一、單片機的節能斷電保護電路設計

　　電能為人類帶來了經濟效益，且方便環保，但應節約用電，注意安全，防止火災發生。節能是降低成本，提高經濟效益的重大課題，用電注意安全，防止火災是我們時刻需要注意的問題。根據一些引起火災的社會現象，設計了一種基于單片機的節能斷電保護電路。

　　1、硬件結構設計

　　硬件電路如圖1所示。

　　S1為手動電源開關;S2按下閉合，放手斷開;按下S2，單片機啟動運行，經過2s左右，KM閉合，交流220V可為電器設備持續供電，供電 5min后，單片機根據傳感器檢測到的信息控制電源的供電;當某一路傳感器檢測到信息使P1.1為高電平時，P1.0輸出5V高電平至U4的3腳，而U4 的2腳只有1.5V，這樣U4的1腳輸出高電平使VT1導通，VT2導通，使12V的直流電源可以為繼電器JZC-36F的線圈供電，KM閉合，使交流 220V可為電器設備正常供電。當傳感器檢測到信息使P1.1為低電平時，延時1min后，再次檢測P1.1，若連續5minP1.1為低電平，使 P1.0輸出低電平至U4的3腳，使U4的1腳輸出低電平至VT1的基極，VT1截止，VT2截止，繼電器JZC-36F線圈斷電，KM斷開，切斷交流 220V供電。

　　VD3，VD4為實現線或而接的隔離二極管，VD2為保護二極管，VD1是為了抬高VT1的發射極電位，VT2必須采用功率較大的三極管，如JE9051硅中功率晶體管。為了使繼電器可靠地動作，電路中設計了+5V和+12V兩種電源，元器件的型號或參數見表1。

　　2、傳感器信號處理電路

　　傳感器信號處理電路如圖2所示。人體紅外傳感器用于檢測人體發出的特定波長的紅外線，進行非接觸式距離較遠的檢測，其工作電壓為3～15V;當人體進入傳感器感測區域時，傳感器接收到頻率為0.1～8Hz的人體紅外信號，2腳即輸出微弱的交流信號。

　　傳感器2 腳的輸出信號經兩級放大后，從U6的1腳輸出，信號幅度為0.5～5V，直流分量為3V。U7，D5，D6，R14，R15，R16，R17，組成雙門電壓比較器，若U6的1腳無信號輸出，則U7的2腳為3.3V，U7的3腳為2.7V，U7的1腳輸出低電平;當U6的1腳輸出大于4V或小于2V時，U7 的1腳輸出高電平至CPU。

　　二、用于信息發布系統的斷電保護電路設計

　　1、斷電保護模塊設計

　　斷電保護模塊輸入為直流12 V（12VIN）電壓，輸出為可控的12 V（12VOUT）電壓。它主要由斷電檢測模塊、鋰電池模塊、電源切換控制模塊和主控制器MCU 四個部分組成，功能框圖如圖2所示。由于鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應、循環壽命長等優點，選擇鋰電池為斷電保護備用電源。系統正常供電時，12VOUT=12VIN;系統斷電時，斷電檢測模塊產生檢測信號DET1和DET2，主控制器MCU及時將電源切換到鋰電池模塊輸出，即 12VOUT=VBAT，然后發出關機命令ON/OFF.PC完成當前處理后關機，主控制器MCU會檢測到DETECT狀態跳變，進而切斷負載，保護電池輸出。

　　圖3 斷電保護模塊功能框圖

　　2、 鋰電池模塊

　　鋰電池在使用過程中需要嚴格控制其電壓、電流和溫度，過充、過放、過流和過溫都會引起電池損壞，影響電池使用的安全性。本設計采用 CONSONANCE公司的CN3705鋰電池充電管理集成電路對鋰電池實現充電管理，為使電池充電到VBAT=12 V，輸入VCC要滿足VCC-VBAT》2 V，因此需要先升壓使VCC=15 V，具體通過升壓電路實現。

　　本設計中PC電源要求為直流12 V/1.5 A，PC的最低工作電壓VMIN（PC）為8 V，選擇的鋰電池規格為ICR18650?2200mA?11.1V.其組合方式為ICR18650?3S1P;標稱電壓為11.1 V;標稱容量為2200 mAh;尺寸為19 mm×56 mm×70.5 mm.電池充電管理電路的原理圖如圖5所示。

　　圖4 電池充電管理電路原理圖

　　設置充電電壓：VBAT=VREG=12 V;充電電流：ICH=0.2C=0.2×2200 mA=440 mA.根據其規格書計算得到：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 斷電檢測電路設計

　　當市電斷掉時，交直流轉換電源的輸出電壓12VIN消失。原理圖如圖6所示，12VIN的下降，導致Q3基極電壓跟隨下降，發射極由于電容C11已經儲存了電量，其電壓下降較慢。當基極比發射極低0.7 V時，Q3導通，從而Q2導通，使DET1由高電平變為低電平，直到C11放電結束，Q3和Q2又變為截止狀態，DET1恢復高電平。因此，斷電發生時，DET1會產生一個低脈沖信號給MCU.DET2取自電阻分壓，電源正常時分壓值為5 V，斷電后為0 V.

　　圖5 斷電檢測電路原理圖

　　編輯點評：本文設計了一種成本低，既可有效節約電能，延長電器設備的使用壽命，又可防止電火災的節能與斷電保護電路，該電路設計靈活、體積小、方便內嵌，大大提高了系統的穩定性，并在實際項目中獲得了成功應用，取得了良好的經濟效益。
電子發燒友《汽車電子特刊》，更多優質內容，馬上下載閱覽