置待机临界电流值、设置分段开关的时间点。计算机主机运行状态通过主机接口的电流互感器检测，过流保护通过另一互感器检测，当电流大于额定电流一定时间时切断受控插座的电源，对外设起到保护作用。由于互感器的感应电流较小，在数模转换过程用对参考电压的要求较高，该设计采用带隙恒压源TL431作为AD转换的参考电压。不同的计算机主机的待机电流可能不同，因此通过外部键盘可以采样待机电流为临界值，同时可以设置插座作为普通插座使用；RTC时钟由PCF8563构成。 12 AVR单片机 AVR微处理器是A
12、tmel公司的8位嵌入式RISC处理器，具有高性能、高保密性、低功耗等优点，程序存储器和数据存储器可独立访问的哈佛结构，代码执行效率高。该系统采用的mega 48v处理器包含有4 KB片内可编程FLASH程序存储器；512 B的E2PROM和512B RAM；同时片内还集成了看门狗；8路10位ADC；3路可编程PWM输出；具有在线系统编程功能，片内资源丰富，集成度高，使用方便。使用AVR mega48V可以很方便地实现外部输入参数的设置、电流检测、工作状态的指示等。13 电流采样电路 该设计采用电流型电流互感器采样交流电流，一路采样主机接口电流实现开关控制，
13、另一路采样受控接口电流实现过流保护(见图2)。电流互感器的输出信号经过I-V变换后用mega 48采样，根据互感器的变比系数可以计算出电流的有效值。I-V变换的输出电压经过比较器后，若达到过流极限(设定为10 A)则触发外部中断，经过中断程序处理判断是否达到过流值并执行过流保护动作。 14 电源电路 单片机的工作电压和继电器的线圈侧电压为5 V直流电压，考虑成本和空间因素，采用阻容降压的方式产生。如图3所示。 图3中：C3为CBB降压电容；_R13在电源断开后为C3提供放电回路；R4为限流电阻；经过全波整流后D11将电压箝
14、位在51V。C3在电路中的容抗XC为：XC=(12)fc，电流，为了满足继电器吸合时的电流要求，取C3的值为1F，最大电流可以达到100 mA以上。由于为非隔离电源，使用过程中零电位不能与大地相连。15 继电器驱动电路 受控插座的通断是由继电器控制的。该设计采用的线圈侧电压为5V的继电器，用S8050驱动继电器。mega 48具有较强的IO驱动能力，R17起到限流作用；下拉电阻R18可以避免继电器误动作；D12为继电器断开时提供放电回路。如图4所示。16 键盘电路 采用单按键的输入方式，用于设定普通插座和智能插座的功能转换
15、和需要定时开关时的时间设定。在程序运行过程中，通过定时中断检测是否有按键按下。当功能键按下不超过10s时进入定时开关模式，并通过加减按键设定定时开关的时间；当功能键按下超过10 s时切换为普通插座使用，若在需要切换为智能插座，则执行相同的操作。设定的参数和模式保存在mega 48的E2PROM中。17 状态显示和告警电路 该设计采用LCDl602液晶显示系统的状态信息，包括是否采用智能控制，主机运行状态、受控口状态。LCDl602采用7线驱动法，接1 k电阻到地，用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过LCDl602的DB4DB7写入。同时具备有声光告警功
16、能，当出现过流或则定时切断时间到时，相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警，并执行相应的动作。18 实时时钟电路 实时时钟电路为定时开关提供精确的时间。用CR2025镍氢纽扣电池作为PCF8563的后备电池(见图5)。2 智能插座的软件设计 主程序主要完成对IO，定时器的初始化、读出存储在E2PROM中的系统参数，同时根据模式设定进入相应的处理程序。该插座可运行于3种模式：智能定时模式、智能节能模式和普通模式。模式的切换通过模式按键来选择。参数的测量主要由中断服务程序定时完成。图6为主程序流程图。
17、60; 由于不同的计算机待机电流大小不一样，因此在使用前需采样主机的待机电流。首先将主机进入待机模式，通过模式按键进入中断后采样此时的电流，并存入E2PROM中。3 智能插座的测试 将设计的插座按图7的方式连接测试，采用P4双核计算机和17寸显示器进行测试，显示器待机功耗为5W，待机电流约25mA。进入待机状态后，按插座上的采样按钮，将此计算机的待机电流采样存进E2PROM，测试结果表明，当计算机进入待机状态后，插座可以有效的切断显示器的电源。4 结语 本文设计的智能节能插座，具有智能节能和定时开关功能，也可作为普通插座使用。经过测试，系统显示出了良好的控制效果，不仅使计算机外设的待机功率降为零，同时也起到了保护外设的作用，在节能减排方面具有一定的社会效益和广泛的推广价值。9
创新项目多功能节电插座的设计和实现申请书
